Kopš 3D drukāšanas tehnoloģijas parādīšanās tā ir pakāpeniski izmantota reālu produktu ražošanā. Tostarp īpaši strauja ir metāla materiālu 3D drukas tehnoloģijas attīstība. Valsts aizsardzības jomā attīstītās valstis Eiropā un ASV piešķir lielu nozīmi metāla 3D drukas attīstībai un iegulda milzīgas naudas summas pētniecībā. Metāla daļu 3D drukāšana vienmēr ir bijusi izpētes un pielietojuma uzmanības centrā. Tas var ne tikai drukāt veidnes un velosipēdus, bet arī drukāt nebijušus jaunus ieročus, un tas pat var drukāt lielu aprīkojumu, piemēram, automašīnas un lidmašīnas. Kā jauna veida inteliģenta ražošanas tehnoloģija metāla 3D drukāšana ir parādījusi ļoti plašu pielietojuma perspektīvu, un tā ir parādījusi spēcīgu attīstības impulsu vairākās jomās, piemēram, iekārtu projektēšanā un ražošanā, aprīkojuma atbalstīšanā un aviācijā.
Metāla 3D drukāšanas iespējas
1) Augsta precizitāte. Patlaban metāla 3D drukas iekārtu precizitāti pamatā var kontrolēt zem 0,05 mm.
2) Cikls ir īss. Metāla 3D drukāšanai nav nepieciešams veidņu ražošanas process, kas ievērojami saīsina modeļa izgatavošanas laiku. Parasti modeli var izdrukāt dažu stundu vai pat desmitu minūšu laikā.
3) To var personalizēt. Metāla 3D drukāšanai nav ierobežojumu drukāto modeļu skaitam, neatkarīgi no tā, vai vienu vai vairākus var izgatavot par vienādām izmaksām.
4) Materiālu daudzveidība. Metāla 3D drukas sistēma bieži vien var realizēt dažādu materiālu drukāšanu, un šī materiāla daudzveidība var apmierināt dažādu jomu vajadzības.
5) Izmaksas ir salīdzinoši zemas. Lai gan šobrīd metāla 3D drukas sistēmas un metāla materiāli 3D drukāšanai ir salīdzinoši dārgi, ja tos izmanto personalizētu izstrādājumu izgatavošanai, ražošanas izmaksas ir salīdzinoši zemas.
Metāla 3D drukas tehnoloģija
Metāla detaļu 3D drukas tehnoloģija kā visprogresīvākā un potenciālākā tehnoloģija visā 3D drukāšanas sistēmā ir svarīgs progresīvu ražošanas tehnoloģiju attīstības virziens. Attīstoties zinātnei un tehnoloģijām un popularizēšanas un pielietojuma vajadzībām, tieša metāla funkcionālo detaļu izgatavošana ar ātrās prototipēšanas palīdzību ir kļuvusi par galveno ātrās prototipēšanas attīstības virzienu. Pašlaik ātrās prototipēšanas metodes, ko var izmantot, lai tieši ražotu metāla funkcionālās daļas, galvenokārt ietver: selektīvo lāzera kausēšanu (SLM), elektronu staru selektīvo kausēšanu (EBSM), lāzera inženierijas tīkla veidošanu (LENS)).
Selektīva lāzera kausēšana (SLM)
SLM ir svarīga metāla 3D drukas jomas sastāvdaļa. Tās izstrādes procesā ir notikuši tādi posmi kā nemetāla pulvera saķepināšana ar zemu kušanas temperatūru, pulvera ar zemu kušanas temperatūru pārklājumu ar augstu kušanas temperatūru pulvera saķepināšana un augsta kušanas temperatūras pulvera tieša kausēšana. Teksasas Universitāte Ostinā pirmo reizi iesniedza patenta pieteikumu 1986. gadā un veiksmīgi izstrādāja pirmo SLM iekārtu 1988. gadā. Tajā tiek izmantota smalki fokusēta vieta, lai ātri izkausētu iepriekš iestatītā pulvera materiālā ar lielumu 30-51 μm, un var gandrīz tieši. iegūt jebkuru formu. Kā arī funkcionālās daļas ar pilnu metalurģisko savienojumu. Blīvums var sasniegt gandrīz 100 procentus, izmēru precizitāte var sasniegt 20-50 μm, un virsmas raupjums var sasniegt 20-30 μm. Tā ir ātra prototipu veidošanas tehnoloģija ar lielām attīstības perspektīvām.
SLM liešanas materiāli galvenokārt ir vienkomponenta metāla pulveri, tostarp austenīta nerūsējošais tērauds, sakausējumi uz niķeļa bāzes, titāna sakausējumi, kobalta-hroma sakausējumi un dārgmetāli. Lāzera stars ātri izkausē metāla pulveri un iegūst nepārtrauktu kausēšanas kanālu, kas var tieši iegūt gandrīz blīvas metāla daļas ar gandrīz jebkuru formu, pilnīgu metalurģisko savienojumu un augstu precizitāti. Tā ir metāla detaļu 3D drukas tehnoloģija ar lielām attīstības perspektīvām. Tās pielietojuma klāsts ir paplašināts, iekļaujot kosmosa, mikroelektronikas, ārstniecības, juvelierizstrādājumu un citās nozarēs.
SLM procesā ir vairāk nekā 50 ietekmējošie faktori, un ir sešas kategorijas, kurām ir būtiska ietekme uz formēšanas efektu: materiāla īpašības, lāzera un optisko ceļu sistēmas, skenēšanas īpašības, formēšanas atmosfēra, formēšanas ģeometriskās īpašības un aprīkojuma faktori. Šobrīd pētnieki gan mājās, gan ārzemēs galvenokārt veic procesu izpēti un pielietojuma izpēti par iepriekš minētajiem faktoriem, lai novērstu defektus formēšanas procesā un uzlabotu veidņu detaļu kvalitāti. Runājot par procesu izpēti, svarīgie procesa parametri SLM formēšanas procesā ir lāzera jauda, skenēšanas ātrums, pulvera slāņa biezums, skenēšanas attālums un skenēšanas stratēģija utt. Apvienojot dažādus procesa parametrus, var optimizēt formēšanas kvalitāti.
Galvenie defekti SLM formēšanas procesā ir sferoidizācija un deformācijas deformācija. Sferoidizācija ir augšējā un apakšējā slāņa nepietiekama kušana formēšanas procesā. Virsmas spraiguma ietekmes dēļ izkausētie pilieni ātri saritinās sfēriskā formā, kā rezultātā veidojas sferoidizācija. Lai izvairītos no sferoidizācijas, ievades enerģija ir atbilstoši jāpalielina. Izliekuma deformāciju izraisa termiskais spriegums SLM veidošanas procesā, kas pārsniedz materiāla izturību, kā rezultātā rodas plastiska deformācija. Sakarā ar grūtībām atlikušā sprieguma mērīšanā, pašreizējie SLM procesa deformācijas deformācijas pētījumi galvenokārt tiek veikti, izmantojot galīgo elementu metodi, un pēc tam Simulācijas rezultātu ticamība tiek pārbaudīta ar eksperimentiem. SLM tehnoloģijas pamatprincips ir: vispirms izmantojiet Pro/e, UG, CATIA un citu 3D modelēšanas programmatūru, lai datorā izstrādātu detaļas 3D cieto modeli, un pēc tam sadaliet 3D modeli, izmantojot griešanas programmatūru, lai iegūtu katras sadaļas kontūru dati, uzpildes skenēšanas ceļš tiek ģenerēts no kontūras datiem, un iekārta kontrolēs lāzera staru, lai selektīvi izkausētu katra slāņa metāla pulvera materiālus saskaņā ar šīm pildījuma skenēšanas līnijām un pakāpeniski sakrautu tos trīsdimensiju formās. metāla daļas.