Technologia druku 3D i sprzęt do produkcji materiałów

Technologia druku 3D, która powstała w latach 90. XX wieku, ze względu na specjalną zasadę osadzania warstwa po warstwie, umożliwia szybkie i zintegrowane formowanie złożonych części konstrukcyjnych, jest uważana za technologię transformacyjną w dziedzinie produkcji. Druk 3D jest znany w nauce jako Rapid Prototyping Manufacturing (RPM). Techniczny dział procesu produkcyjnego nazywa się wytwarzaniem przyrostowym (AM).

Zasada druku 3D

Druk 3D to rodzaj technologii szybkiego prototypowania, jest to cyfrowy plik modelu oparty na zastosowaniu proszków metalowych lub tworzyw sztucznych i innych materiałów klejących, poprzez drukowanie warstwa po warstwie w celu skonstruowania technologii obiektowej, jego podstawową zasadą jest dyskretność -zasada akumulacji. Ścieżka, ograniczenia i sposób akumulacji są uzyskiwane dyskretnie, a materiał jest „nałożony”, tworząc trójwymiarową całość poprzez akumulację. Po pierwsze, model 3D jest uzyskiwany w systemie oprogramowania CAD lub dane powierzchniowe elementu części są mierzone za pomocą przyrządu pomiarowego i przekształcane w model 3D. Po drugie, model CAD jest przetwarzany, a model CAD jest dyskretyzowany w określonym kierunku (zwykle w kierunku Z), a przekroje płaskie są rozwarstwiane. Następnie dyskretne informacje o stratyfikacji są łączone z informacjami o parametrach procesu formowania w celu przekształcenia numerycznego kodu sterującego maszyny formującej, a specjalny system CAM formuje bryłę 3D w celu regularnej i dokładnej kontroli materiału.

Przygotowanie proszku do druku 3D w metalu

Ze względu na wysokie wymagania technologii druku 3D metali dla materiałów proszkowych, konieczne jest spełnienie warunków dobrej kulistości, wąskiego rozkładu wielkości cząstek, niskiej zawartości tlenu i wysokiej czystości, dlatego też wysuwa się sprzęt do produkcji materiałów proszkowych wyższe wymagania. Istnieją głównie trzy rodzaje technologii przygotowania proszku do drukowania 3D w metalu: sprzęt do rozpylania proszku w prawdziwym powietrzu, sprzęt do rozpylania proszku w plazmie i sprzęt do nodulizacji plazmy o częstotliwości radiowej.

Wśród nich sprzęt do produkcji proszku atomizującego Hunan Tianji True Air wykorzystuje podstawową technologię wydajnego [ściśle sprzężonego naddźwiękowego atomizera gazu], który poprawia stopień kwalifikacji proszku, zmniejsza zużycie powietrza i obniża koszty produkcji. Jednocześnie jest wyposażony w system wykrywania zawartości tlenu online w celu zmniejszenia przyrostu tlenu, co jest ostrym narzędziem do produkcji proszku sferycznego w druku 3D.

Druk 3D, znany również jako produkcja przyrostowa, to ogólny termin obejmujący kilka odrębnych procesów drukowania 3D. Technologie te różnią się od siebie, ale kluczowe procesy są takie same. Na przykład cały druk 3D rozpoczyna się od modelu cyfrowego, ponieważ technologia ma charakter cyfrowy. Część lub produkt został oryginalnie zaprojektowany przy użyciu oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) lub pliku elektronicznego uzyskanego z cyfrowej biblioteki części. Plik projektu jest następnie dzielony na plasterki lub warstwy w celu wydrukowania 3D za pomocą specjalnego oprogramowania do przygotowywania kompilacji, generującego instrukcje dotyczące ścieżki, którą ma podążać drukarka 3D. Następnie poznasz różnice między tymi technologiami i typowe zastosowania każdej z nich.

Rodzaje wytwarzania przyrostowego można podzielić ze względu na wytwarzane produkty lub rodzaje używanych materiałów, przy czym Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) klasyfikuje je na siedem ogólnych typów (ale te siedem kategorii druku 3D również ma trudności z pokryciem rosnącego liczba podtypów technologii i technologie hybrydowe).

● Wytłaczanie materiału

● Polimeryzacja redukcyjna

● Fuzja w złożu proszkowym

● Wtrysk materiału

● Klej w sprayu

● Ukierunkowane osadzanie energii

● Laminowanie arkuszy

Klasyfikacja druku 3D

Stereolitografia (SLA) zwana także stereolitografią, opiera się na zasadzie fotopolimeryzacji ciekłych żywic światłoczułych, to znaczy, że ciekły materiał szybko fotopolimeryzuje pod wpływem napromieniowania światłem ultrafioletowym o określonej długości fali i natężeniu, a materiał przechodzi z cieczy w ciało stałe. Zbiornik cieczy jest wypełniony płynną żywicą światłoczułą, a wiązkę lasera można skanować na powierzchni cieczy pod działaniem lustra odchylającego, a ciecz jest utwardzana w miejscu skanowania plamki świetlnej. Po zakończeniu skanowania warstwy nieoświetlony obszar nadal stanowi płynną żywicę. Platforma podnosząca zjeżdża platformą w dół, a utworzona warstwa zostaje pokryta warstwą żywicy, a zgarniacz wyrównuje płynną powierzchnię żywicy z dużą lepkością, po czym skanuje kolejną warstwę. Nowo utwardzona warstwa mocno przylega do warstwy poprzedniej i tak dalej, aż do wyprodukowania całej części i uzyskania trójwymiarowego modelu bryły.

Technologia wytwarzania warstwowych materiałów stałych (LOM) polega na formowaniu części poprzez cięcie laserowe i łączenie cienkich materiałów (takich jak papier powlekany z tyłu), co jest również znane jako produkcja lita laminowana. Proces polega na tym, aby w pierwszej kolejności skleić papier pokryty klejem termotopliwym poprzez sklejony ze sobą dociskowo wałek grzejny, znajdujący się w tym momencie nad laserem zgodnie z danymi uzyskanymi z warstwowego modelu CAD, wyciąć warstwę papieru po obrysie wewnętrznym i zewnętrznym części, a następnie na wierzch nakładana jest nowa warstwa papieru, sklejana za pomocą urządzenia do prasowania na gorąco, po czym laser jest ponownie wycinany. Metoda ta charakteryzuje się dużą szybkością formowania i niskim kosztem.

Selektywne spiekanie laserowe (SLS) selektywnie podgrzewa topliwe lub niemetaliczne proszki (takie jak parafina, plastik, piasek żywiczny, nylon itp.) warstwa po warstwie za pomocą wiązki lasera, aby osiągnąć temperaturę spiekania i nadać im odpowiedni kształt. Po zakończeniu spiekania pierwszej warstwy stół warsztatowy obniża wysokość kolejnej warstwy, rozprowadza proszek kolejnej warstwy, a następnie skanuje drugą warstwę, nowo spiekana warstwa jest trwale połączona z poprzednią warstwą i tak dalej, i na koniec spiekana trójwymiarowa jednostka odpowiadająca modelowi CAD.

Podstawową zasadą FDM jest sterowanie ruchem dyszy grzewczej w płaszczyźnie XY i kierunku Z zgodnie z informacją o profilu przekroju. Materiał drutu (np. drut z tworzywa sztucznego, drut parafinowy itp.) jest przesyłany do dyszy za pomocą mechanizmu podawania drutu, podgrzewany i topiony w dyszy, a następnie selektywnie powlekany na stole roboczym, szybko schładzany w celu utworzenia warstwy krzyżowej -zarys przekroju, nakładanie warstw na warstwy i ostatecznie stanie się szybkim prototypem. Zasada procesu formowania może być wykorzystana do wykonania form woskowych do odlewania precyzyjnego i form żeńskich do odlewania. Jest to skuteczny sposób na rozwój produkcji mikromechanicznej.

Szanse i wyzwania

Obecnie branża druku 3D koncentruje się na przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, sprzęcie medycznym i innych dziedzinach, a skala stale się powiększa, a poziom techniczny stale się podnosi. Odpowiednie wsparcie polityczne, w tym duża kwota inwestycji w badania i rozwój, dotacje na innowacje i polityki preferencyjne, przyczyniło się do rozwoju przemysłu. Jednocześnie branża druku 3D stoi przed wieloma wyzwaniami, takimi jak ograniczenia materiałowe, mechaniczne i koszty. Przemysł wytwarzania przyrostowego znajduje się na styku innowacji i transformacji gospodarczej, a przyszłość jest pełna wyzwań i możliwości.