3Dプリンティング技術と材料製造設備

1990 年代に誕生した 3D プリンティング技術は、その特殊な層ごとの堆積形成原理により、複雑な構造部品を迅速かつ統合的に形成することができ、製造分野における変革技術とみなされています。 3D プリンティングは学術的にはラピッド プロトタイピング マニュファクチャリング (RPM) として知られています。 製造プロセスの技術部門は積層造形 (AM) と呼ばれます。

3Dプリントの原理

3D プリンティングはラピッド プロトタイピング技術の一種であり、粉末金属やプラスチック、その他の接着材料の使用に基づくデジタル モデル ファイルであり、レイヤーごとのプリンティングによってオブジェクト テクノロジーを構築します。その基本原理は離散的です。 -蓄積原理。 経路、限界、蓄積の仕方を離散的に求め、蓄積することで素材を「重ね合わせ」て立体を形成する。 まず、CAD ソフトウェア システムで 3D モデルを取得するか、測定器で部品エンティティの表面データを測定して 3D モデルに変換します。 次に、CAD モデルが処理され、CAD モデルが特定の方向 (通常は Z 方向) に沿って離散化され、平面スライスが層化されます。 次に、離散的な層別情報を成形プロセスパラメータ情報と組み合わせて成形機の数値制御コードを変換し、特殊なCAMシステムによって3Dソリッド部品を成形して材料を定期的かつ正確に制御します。

金属3Dプリンティング用粉末の準備

金属粉末材料の金属3Dプリンティング技術の厳しい要件により、良好な真球度、狭い粒度分布、低酸素含有量、高純度の条件を満たす必要があるため、粉末材料の製造装置も推進されています。より高い要件。 金属 3D プリンティング粉末調製技術には、主にリアルエアアトマイズ粉末装置、プラズマアトマイズ粉末装置、高周波プラズマ粒状化装置の 3 種類があります。

その中で、湖南天吉True Airアトマイズ粉末生産設備は、効率的な[密結合超音波ガスアトマイザー]のコア技術を採用しており、粉末の認定率を向上させ、空気消費量を削減し、生産コストを削減します。 同時に、酸素の増加量を減らすためのオンライン酸素含有量検出システムが装備されており、これは 3D プリンティングの球状粉末の製造に優れたツールです。

積層造形としても知られる 3D プリンティングは、いくつかの異なる 3D プリンティング プロセスをカバーする総称です。 これらのテクノロジーはまったく異なりますが、主要なプロセスは同じです。 たとえば、テクノロジーは本質的にデジタルであるため、すべての 3D プリントはデジタル モデルから始まります。 部品または製品は、もともとコンピュータ支援設計 (CAD) ソフトウェアまたはデジタル部品ライブラリから取得した電子ファイルを使用して設計されました。 次に、特別なビルド準備ソフトウェアによってデザイン ファイルが 3D プリント用のスライスまたはレイヤーに分割され、3D プリンターが従うパスの指示が生成されます。 次に、これらのテクノロジーの違いとそれぞれの一般的な使用方法を学びます。

積層造形の種類は、製造する製品や使用する材料の種類に応じて分類でき、国際標準化機構 (ISO) では、積層造形を 7 つの一般的な種類に分類しています (ただし、これら 7 つの 3D プリンティング カテゴリは、成長する製品をカバーするのにも苦労しています)テクノロジーのサブタイプとハイブリッド テクノロジーの数）。

●材料押出

●還元重合

●パウダーベッドフュージョン

●材料注入

●粘着スプレー

● 指向性エネルギー堆積

●シート積層

3Dプリンティングの分類

光造形 (SLA) ステレオリソグラフィーとも呼ばれるこの技術は、液体感光性樹脂の光重合の原理に基づいています。つまり、液体材料は特定の波長と強度の紫外線の照射下で急速に光重合し、材料は液体から固体に変化します。 液タンクには液状の感光性樹脂が満たされており、偏向ミラーの作用により液面上でレーザー光を走査し、光スポットが走査された箇所で液が硬化します。 スキャンのレイヤーが完了すると、照射されていない領域はまだ液体の樹脂のままです。 昇降台により台を降下させ、形成された層を樹脂層で覆い、スクレイパーで粘度の高い樹脂の液面を平坦にし、次の層を走査します。 新しく硬化した層は前の層にしっかりと貼り付けられ、部品全体が製造されるまで同様に行われ、3 次元ソリッド モデルが得られます。

積層固体製造技術（LOM） これは、薄い材料（裏面にコーティングされた紙など）をレーザーで切断して接着することによって部品を形成することであり、積層固体製造としても知られています。 プロセスは、最初にホットメルト接着剤でコーティングされた紙を加熱ローラーで圧着して接着します。このとき、層状CADモデルによって取得されたデータに従ってレーザーの上に位置し、紙の層を内部と外部の輪郭に切り取ります。次に、新しい紙の層をその上に重ね、ホットプレス装置で接着し、再びレーザーで切断します。 この方法は成形速度が速く、コストが低いという特徴があります。

選択的レーザー焼結 (SLS) 可融性粉末または非金属粉末（パラフィン、プラスチック、樹脂砂、ナイロンなど）をレーザー ビームで層ごとに選択的に加熱し、焼結温度に達して焼結して形状を整えます。 最初の層の焼結が完了すると、ワークベンチは次の層の高さを下げ、次の層の粉末を広げ、2番目の層をスキャンします。新たに焼結された層は前の層にしっかりと接着されます。そして最後に、CAD モデルに対応する三次元エンティティを焼結します。

FDM の基本原理は、断面形状の情報に基づいて加熱ノズルを XY 平面および Z 方向に移動するように制御することです。 ワイヤー供給機構によりワイヤー材料（プラスチックワイヤー、パラフィンワイヤーなど）をノズルに送り、ノズル内で加熱・溶解させた後、作業台上で選択的に塗布し、急冷してクロス層を形成します。 - 断面のアウトラインを作成し、層を重ねて最終的にラピッドプロトタイプになります。 成形プロセスの原理を利用して、精密鋳造用の蝋型や鋳造用の雌型を製作することができます。 これはマイクロメカニカル製造を開発する効果的な方法です。

機会と課題

現在、3Dプリンティング産業は航空宇宙、自動車、医療機器などの分野に注力しており、その規模は拡大し続け、技術レベルも向上し続けています。 多額の研究開発投資、イノベーション補助金、優遇政策などの関連政策支援により、業界の発展が促進されてきました。 同時に、3D プリンティング業界は、材料、機械的制限、コストなど、多くの課題に直面しています。 積層造形業界はイノベーションと経済変革の交差点にあり、将来は課題と機会に満ちています。