3D-Drucktechnologie und Materialproduktionsausrüstung

Die 3D-Drucktechnologie entstand in den 1990er Jahren und gilt aufgrund ihres speziellen Schicht-für-Schicht-Auftragsformprinzips, das eine schnelle und integrierte Formung komplexer Strukturteile ermöglicht, als transformative Technologie im Bereich der Fertigung. Der 3D-Druck ist in der Fachsprache als Rapid Prototyping Manufacturing (RPM) bekannt. Der technische Teilbereich des Herstellungsprozesses wird als Additive Fertigung (AM) bezeichnet.

Prinzip des 3D-Drucks

Der 3D-Druck ist eine Art Rapid-Prototyping-Technologie. Dabei handelt es sich um eine digitale Modelldatei, die auf der Verwendung von Pulvermetall oder Kunststoff und anderen Klebematerialien basiert und durch Schicht-für-Schicht-Druck zum Aufbau der Objekttechnologie verwendet wird. Sein Grundprinzip ist die Diskretion -Akkumulationsprinzip. Der Weg, die Begrenzung und die Art der Akkumulation werden diskret ermittelt, und das Material wird durch Akkumulation zu einer dreidimensionalen Einheit „überlagert“. Zunächst wird das 3D-Modell im CAD-Softwaresystem erfasst oder die Oberflächendaten des Bauteils werden mit dem Messgerät vermessen und in das 3D-Modell umgewandelt. Zweitens wird das CAD-Modell verarbeitet, das CAD-Modell entlang einer bestimmten Richtung (normalerweise Z-Richtung) diskretisiert und die Ebenenschnitte geschichtet. Anschließend werden die diskreten Schichtungsinformationen mit den Parameterinformationen des Umformprozesses kombiniert, um den numerischen Steuercode der Umformmaschine umzuwandeln, und durch das spezielle CAM-System wird ein 3D-Massivteil geformt, um das Material regelmäßig und genau zu steuern.

Vorbereitung des Metall-3D-Druckpulvers

Aufgrund der anspruchsvollen Anforderungen der Metall-3D-Drucktechnologie für Metallpulvermaterialien ist es notwendig, die Bedingungen einer guten Sphärizität, einer engen Partikelgrößenverteilung, eines niedrigen Sauerstoffgehalts und einer hohen Reinheit zu erfüllen, weshalb auch die Produktionsausrüstung für Pulvermaterialien vorgeschlagen wird höhere Anforderungen. Es gibt hauptsächlich drei Arten von Technologien zur Herstellung von Metall-3D-Druckpulvern: echte Luftzerstäubungspulverausrüstung, Plasmazerstäubungspulverausrüstung und Radiofrequenz-Plasma-Knötchenbildungsausrüstung.

Unter anderem nutzt die Hunan Tianji True Air-Zerstäubungspulverproduktionsanlage die Kerntechnologie eines effizienten [eng gekoppelten Überschallgaszerstäubers], der die Pulverqualifikationsrate verbessert, den Luftverbrauch reduziert und die Produktionskosten senkt. Gleichzeitig ist es mit einem Online-Sauerstoffgehalt-Erkennungssystem ausgestattet, um den Sauerstoffanstieg zu reduzieren, was ein scharfes Werkzeug für die 3D-Druckproduktion von sphärischem Pulver ist.

3D-Druck, auch Additive Fertigung genannt, ist ein Überbegriff, der mehrere unterschiedliche 3D-Druckverfahren umfasst. Zwischen diesen Technologien liegen Welten, aber die Schlüsselprozesse sind dieselben. Beispielsweise beginnt jeder 3D-Druck mit einem digitalen Modell, da die Technologie digitaler Natur ist. Ein Teil oder Produkt wird ursprünglich mithilfe einer CAD-Software (Computer Aided Design) oder einer elektronischen Datei aus einer digitalen Teilebibliothek entworfen. Anschließend wird die Designdatei für den 3D-Druck durch eine spezielle Build-Vorbereitungssoftware in Scheiben oder Schichten zerlegt, wodurch Pfadanweisungen für den 3D-Drucker generiert werden. Als Nächstes lernen Sie die Unterschiede zwischen diesen Technologien und deren typische Verwendung kennen.

Die Arten der additiven Fertigung können nach den von ihnen hergestellten Produkten oder den Arten der verwendeten Materialien unterteilt werden, wobei die Internationale Organisation für Standards (ISO) sie in sieben allgemeine Typen einteilt (aber diese sieben 3D-Druckkategorien haben auch Schwierigkeiten, die wachsende Nachfrage abzudecken). Anzahl der Technologiesubtypen und Hybridtechnologien).

● Materialextrusion

● Reduktionspolymerisation

● Pulverbettfusion

● Materialinjektion

● Klebespray

● Gezielte Energiedeposition

● Blechlaminierung

Klassifizierung des 3D-Drucks

Stereolithographie (SLA) , auch Stereolithographie genannt, basiert auf dem Prinzip der Photopolymerisation flüssiger lichtempfindlicher Harze, d. h. das flüssige Material photopolymerisiert unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht einer bestimmten Wellenlänge und Intensität schnell und das Material wandelt sich von flüssig in fest um. Der Flüssigkeitstank ist mit flüssigem lichtempfindlichem Harz gefüllt, und der Laserstrahl kann unter der Wirkung des Ablenkspiegels über die Flüssigkeitsoberfläche gescannt werden, und die Flüssigkeit wird dort ausgehärtet, wo der Lichtpunkt gescannt wird. Wenn eine Scanschicht abgeschlossen ist, besteht der unbeleuchtete Bereich immer noch aus flüssigem Harz. Die Hebeplattform fährt die Plattform nach unten, und die gebildete Schicht wird mit einer Harzschicht bedeckt, und der Schaber glättet die flüssige Oberfläche des Harzes mit hoher Viskosität und scannt dann die nächste Schicht. Die neu ausgehärtete Schicht wird fest mit der vorherigen Schicht verbunden und so weiter, bis das gesamte Teil hergestellt ist und ein dreidimensionales Volumenmodell entsteht.

Layered-Solid-Manufacturing-Technologie (LOM) besteht darin, Teile durch Laserschneiden und Verbinden dünner Materialien (z. B. rückseitig beschichtetes Papier) zu formen, was auch als laminierte Massivfertigung bezeichnet wird. Der Prozess besteht darin, zunächst das mit Heißschmelzkleber beschichtete Papier durch den Druck der Heizwalze zusammenzukleben. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Laser über dem Laser und schneidet gemäß den durch das geschichtete CAD-Modell erhaltenen Daten eine Papierschicht in die Innen- und Außenkontur Anschließend wird eine neue Schicht Papier auf die Oberseite gelegt, mit der Heißpressvorrichtung zusammengeklebt und mit dem Laser erneut geschnitten. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Umformgeschwindigkeit und niedrige Kosten aus.

Selektives Lasersintern (SLS) Erhitzt schmelzbare oder nichtmetallische Pulver (wie Paraffin, Kunststoff, Harzsand, Nylon usw.) selektiv Schicht für Schicht durch einen Laserstrahl, um die Sintertemperatur zu erreichen und in Form zu sintern. Wenn die erste Schicht gesintert ist, senkt die Werkbank die Höhe der nächsten Schicht, verteilt das Pulver der nächsten Schicht und scannt dann die zweite Schicht, die neu gesinterte Schicht wird fest mit der vorherigen Schicht verbunden und so weiter. und schließlich gesintertes dreidimensionales Gebilde entsprechend dem CAD-Modell.

Das Grundprinzip von FDM besteht darin, die Heizdüse so zu steuern, dass sie sich entsprechend den Informationen des Querschnittsprofils in der XY-Ebene und Z-Richtung bewegt. Das Drahtmaterial (z. B. Kunststoffdraht, Paraffindraht usw.) wird vom Drahtzufuhrmechanismus zur Düse geleitet, in der Düse erhitzt und geschmolzen und dann selektiv auf den Arbeitstisch aufgetragen und schnell abgekühlt, um eine Kreuzschicht zu bilden -Abschnittsumriss, Schicht für Schicht überlagern und schließlich zu einem schnellen Prototyp werden. Mit dem Prinzip des Formverfahrens lassen sich Wachsformen für den Präzisionsguss und Negativformen für den Guss herstellen. Es ist eine effektive Möglichkeit, die mikromechanische Fertigung zu entwickeln.

Gelegenheiten und Herausforderungen

Derzeit konzentriert sich die 3D-Druckindustrie auf die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, medizinische Geräte und andere Bereiche. Der Umfang wird ständig erweitert und das technische Niveau verbessert sich ständig. Relevante politische Unterstützung, einschließlich umfangreicher Forschungs- und Entwicklungsinvestitionen, Innovationszuschüsse und Sonderregelungen, hat die Entwicklung der Branche gefördert. Gleichzeitig steht die 3D-Druckindustrie vor vielen Herausforderungen, wie etwa Material, mechanische Einschränkungen und Kosten. Die additive Fertigungsindustrie befindet sich an der Schnittstelle von Innovation und wirtschaftlichem Wandel, und die Zukunft ist voller Herausforderungen und Chancen.