Prinċipji ta 'printers 3D tal-metall

Il-printers 3D tal-metall jaħdmu billi jissinterizzaw, jiddewbu jew iwweldjaw materjali tal-metall (bħal trab jew wajer) saff b'saff biex jikkonvertu mudell diġitali tridimensjonali f'parti solida tal-metall. Il-proċess ewlieni jista 'jinqasam f'erba' stadji: tħejjija tad-dejta, provvista ta 'materjal, manifattura saff-b'-saff, u post-ipproċessar. Din it-teknoloġija tegħleb kompletament il-limitazzjonijiet tal-kumplessità ġeometrika tal-manifattura sottrattiva tradizzjonali u saret metodu ta 'manifattura importanti f'oqsma ta'-high-end bħal aerospazjali, inġinerija bijomedika, u tagħmir tal-enerġija. It-taqsimiet li ġejjin jispjegaw il-prinċipji u d-dettalji tekniċi ta’ kull stadju ewlieni.

Ipproċessar tal-Mudell 3D: L-utenti jiddisinjaw il-mudell billi jużaw softwer CAD (bħal SolidWorks, UG, jew CATIA) jew jiksbuh permezz ta 'skannjar 3D jew rikostruzzjoni CT. Is-softwer jikkonverti l-mudell f'format ta' printer-li jinqara (l-aktar komuni STL, iżda wkoll 3MF jew OBJ) u jsewwi żbalji ġeometriċi (bħal toqob, truf mhux-manifold, uċuħ li jikkoinċidu, jew normali mhux korretti). Dan il-pass huwa kritiku minħabba li kwalunkwe difett tal-mudell jista 'jikkawża direttament falliment tal-istampar jew rifjut tal-parti. L-ipproċessar avvanzat avvanzat minn qabel jinkludi wkoll l-ottimizzazzjoni tat-topoloġija u disinn ġenerattiv biex jitnaqqas b'mod sinifikanti l-piż filwaqt li jintlaħqu r-rekwiżiti tas-saħħa.

Layer Slicing: Softwer tal-istampatur speċjalizzat (bħal Materialize Magics, EOSPRINT, jew SLM Build Processor) iqatta 'l-mudell 3D tul l-assi vertikali (Z) f'mijiet jew eluf ta' saffi irqaq. Il-ħxuna tas-saff hija tipikament 20-100 mikrometru (20-40 μm għal partijiet ta 'preċiżjoni; 60-100 μm għal komponenti strutturali kbar). Il-proċess tat-tqattigħ jiġġenera fajl li fih informazzjoni dwar il-kontorn, mogħdijiet tal-mili, strateġiji tal-iskannjar, u strutturi ta 'appoġġ għal kull saff, li jiggwida b'mod preċiż lill-istampatur. L-istrateġiji tal-iskannjar (strixxa, checkerboard, spirali, eċċ.) u parametri tad-densità tal-enerġija jinfluwenzaw b'mod qawwi l-istress residwu, id-densità u l-kwalità tal-wiċċ, u għandhom jiġu ottimizzati skont il-materjal u l-ġeometrija tal-parti.

It-teknoloġiji tal-istampar 3D tal-metall ivarjaw skont il-forma tal-materjal u s-sors tal-enerġija. Il-kategoriji ewlenin huma kif ġej:

Powder Bed Fusion (PBF) Din hija bħalissa t-teknoloġija mainstream l-aktar matura u l-ogħla{0}}preċiżjoni.

Tidwib tal-Laser Selettiv (SLM): Lejżer tal-fibra b'qawwa għolja-(tipikament 200–1000 W; sistemi multi-laser jistgħu jilħqu diversi kilowatts) idub b'mod selettiv u sħiħ is-sodda tat-trab tal-metall skont il-mogħdija mqatta'. Ir-reġjun imdewweb jissolidifika malli jkessaħ biex jifforma saff wieħed, filwaqt li trab mhux imdewweb iservi kemm bħala appoġġ kif ukoll bħala protezzjoni. Il-proċess kollu jseħħ taħt gass inert (argon jew nitroġenu) biex jipprevjeni l-ossidazzjoni. Adattat għal ligi tat-titanju, ligi tal-aluminju, azzar li ma jissaddadx, superligi b'bażi ​​ta' nikil-, eċċ., B'densitajiet li jaqbżu 99%.

Tidwib tar-raġġ ta' l-elettroni (EBM): Juża raġġ ta' elettroni ta'-enerġija għolja bħala s-sors tas-sħana biex isaħħan minn qabel u jdub it-trab tal-metall f'ambjent ta'-vakwu għoli. It-tisħin minn qabel inaqqas b'mod sinifikanti l-istress residwu u jippermetti rati ta 'bini aktar mgħaġġla, li jagħmilha speċjalment adattata għal impjanti ortopediċi tat-titanju. L-ispiża tat-tagħmir hija għolja u l-ħruxija tal-wiċċ hija relattivament akbar.

Sinterizzazzjoni diretta bil-lejżer tal-metall (DMLS): Simili fil-prinċipju għal SLM. Storikament irreferiet għal proċessi li fihom it-trab kien biss parzjalment imdewweb (sinterizzat), iżda llum it-termini DMLS u SLM spiss jintużaw b'mod interkambjabbli fl-industrija. Adattat għal applikazzjonijiet b'ħafna-materjali jew każijiet b'rekwiżiti ta' tidwib sħiħ-ftit aktar baxxi.

Depożitu ta' Enerġija Diretta (DED)

Laser Metal Deposition (LMD): Fl-istess ħin tmigħ trab tal-metall jew wajer filwaqt li lejżer joħloq ġabra ta 'tidwib fuq is-sottostrat jew saff preċedenti u jiddepożita l-materjal. Jippermetti tiswija ta'-partijiet kbar, materjali gradati b'mod funzjonali, u manifattura ibrida ta' addittiv-sottrattiv. Ir-rati tad-depożizzjoni huma ħafna ogħla mill-PBF.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM): Juża ark elettriku bħala s-sors tas-sħana biex jiddewweb wajer tal-metall u jiddepożitah saff b'saff. Spiża baxxa tat-tagħmir, użu għoli ta 'materjal, u adattat għal strutturi aerospazjali ultra-kbar, iżda preċiżjoni aktar baxxa u kwalità tal-wiċċ normalment jeħtieġu makkinar sussegwenti.

Binder Jetting Kap tal-istampar tislet selettivament binder fuq is-sodda tat-trab tal-metall, li jgħaqqad it-trab biex jifforma saff wieħed "aħdar" filwaqt li trab mhux marbut jaġixxi bħala appoġġ. Wara l-istampar, il-parti tgħaddi minn debinding (tneħħija tal-binder) u sinterizzazzjoni b'temperatura għolja- biex tinkiseb id-densità finali. Il-proċess m'għandu l-ebda stress termali waqt l-istampar, joffri veloċità għolja, u huwa adattat għal produzzjoni ta 'volum medju-, għalkemm it-tnaqqis tas-sinterizzazzjoni għandu jiġi kkumpensat b'mod preċiż.

Tixrid tat-Trab/Tmigħ tal-Materjal: Fit-teknoloġiji tas-sodda tat-trab-, xafra jew romblu ta' recoater ta' preċiżjoni għolja- jifrex saff uniformi ta 'trab tal-metall fuq il-pjattaforma tal-bini, li jaqbel mal-ħxuna tal-porzjon. Il-fluss tat-trab u d-distribuzzjoni tad-daqs tal-partiċelli jaffettwaw direttament il-kwalità tas-saff. F'depożizzjoni ta 'enerġija diretta, alimentatriċi tal-wajer jew żennuna tat-trab koassjali / tal-ġenb iwassal materjal preċiżament fil-pool tat-tidwib.

Input u Tidwib tal-Enerġija: Il-lejżer, ir-raġġ tal-elettroni jew l-ark jiskenja l-materjal tul il-mogħdija programmata b'veloċità għolja, idub jew sinterizzah lokalment biex jifforma saff irqiq li jaqbel eżatt mal-kontorn tal-qatgħa. It-temperatura, id-daqs u r-rata tat-tkessiħ tat-tidwib-dewweb huma kkontrollati b'mod preċiż mill-qawwa, il-veloċità tal-iskannjar, u d-dijametru tal-post, li jiddeterminaw il-mikrostruttura u l-livelli tad-difetti.

Twaħħil bejn -saff: Wara li jitlesta kull saff, il-pjattaforma tal-bini tinżel bi ħxuna ta 'saff wieħed (jew is-sodda tat-trab togħla), jinfirex saff ġdid ta' trab, u l-proċess tat-tidwib jiġi ripetut. Is-saffi huma magħqudin permezz ta' twaħħil metallurġiku biex jiffurmaw solidu tri--dimensjonali kontinwu. Sistemi moderni ħafna drabi jinkorporaw monitoraġġ tal-ġabra ta'-tidwib fil-ħin reali-bl-użu ta' kameras ta'-veloċità għolja, pirometrija infra-aħmar, jew tomografija ottika.

Strutturi ta 'Appoġġ: Għal overhangs, toqob, u karatteristiċi inklinati kbar, strutturi ta' appoġġ li jistgħu jitneħħew għandhom ikunu ddisinjati biex jipprevjenu deformazzjoni jew kollass taħt gravità waqt it-tidwib. Id-disinn u t-tneħħija ta 'appoġġ jaffettwaw b'mod sinifikanti l-ispiża finali u l-kwalità tal-wiċċ.

L-ipproċessar ta' wara-huwa stadju indispensabbli tal-istampar 3D tal-metall u ħafna drabi jammonta għal 30–50% tal-ispiża totali.

Tneħħija u Tindif ta 'Appoġġ: L-appoġġi jitneħħew permezz ta' qtugħ mekkaniku, EDM tal-wajer, dissoluzzjoni kimiku, jew metodi manwali. Trab mhux imdewweb (trab-proċessi tas-sodda) jew spatter żejjed (DED) jitnaddaf sewwa. Is-sistemi ta' rkupru tat-trab jippermettu r-riċiklaġġ tal-biċċa l-kbira tat-trab mhux użat.

Trattament tas-Sħana: It-ttemprar ta' ħelsien mill-istress-, it-trattament tas-soluzzjoni, it-tixjiħ jew l-ippressar iżostatiku bis-sħana (HIP) jelimina l-istress residwu, jagħlaq il-pori, u omoġenizza l-mikrostruttura, u jtejjeb b'mod sinifikanti l-ebusija, is-saħħa, l-ebusija u l-prestazzjoni tal-għeja. HIP sar proċess standard għal partijiet aerospazjali kritiċi.

Trattament tal-wiċċ: Sandblasting, shot peening, illustrar, ippolixxjar elettrokimiku, kisi, jew kisi jtejjeb il-kwalità tal-wiċċ, inaqqas il-ħruxija, u jissodisfa r-rekwiżiti ta 'assemblaġġ u dehra.

Makkinar: Dimensjonijiet kritiċi ta 'tgħammir, toqob bil-kamin, u uċuħ tas-siġillar huma lesti permezz ta' makkinar CNC biex jiżguraw li t-tolleranzi finali jissodisfaw l-ispeċifikazzjonijiet tad-disinn. Bosta applikazzjonijiet ta' livell għoli-jaddottaw approċċ ta' manifattura "addittiv + sottrattiv" ibridu.

Vantaġġi: Fabbrikazzjoni ta'-forma ħielsa ta' strutturi kumplessi mingħajr forom, ideali għall-personalizzazzjoni u produzzjoni ta' taħlit ta' volum baxx{-għa-medju, għoli-. Użu għoli ta 'materjal (proċessi ta' trab-sodda jistgħu jaqbżu d-90%, ferm superjuri għall-proporzjoni għolja ta 'xiri-per-fly ta' magni tradizzjonali tat-titanju), tnaqqas l-iskart ta 'metalli għaljin. Jippermetti disinn ħafif (strutturi tal-kannizzata, ottimizzazzjoni tat-topoloġija) li jissodisfa t-talbiet doppji ta 'tnaqqis tal-piż u prestazzjoni għolja fl-ajruspazju u oqsma simili. Tippermetti konsolidazzjoni għolja tal-parti, tnaqqas il-passi tal-assemblaġġ u ttejjeb l-affidabbiltà.

Limitazzjonijiet: Spiża kapitali għolja ta' tagħmir industrijali (mijiet ta' eluf sa diversi miljuni RMB) u veloċitajiet ta' bini relattivament bil-mod bħalissa jagħmlu t-teknoloġija inqas adattata għall-produzzjoni fuq skala kbira-ħafna ta' partijiet sempliċi. Peress li l--ħruxija tal-wiċċ mibnija u l-eżattezza dimensjonali huma ġeneralment aktar baxxi mill-magni CNC tradizzjonali u jiddependu fuq l-ipproċessar ta 'wara-. Trabijiet tal-metall joħolqu splużjoni, ossidazzjoni, u riskji għas-saħħa, li jeħtieġu protezzjoni stretta-gass inert u kontroll tat-trab. Il-varjetà tal-materjal u d-databases tal-parametri tal-proċess-għadhom qed jiġu estiżi, u ċ-ċikli taċ-ċertifikazzjoni jibqgħu relattivament twal.

Permezz tal-manifattura diġitali saff-saff-, printers 3D tal-metall kissru l-ostakli tal-kumplessità tal-magni tradizzjonali u pprovdew soluzzjonijiet rivoluzzjonarji għall-ajruspazju (komponenti tal-magni, strutturi tas-satellita), mediċi (impjanti speċifiċi għall-pazjent-, gwidi kirurġiċi), għodda (kanali ta’ tkessiħ konformi), enerġija, u industriji tal-karozzi. Bl-iżvilupp mgħaġġel ta' sistemi multi-laser, monitoraġġ intelliġenti in{-situ, ottimizzazzjoni tal-proċess immexxi mill-AI-, u teknoloġiji ta' manifattura ibrida, l-effiċjenza, l-ispiża, u l-affidabbiltà jkomplu jitjiebu. It-teknoloġija qed taċċellera t-tranżizzjoni tagħha minn prototipi mgħaġġla lejn manifattura diġitali diretta u produzzjoni tas-serje, u hija lesta li ssir pilastru indispensabbli tal-manifattura ta' tagħmir ta'-livell għoli.