A 3D nyomtatás, más néven additív gyártás (AM), a hagyományos ipari termelés "transzformatív" módszere. A hagyományos szubtraktív gyártási folyamat a meglévő geometriai modell munkadarabok felhasználására vonatkozik, és szerszámok felhasználására az anyagok fokozatos vágására, polírozására és gravírozására, hogy végül a szükséges alkatrészekké váljanak. A 3D nyomtatás ennek az ellenkezője. A 3D nyomtatóberendezés segítségével a digitális háromdimenziós modellt rétegezzük, és a speciális anyagokat, például fémport, hőre lágyuló anyagokat, gyantákat folyamatosan halmozzuk fel, és rétegenként kötjük össze, végül egymásra helyezve háromdimenziós egészet alkotunk. . A 3D nyomtatás egy interdiszciplináris technológia, amely gépekre, anyagokra, számítógépes látásmódra, szoftverekre, elektronikára és más tudományágakra terjed ki, az alaptechnológia pedig a 3D nyomtatók gyártásában rejlik, amely speciális követelményeket támaszt az anyagokkal, szoftverekkel, tervezéssel stb.
A hagyományos gyártási folyamatokhoz képest a 3D nyomtatás jellemzői: összetett struktúrákat alakítanak ki, lerövidítik a termék megvalósítási ciklusát, nagy a termék szilárdsága, könnyű súlya és magas anyagfelhasználási aránya, de költsége is viszonylag magas. A 3D nyomtatási technológia jellemzői a következők:
(1) Összetett geometriai szerkezetű alkatrészek gyárthatók az integrált gyártás érdekében, és a szerkezet összetettsége nem jár többletköltséggel. A tervezőket többé nem kötik a hagyományos gyártási eljárások, és szabadabban készíthetnek alkatrészeket.
(2) Lerövidíti az új termékek fejlesztésének és megvalósításának ciklusát. Az új termékek hagyományos technológiával történő kifejlesztésénél új formák tervezése és gyártása, összeszerelési folyamat kialakítása szükséges, míg a 3D nyomtatáshoz nincs szükség öntőformákra és a folyamat rövid.
(3) A termék nagy szilárdságú és könnyű tulajdonságokkal rendelkezik. A 3D nyomtatási alkatrészek megvalósíthatják a hagyományos technológiával nehezen feldolgozható méhsejt-rácsszerkezetet, és nagymértékben csökkenthetik a súlyt a teljesítmény biztosítása mellett. A 3D nyomtatás gyors megszilárdulásának folyamatjellemzői alapján jó mechanikai tulajdonságok érhetők el, ezzel biztosítva a szilárdság növekedését.
(4) Az anyagok felhasználási aránya jelentősen javult. Mivel az anyagok rétegről rétegre kerülnek egymásra, a gyártási folyamatban szinte nincs anyagpazarlás, az anyagfelhasználás pedig eléri a 90 százalékot. (5) A berendezés- és anyagköltségek magasak. Az ipari minőségű 3D nyomtató berendezések drágák, egy-két millió jüantól több tízmillió jüanig terjednek. Ráadásul a speciális eljárás miatt a 3D nyomtatásnak speciális anyagokra vonatkozó követelményei vannak, a közönséges anyagokat pedig módosítani kell. Az anyagok kutatása és fejlesztése azonban nehéz és költséges, ami bizonyos mértékig korlátozza a 3D nyomtatás fejlesztését.
Több mint 30 éves fejlesztés után a 3D nyomtatási technológia folyamatosan fejlődött, és különféle nyomtatási módokat alakítottak ki, mint például a 3D bionyomtatást, a szerves anyagok nyomtatását és a fémnyomtatást. A fém 3D nyomtatás általában lézer- és elektronsugaras energiaforrásokat használ a fémpor olvasztására, így a fémport szinterezik és felhalmozzák, hogy átfogó szerkezetet alkossanak. A fémpor két beviteli módja van a teljes folyamatban, a porszórás és a poradagolás. A különböző poradagolási módszerek szerint a fém 3D nyomtatási eljárási elve irányított energiájú lerakásra (más néven poradagolásra) és porágyas szelektív olvasztásra (más néven porszórásra) oszlik. A porbevonat fémpor felhordását jelenti az aljzatra, hogy vékony réteget képezzenek, amelyet azután a vékony réteg meghatározott területeinek lézeres olvasztásával egyesítenek. A porszóráshoz képest a por beadagolása nem képez vékony réteget, és a port a porfúvókán keresztül közvetlenül a szubsztrátumon lézerrel kialakított olvadékmedencébe juttatják, és szinterezik, hogy egy egészet alkossanak. A főbb fém 3D-nyomtatási technológia nagyjából felosztható lézerszelektív olvasztási technológiára (SLM), elektronsugaras olvasztási technológiára (EBM), lézeres hálóalakító technológiára (LENS), elektronsugaras fúziós filamentum-lerakodási technológiára (EBF) és így tovább.
A fémadalékos gyártástechnológia, berendezés, anyag és folyamat fejlődésében három fontos tényező van. Jelenleg ezen a három szempontból van még mit javítani. A 3D nyomtatási technológia alkalmazási skálájának bővítése érdekében a fémadalékos gyártástechnológia az alacsony költség, a nagy méret, a több anyag felhasználása, a nagy pontosság és a nagy hatékonyság irányába fejlődik.
(1) A fémadalék berendezések a nagyszabású és a specializáció irányába fejlődnek. A nagyméretű szerkezetek és speciális területek nyomtatása iránti növekvő kereslet következtében a fém 3D nyomtatóberendezések a nagyszabású és professzionális fejlődés irányába mutató trendekké váltak.
(2) A nyomtatható nyersanyagok mennyisége tovább növekszik, és kezd megjelenni a kompozit anyagok nyomtatása. Jelenleg a fém 3D nyomtatáshoz használt nyersanyagok mennyisége viszonylag kicsi, és az anyagok minősége sem magas. Az additív gyártás ipari területen történő folyamatos térhódításával fokozatosan növekszik a több anyagból álló vegyes nyomtatást megvalósító fém 3D nyomtatás iránti piaci kereslet. Emellett kezd kialakulni a több kompozit anyag egyidejű nyomtatása, amely egyesítheti a különböző anyagok előnyeit.
(3) Új fémadalékos gyártási technológiák kidolgozása. A hagyományos fémadalékos gyártási technológiának olyan problémái vannak, mint a magas költségek és az alacsony hatásfok, amelyek közül az alacsony hatásfok az egyik kulcsfontosságú tényező, amely számos területen korlátozza az additív gyártást abban, hogy felváltsa a hagyományos kivonó gyártást. Ennek a technológiának a jövőbeni fokozatos érésével, például a lézerteljesítmény növelésével és a nyomtatási út optimalizálásával várhatóan javulhat az additív gyártás termelési üteme.