Technologia druku 3D i sprzęt do produkcji materiałów

Technologia druku 3D powstała w latach 90. XX wieku, ze względu na swoją specjalną zasadę formowania warstwowego, umożliwiającą szybkie i zintegrowane formowanie złożonych elementów konstrukcyjnych, jest uważana za przełomową technologię w dziedzinie produkcji. Druk 3D jest znany w nauce jako szybkie prototypowanie (RPM). Techniczny dział procesu produkcyjnego nazywa się wytwarzaniem addytywnym (AM).

Zasada drukowania 3D

Druk 3D to technologia szybkiego prototypowania, która polega na tworzeniu cyfrowych modeli opartych na wykorzystaniu sproszkowanego metalu lub tworzywa sztucznego oraz innych materiałów klejących. Drukowanie warstwowe pozwala na tworzenie obiektów metodą druku warstwowego. Jej podstawową zasadą jest zasada dyskretnej akumulacji. Ścieżka, ograniczenia i sposób akumulacji są uzyskiwane dyskretnie, a materiał jest „nakładany” na siebie, tworząc trójwymiarowy obiekt. Najpierw model 3D jest uzyskiwany w systemie oprogramowania CAD lub dane powierzchni elementu są mierzone za pomocą instrumentu pomiarowego i konwertowane na model 3D. Następnie model CAD jest przetwarzany, a następnie dyskretyzowany wzdłuż określonego kierunku (zazwyczaj osi Z), a warstwy płaskie są warstwowane. Następnie informacje o warstwowaniu dyskretnym są łączone z informacjami o parametrach procesu formowania w celu konwersji kodu sterowania numerycznego maszyny formującej. Specjalny system CAM formuje trójwymiarową bryłę, umożliwiając regularną i dokładną kontrolę materiału.

Przygotowanie proszku do druku 3D z metalu

Ze względu na wysokie wymagania technologii druku 3D z proszków metali, konieczne jest spełnienie warunków dobrej kulistości, wąskiego rozkładu wielkości cząstek, niskiej zawartości tlenu i wysokiej czystości, co przekłada się na wyższe wymagania stawiane urządzeniom do produkcji proszków. Istnieją trzy główne rodzaje technologii przygotowania proszku do druku 3D z metali: urządzenia do atomizacji proszku w powietrzu, urządzenia do atomizacji plazmowej oraz urządzenia do kondensacji plazmą radiową.

Wśród nich, system do produkcji proszku Hunan Tianji True Air wykorzystuje technologię wydajnego, ściśle sprzężonego, naddźwiękowego atomizera gazowego, co poprawia szybkość kwalifikacji proszku, zmniejsza zużycie powietrza i obniża koszty produkcji. Jednocześnie jest on wyposażony w system pomiaru zawartości tlenu online, który redukuje przyrost tlenu, co jest niezwykle przydatne w produkcji proszku sferycznego metodą druku 3D.

Druk 3D, znany również jako produkcja addytywna, to termin zbiorczy obejmujący kilka odrębnych procesów druku 3D. Technologie te różnią się od siebie, ale kluczowe procesy są takie same. Na przykład, każdy druk 3D rozpoczyna się od modelu cyfrowego, ponieważ technologia ta ma charakter cyfrowy. Część lub produkt jest pierwotnie projektowany za pomocą oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) lub pliku elektronicznego uzyskanego z cyfrowej biblioteki części. Plik projektu jest następnie dzielony na wycinki lub warstwy do druku 3D przez specjalne oprogramowanie do przygotowywania konstrukcji, generujące instrukcje ścieżki, którymi podąża drukarka 3D. Następnie poznasz różnice między tymi technologiami i typowe zastosowania każdej z nich.

Rodzaje produkcji addytywnej można podzielić według wytwarzanych produktów lub typów wykorzystywanych materiałów. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) dzieli je na siedem ogólnych typów (jednak te siedem kategorii druku 3D ma problem z objęciem rosnącej liczby podtypów technologii i technologii hybrydowych).

● Wytłaczanie materiałów

● Polimeryzacja redukcyjna

● Fuzja proszkowa

● Wtrysk materiału

● Klej w sprayu

● Kierowane osadzanie energii

● Laminowanie arkuszy

Klasyfikacja druku 3D

Stereolitografia (SLA) , znana również jako stereolitografia, opiera się na zasadzie fotopolimeryzacji ciekłych żywic światłoczułych. Oznacza to, że ciekły materiał szybko fotopolimeryzuje pod wpływem promieniowania ultrafioletowego o określonej długości fali i natężeniu, zmieniając stan skupienia z ciekłego na stały. Zbiornik z cieczą napełniany jest ciekłą żywicą światłoczułą. Wiązka laserowa skanuje powierzchnię cieczy pod działaniem zwierciadła odchylającego, a ciecz utwardza ​​się w miejscu zeskanowania plamki świetlnej. Po zakończeniu skanowania jednej warstwy, nieoświetlony obszar pozostaje ciekłą żywicą. Platforma podnosząca opuszcza platformę, a uformowana warstwa zostaje pokryta warstwą żywicy. Skrobak spłaszcza powierzchnię żywicy o dużej lepkości, a następnie skanuje kolejną warstwę. Nowo utwardzona warstwa jest mocno przyklejana do poprzedniej i tak dalej, aż do wytworzenia całego elementu i uzyskania trójwymiarowego modelu bryły.

Technologia produkcji warstwowej (LOM) polega na formowaniu części poprzez cięcie laserowe i łączenie cienkich materiałów (takich jak papier powlekany od spodu), znana również jako laminowanie. Proces polega na sklejeniu papieru powlekanego klejem topliwym za pomocą wałka grzewczego, który jest dociskany do siebie, a następnie nałożeniu warstwy papieru na wewnętrzny i zewnętrzny obrys części, a następnie nałożeniu nowej warstwy papieru, sklejonej za pomocą urządzenia do prasowania na gorąco, a następnie ponownym cięciu laserem. Metoda ta charakteryzuje się wysoką wydajnością formowania i niskim kosztem.

Selektywne spiekanie laserowe (SLS) polega na selektywnym nagrzewaniu warstwowo proszków topliwych lub niemetalicznych (takich jak parafina, plastik, piasek żywiczny, nylon itp.) za pomocą wiązki laserowej, aż do osiągnięcia temperatury spiekania i uzyskania odpowiedniego kształtu. Po zakończeniu spiekania pierwszej warstwy, stół roboczy obniża wysokość kolejnej warstwy, rozprowadza proszek kolejnej warstwy, a następnie skanuje drugą warstwę. Nowo spiekana warstwa jest trwale łączona z poprzednią i tak dalej, aż w końcu powstaje trójwymiarowy element odpowiadający modelowi CAD.

Podstawową zasadą FDM jest sterowanie dyszą grzewczą, aby poruszała się w płaszczyźnie XY i Z zgodnie z informacjami zawartymi w profilu przekroju. Materiał drutu (taki jak drut z tworzywa sztucznego, drut parafinowy itp.) jest doprowadzany do dyszy przez mechanizm podający drut, podgrzewany i topiony w dyszy, a następnie selektywnie nanoszony na stół roboczy, szybko schładzany, tworząc warstwę o przekroju poprzecznym, nakładaną na siebie warstwami i ostatecznie tworzącą szybki prototyp. Zasadę procesu formowania można wykorzystać do produkcji form woskowych do odlewów precyzyjnych oraz form żeńskich do odlewów. 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 jej skala stale rośnie, a poziom techniczny stale się poprawia. Odpowiednie wsparcie polityczne, w tym wysokie nakłady na badania i rozwój, granty na innowacje i preferencyjne polityki, sprzyja rozwojowi branży. Jednocześnie branża druku 3D zmaga się z wieloma wyzwaniami, takimi jak ograniczenia materiałowe, mechaniczne i koszty. Branża wytwarzania addytywnego znajduje się na styku innowacji i transformacji gospodarczej, a przyszłość jest pełna wyzwań i możliwości.