Posilněte slitinu titanu – pět tradičních technologií 3D tisku na kov

V dnešní době, s rychlým rozvojem vědy a techniky, umožňuje technologie 3D tisku kovů s výhodami krátkodobé výroby, výroby na vyžádání a rychlého prototypování mnoho nemožných věcí.

V současné době je na trhu pět hlavních technologií 3D tisku kovů: laserové selektivní slinování (SLS), nanočásticové tryskové tváření kovů (NPJ), laserové selektivní tavení (SLM), laserové tvarování v blízkosti sítě (LENS) a selektivní tavení elektronovým paprskem ( technologie EBSM). Níže představím základ

c principy fungování těchto pěti technologií 3D tisku kovů.

Pracovní princip: Na pracovní stůl je předem položena vrstva práškového materiálu a laser spéká pevnou část prášku pod kontrolou počítače podle informací o obrysu rozhraní a poté nepřetržitě cirkuluje a skládá vrstvu po vrstvě do formy.

Metoda SLS využívá jako energii infračervený laser a jako modelovací materiály se používají převážně práškové materiály. Během zpracování se prášek nejprve předehřeje na teplotu mírně nižší, než je jeho bod tání, a poté se prášek zplošťuje působením zplošťovací tyčinky; laserový paprsek je selektivně spékán podle navrstvené informace o průřezu pod kontrolou počítače a po dokončení jedné vrstvy se slinuje další vrstva a tento cyklus se opakuje vrstvu po vrstvě, dokud nevznikne trojrozměrný díl. Nakonec je neslinutý prášek recyklován do práškového válce a vylisovaný díl je vyjmut.

Protože tato metoda tvarování má vlastnosti jednoduchého výrobního procesu, vysokou flexibilitu, široký výběr materiálu, levnou cenu materiálu, nízké náklady, vysokou míru využití materiálu a vysokou rychlost lisování, používá se hlavně v odlévacím průmyslu a může být použit přímo vyrábět rychlé formy.

Princip činnosti: Nejprve se kov vloží do 3D tiskárny ve formě kapaliny a kapalina obsahující kovové nanočástice se během tisku použije pro vstřikování. Poté se přebytečná kapalina odpaří zahřátím, aby opustila kovový díl, a nakonec je výlisek dokončen nízkoteplotním slinováním.

Tento způsob formování může používat jako nástroj běžnou inkoustovou tiskovou hlavu a nosnou strukturu lze roztavit a odstranit speciální technologií bez jakékoli vnější síly. Protože se odstraňuje tavením, lze jej teoreticky přidávat donekonečna, což dává návrhářům větší svobodu. Kromě kovových materiálů, jeho průlom v keramické technologii rozšířil jeho použití na stomatologii, medicínu a specifické průmyslové obory.

Pracovní princip: Použijte vysokoenergetický laserový paprsek k roztavení prášku kovové slitiny na dvourozměrném průřezu po rozřezání trojrozměrného modelu a vytiskněte jakoukoli složitou strukturu a kovové části s téměř 100% hustotou vrstvu po vrstvě z zdola nahoru.

Technologie SLM využívá především trojrozměrný software CAD k navrhování trojrozměrných modelů a jejich exportu do formátů souborů, které lze rozpoznat pomocí softwaru pro krájení; nakrájejte trojrozměrný model a přidejte podporu a zpracování vrstev, abyste získali data obrysu průřezu trojrozměrného modelu; pomocí softwaru pro plánování trasy naskenujte data obrysu, importujte data naplánovaná pro trasu do zařízení SLM a průmyslový počítač řídí výběr laserového paprsku podle dráhy skenování každé vrstvy obrysu, aby se prášková slitina kovu roztavila vrstva po vrstvě a naskládejte je vrstvu po vrstvě do husté trojrozměrné entity kovové součásti.

Předností technologie SLM je vysoké materiálové využití, vysoká rozměrová přesnost vyráběných kovových dílů a volné provedení. Jeho omezením jsou vysoké náklady na komponenty zařízení, neschopnost dosáhnout masové výroby produktů a nekonzistentní standardy pro prášky kovových slitin, které jsou potřebné pro zpracování. Proto se SLM používá hlavně v letectví, biomedicíně a dalších oborech a je vhodný pro výrobu drahých a obtížně zpracovatelných kovových dílů, jako jsou slitiny titanu a slitiny niklu.

Pracovní princip: Počítač rozdělí trojrozměrný CAD model součásti na vrstvy, aby získal dvourozměrná rovinná obrysová data součásti, a převede data obrysu na trajektorii pohybu CNC pracovního stolu. Současně je kovový prášek přiváděn do oblasti laserového ostření určitou rychlostí dodávání prášku a rychle se taví a tuhne. Prostřednictvím vrstvené superpozice bodů, linií a povrchů je nakonec vytvořena trojrozměrná kovová část ve tvaru téměř čistého.

LENS dokáže realizovat bezformovou výrobu kovových dílů. Tvarované díly mají hustou tkáň, zřejmé vlastnosti rychlého tavení, vysoké mechanické vlastnosti a mohou realizovat výrobu dílů z nehomogenních a gradientních materiálů a zpracování vysoce pevných kovových dílů, jako jsou slitiny titanu.

Princip činnosti: Nejprve je trojrozměrný CAD model součásti rozřezán a navrstven a získaná diskrétní data jsou vložena do tvářecího systému. Po předehřátí ve tvářecím systému elektronový paprsek roztaví prášek předem položený na pracovním stole podle CAD dat součásti. Po dokončení jedné vrstvy zpracování klesne pracovní stůl o jednu tloušťku vrstvy a poté se položí a roztaví další vrstva prášku. Současně se nová roztavená vrstva spojí s předchozí vrstvou. Tento proces se opakuje vrstva po vrstvě a přímo se tvoří trojrozměrné části.

Technologie EBDM má výhody vysoké rychlosti zpracování, vysokého využití energie, nízkého znečištění vakuem, nízkého zbytkového napětí součástí a bez odrazů. Je zvláště vhodný pro přímé tváření aktivních, žáruvzdorných a křehkých kovových materiálů a má široké vyhlídky v letectví, biomedicíně, automobilových formách a dalších oborech.