A 3D nyomtatási technológia megjelenése óta fokozatosan alkalmazzák a tényleges termékek gyártásában. Közülük különösen gyors a fémanyagok 3D nyomtatási technológiájának fejlődése. A honvédelem terén Európa fejlett országai és az Egyesült Államok nagy jelentőséget tulajdonítanak a fém 3D nyomtatás fejlesztésének, és hatalmas összegeket fektetnek a kutatásba. A fém alkatrészek 3D nyomtatása mindig is a kutatás és az alkalmazás középpontjában állt. Nemcsak öntőformákat és kerékpárokat nyomtathat vele, hanem példátlan új fegyvereket is, sőt nagy felszereléseket, például autókat és repülőket is képes nyomtatni. Az intelligens gyártási technológia új típusaként a fém 3D-nyomtatás nagyon széles körű alkalmazási lehetőséget mutatott, és erőteljes fejlődési lendületet mutatott több területen, mint például a berendezések tervezése és gyártása, a berendezések támogatása és az űrkutatás.
Fém 3D nyomtatási funkciók
1) Nagy pontosság. Jelenleg a fém 3D nyomtatóberendezések pontossága alapvetően 0,05 mm alatt szabályozható.
2) A ciklus rövid. A fém 3D nyomtatáshoz nincs szükség öntőformák gyártási folyamatára, ami nagymértékben lerövidíti a modell gyártási idejét. Általában egy modell néhány óra vagy akár több tíz perc alatt kinyomtatható.
3) Személyre szabható. A fém 3D-nyomtatásnak nincs határa a nyomtatott modellek számára, függetlenül attól, hogy egy vagy több is előállítható azonos költséggel.
4) Az anyagok sokfélesége. Egy fém 3D nyomtatórendszer gyakran képes különféle anyagok nyomtatását megvalósítani, és ennek az anyagnak a sokfélesége megfelel a különböző területek igényeinek.
5) A költség viszonylag alacsony. Bár a fém 3D nyomtatórendszerek és a 3D nyomtatáshoz használt fémanyagok ma viszonylag drágák, ha személyre szabott termékek előállítására használják őket, az előállítási költség viszonylag alacsony.
Fém 3D nyomtatási technológia
A fém alkatrészek 3D nyomtatási technológiája, mint a legkorszerűbb és legnagyobb potenciállal rendelkező technológia a teljes 3D nyomtatási rendszerben, a fejlett gyártástechnológia fontos fejlesztési iránya. A tudomány és technológia fejlődésével, valamint a népszerűsítési és alkalmazási igényekkel a fém funkcionális alkatrészek gyors prototípuskészítéssel történő közvetlen gyártása a gyors prototípusgyártás fő fejlesztési irányává vált. Jelenleg a fém funkcionális alkatrészek közvetlen gyártására használható gyors prototípus-készítési módszerek főként a következők: Szelektív lézerolvasztás (SLM), elektronsugaras szelektív olvasztás (EBSM), lézeres hálóalakítás (LENS) )vár.
Szelektív lézerolvadás (SLM)
Az SLM a fém 3D nyomtatás területének fontos része. Fejlesztési folyamata olyan szakaszokon ment keresztül, mint az alacsony olvadáspontú nemfémes por szinterezése, az alacsony olvadáspontú bevonatos, magas olvadáspontú por szinterezése és a magas olvadáspontú por közvetlen megolvasztása. Az austini Texasi Egyetem először 1986-ban nyújtott be szabadalmi kérelmet, és 1988-ban sikeresen kifejlesztette az első SLM-berendezést. Egy finoman fókuszált folt segítségével gyorsan megolvad egy előre beállított, 30-51 μm-es poranyaggá, és szinte közvetlenül képes bármilyen formát kapni. Valamint funkcionális alkatrészek teljes kohászati ragasztással. A sűrűség elérheti a közel 100 százalékot, a méretpontosság elérheti a 20-50 μm-t, a felületi érdesség pedig elérheti a 20-30 μm-t. Ez egy gyors prototípus-készítési technológia, nagy fejlődési kilátásokkal.
Az SLM fröccsöntő anyagok többnyire egykomponensű fémporok, köztük ausztenites rozsdamentes acél, nikkel alapú ötvözetek, titán alapú ötvözetek, kobalt-króm ötvözetek és nemesfémek. A lézersugár gyorsan megolvasztja a fémport, és folyamatos olvasztócsatornát kap, amely közvetlenül képes szinte bármilyen alakú, közel sűrű fémrészeket nyerni, teljes kohászati kötéssel és nagy pontossággal. Ez egy 3D nyomtatási technológia fém alkatrészekhez, nagy fejlődési kilátásokkal. Alkalmazási körét kiterjesztették a repülőgépiparra, a mikroelektronikára, az orvosi kezelésre, az ékszeriparra és más iparágakra.
Az SLM folyamatban több mint 50 befolyásoló tényező van, és hat kategória van, amelyek fontos hatással vannak az öntési hatásra: anyagtulajdonságok, lézer- és optikai útrendszerek, szkennelési jellemzők, fröccsöntési atmoszféra, formázási geometriai jellemzők és berendezéstényezők. A hazai és külföldi kutatók jelenleg elsősorban a fenti tényezőkkel kapcsolatos folyamatkutatást és alkalmazáskutatást végeznek, a fröccsöntési folyamat hibáinak megoldása és a fröccsöntött alkatrészek minőségének javítása céljából. A folyamatkutatás szempontjából az SLM alakítási folyamatban a fontos folyamatparaméterek közé tartozik a lézerteljesítmény, a pásztázási sebesség, a porréteg vastagsága, a szkennelési távolság és a szkennelési stratégia stb. A különböző folyamatparaméterek kombinálásával az alakítási minőség optimalizálható.
Az SLM fröccsöntési folyamat fő hibái a szferoidizáció és a deformáció. A szferoidosítás a felső és alsó réteg elégtelen megolvadása a formázási folyamat során. A felületi feszültség hatására az olvadt cseppek gyorsan gömb alakúra gördülnek, ami gömbölyűvé válik. A szferoidizáció elkerülése érdekében a bemeneti energiát megfelelően növelni kell. A vetemedési deformációt az SLM-alakítási folyamatban az anyag szilárdságát meghaladó hőfeszültség okozza, ami képlékeny deformációt eredményez. Az SLM folyamat vetemedési deformációjával kapcsolatos jelenlegi kutatások a maradó feszültség mérésének nehézsége miatt elsősorban végeselemes módszerrel zajlanak, majd A szimulációs eredmények megbízhatóságát kísérletekkel igazoljuk. Az SLM technológia alapelve: először a Pro/e, UG, CATIA és más 3D modellező szoftverek segítségével tervezze meg az alkatrész 3D szilárd modelljét a számítógépen, majd szeletelje fel és rétegezze fel a 3D modellt a szeletelő szoftveren keresztül, hogy megkapja a az egyes szakaszok kontúradatai, a töltési szkennelési útvonalat a kontúradatokból állítják elő, és a berendezés vezérli a lézersugarat, hogy szelektíven megolvasztja az egyes rétegek fémporos anyagait ezeknek a töltési szkennelési vonalaknak megfelelően, és fokozatosan háromdimenziósra rakja őket. fém alkatrészek.