Tee titaaniseoksesta vahvempi – viisi yleistä metallin 3D-tulostustekniikkaa

Nykyään tieteen ja teknologian nopean kehityksen myötä metallin 3D-tulostustekniikka lyhytaikaisen valmistuksen, tilausvalmistuksen ja nopean prototyyppien edut mahdollistavat monia mahdottomia asioita.

Tällä hetkellä markkinoilla on viisi yleistä metallin 3D-tulostustekniikkaa: laserselektiivinen sintraus (SLS), nanohiukkassuihkumetallin muodostus (NPJ), laserselektiivinen sulatus (SLM), laser near net shaping (LENS) ja elektronisuihkuselektiivinen sulatus ( EBSM) -tekniikkaa. Alla esittelen perusteet

c näiden viiden metallisen 3D-tulostusteknologian toimintaperiaatteet.

Toimintaperiaate: jauhemateriaalikerros asetetaan työpöydälle etukäteen, ja laser sintraa jauheen kiinteän osan tietokoneohjauksella käyttöliittymän ääriviivatietojen mukaan ja kiertää sitten jatkuvasti ja pinoaa kerros kerrokselta muotoon.

SLS-menetelmässä käytetään energiana infrapunalaseria ja mallinnusmateriaalit ovat pääosin jauhemateriaaleja. Käsittelyn aikana jauhe esilämmitetään ensin lämpötilaan, joka on hieman sen sulamispisteen alapuolella, ja sitten jauhe litistetään litistyspuikon vaikutuksesta; lasersäde sintrataan selektiivisesti kerrostetun poikkileikkausinformaation mukaisesti tietokoneohjauksella, ja seuraava kerros sintrataan sen jälkeen, kun yksi kerros on valmis, ja tämä sykli toistetaan kerros kerrokselta, kunnes kolmiulotteinen osa muodostuu. Lopuksi sintraamaton jauhe kierrätetään jauhesylinteriin ja muovattu osa otetaan pois.

Koska tällä muovausmenetelmällä on yksinkertaisen valmistusprosessin, korkean joustavuuden, laajan materiaalivalikoiman, halvan materiaalihinnan, alhaiset kustannukset, korkea materiaalin käyttöaste ja nopea muovausnopeus, ominaisuudet, sitä käytetään pääasiassa valuteollisuudessa ja sitä voidaan käyttää. valmistaa suoraan nopeita muotteja.

Toimintaperiaate: Ensin metalli ladataan 3D-tulostimeen nesteen muodossa ja metallinanohiukkasia sisältävää nestettä käytetään ruiskupuristukseen tulostuksen aikana. Sitten ylimääräinen neste haihdutetaan kuumentamalla poistumaan metalliosasta ja lopuksi muovaus viimeistellään matalassa lämpötilassa sintraamalla.

Tässä muovausmenetelmässä voidaan käyttää tavallista mustesuihkutulostuspäätä työkaluna, ja tukirakenne voidaan sulattaa ja poistaa erityistekniikalla ilman ulkoista voimaa. Koska se poistetaan sulattamalla, sitä voidaan teoriassa lisätä loputtomasti, mikä antaa suunnittelijoille enemmän vapautta. Metallimateriaalien lisäksi sen läpimurto keraamisessa tekniikassa on laajentanut sovellusta hammaslääketieteessä, lääketieteessä ja tietyillä teollisuuden aloilla.

Toimintaperiaate: Käytä korkeaenergistä lasersädettä sulattaaksesi metalliseosjauheen kaksiulotteisessa poikkileikkauksessa kolmiulotteisen mallin viipaloinnin jälkeen ja tulosta kaikki monimutkaiset rakenteet ja metalliosat lähes 100 % tiheydellä kerros kerrokselta alhaalta ylös.

SLM-teknologia käyttää pääasiassa kolmiulotteisia CAD-ohjelmistoja kolmiulotteisten mallien suunnitteluun ja niiden viemiseen tiedostomuotoihin, jotka voidaan tunnistaa viipalointiohjelmistolla; viipaloi kolmiulotteinen malli ja lisää tuki ja kerroskäsittely saadaksesi kolmiulotteisen mallin poikkileikkausääriviivatiedot; käytä polunsuunnitteluohjelmistoa ääriviivatietojen skannaamiseen, reittisuunniteltujen tietojen tuomiseen SLM-laitteistoon ja teollisuustietokone ohjaa lasersäteen valintaa ääriviivan kunkin kerroksen skannauspolun mukaan metalliseosjauheen sulattamiseksi kerros kerrokselta ja pinota ne kerros kerrokselta tiiviiksi kolmiulotteiseksi metalliosakokonaisuudeksi.

SLM-teknologian etuja ovat korkea materiaalin käyttöaste, valmistettujen metalliosien suuri mittatarkkuus ja vapaa suunnittelu. Sen rajoituksia ovat korkeat laitekomponenttikustannukset, kyvyttömyys saavuttaa tuotteiden massatuotantoa ja epäjohdonmukaiset standardit prosessointiin vaadituille metalliseosjauheille. Siksi SLM:ää käytetään pääasiassa ilmailu-, biolääketieteessä ja muilla aloilla, ja se soveltuu arvokkaiden ja vaikeasti prosessoitavien metalliosien, kuten titaaniseosten ja nikkeliseosten, valmistukseen.

Toimintaperiaate: Tietokone viipaloi kappaleen kolmiulotteisen CAD-mallin kerroksittain saadakseen kappaleen kaksiulotteisen tason ääriviivadatan ja muuntaa ääriviivatiedot CNC-työpöydän liikeradaksi. Samanaikaisesti metallijauhe syötetään laserin tarkennusalueelle tietyllä jauheen syöttönopeudella, ja se sulaa ja jähmettyy nopeasti. Pisteiden, viivojen ja pintojen kerroksellisella superpositiolla muodostuu lopulta kolmiulotteinen lähes verkon muotoinen metalliosa.

LENS voi toteuttaa metalliosien muottittoman valmistuksen. Muodostetuilla osilla on tiheä kudos, ilmeiset nopeat sulamisominaisuudet, korkeat mekaaniset ominaisuudet, ja ne voivat toteuttaa epähomogeenisten ja gradienttimateriaalien valmistuksen ja erittäin lujien metalliosien, kuten titaaniseosten, käsittelyn.

Toimintaperiaate: Ensin osan kolmiulotteinen CAD-malli viipaloidaan ja kerrostetaan, ja saatu diskreetti tieto syötetään muovausjärjestelmään. Muovausjärjestelmässä esilämmityksen jälkeen elektronisuihku sulattaa työpöydälle esiasetetun jauheen osan CAD-tietojen mukaan. Kun yksi käsittelykerros on valmis, työpöytä putoaa yhden kerroksen paksuudella, ja sitten seuraava jauhekerros asetetaan ja sulatetaan. Samanaikaisesti uusi sulatettu kerros sulautuu edelliseen kerrokseen. Tämä prosessi toistetaan kerros kerrokselta, ja kolmiulotteiset osat muodostetaan suoraan.

EBDM-tekniikan etuna on nopea prosessointinopeus, korkea energiankäyttö, alhainen tyhjiösaaste, alhainen komponenttien jäännösjännitys ja ei heijastuksia. Se soveltuu erityisen hyvin aktiivisten, tulenkestävien ja hauraiden metallimateriaalien suoraan muovaukseen, ja sillä on laajat mahdollisuudet ilmailu-, biolääketieteessä, autoteollisuuden muoteissa ja muilla aloilla.