Технология 3D-печати и оборудование для производства материалов.

Технология 3D-печати, зародившаяся в 1990-х годах, благодаря своему особому принципу послойного нанесения материала позволяет быстро и комплексно изготавливать сложные конструкционные детали, и считается революционной технологией в области производства. В академической среде 3D-печать известна как технология быстрого прототипирования (Rapid Prototyping Manufacturing, RPM). Техническое подразделение этого производственного процесса называется аддитивным производством (Additive Manufacturing, AM).

Принцип 3D-печати

3D-печать — это технология быстрого прототипирования, основанная на использовании цифрового файла модели из порошкового металла, пластика и других клеевых материалов. Технология послойной печати позволяет создавать объекты, используя принцип дискретного накопления. Путь, ограничения и способ накопления определяются дискретно, а затем материал «накладывается» друг на друга, образуя трехмерную структуру. Сначала 3D-модель создается в CAD-системе или данные поверхности детали измеряются измерительным прибором и преобразуются в 3D-модель. Затем CAD-модель обрабатывается, дискретизируется вдоль определенного направления (обычно по оси Z), и происходит послойное формирование плоскостей. Затем информация о дискретном послойном формировании объединяется с информацией о параметрах процесса формования для преобразования в числовой код управления формовочного станка, и с помощью специальной CAM-системы осуществляется равномерное и точное управление подачей материала для создания твердотельной 3D-детали.

Подготовка порошка для 3D-печати металлом

В связи с высокими требованиями к порошковым металлическим материалам для 3D-печати металлом, необходимо обеспечить хорошую сферичность, узкое распределение частиц по размерам, низкое содержание кислорода и высокую чистоту, поэтому к оборудованию для производства порошковых материалов предъявляются более высокие требования. Существует три основных типа технологий подготовки порошков для 3D-печати металлом: оборудование для распыления порошка в реальном воздухе, оборудование для плазменного распыления порошка и оборудование для радиочастотной плазменной обработки.

Среди них оборудование для производства порошка методом распыления Hunan Tianji True Air использует ключевую технологию эффективного [сверхзвукового газового распылителя с плотной связью], что повышает качество порошка, снижает расход воздуха и уменьшает производственные затраты. Одновременно оно оснащено системой онлайн-контроля содержания кислорода для снижения его прироста, что является эффективным инструментом для производства сферического порошка для 3D-печати.

3D-печать, также известная как аддитивное производство, — это общий термин, охватывающий несколько различных процессов 3D-печати. ​​Эти технологии совершенно разные, но ключевые процессы одинаковы. Например, любая 3D-печать начинается с цифровой модели, поскольку технология по своей природе цифровая. Деталь или изделие изначально проектируется с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР) или электронного файла, полученного из цифровой библиотеки деталей. Затем файл проекта разбивается на слои для 3D-печати с помощью специального программного обеспечения для подготовки к печати, генерирующего инструкции по траектории для 3D-принтера. Далее вы узнаете о различиях между этими технологиями и типичном применении каждой из них.

Виды аддитивного производства можно разделить в зависимости от производимой продукции или используемых материалов. Международная организация по стандартизации (ISO) классифицирует их на семь общих типов (однако эти семь категорий 3D-печати также с трудом охватывают растущее число технологических подтипов и гибридных технологий).

● Экструзия материала

● Восстановительная полимеризация

● Спекание порошкового слоя

● Впрыск материала

● Клей-спрей

● Направленное выделение энергии

● Ламинирование листов

Классификация 3D-печати

Стереолитография (SLA) , также известная как стереолитография, основана на принципе фотополимеризации жидких фоточувствительных смол, то есть жидкий материал быстро фотополимеризуется под воздействием ультрафиолетового света определенной длины волны и интенсивности, и материал переходит из жидкого состояния в твердое. Резервуар с жидкостью заполняется фоточувствительной смолой, и лазерный луч сканируется по поверхности жидкости под действием отклоняющего зеркала, при этом происходит отверждение жидкости в местах сканирования светового пятна. После завершения сканирования слоя неосвещенная область остается в жидком состоянии. Подъемная платформа опускается вниз, образующийся слой покрывается слоем смолы, а скребок выравнивает поверхность смолы с высокой вязкостью, после чего сканируется следующий слой. Новый отвержденный слой прочно приклеивается к предыдущему слою, и так далее, пока не будет изготовлена ​​вся деталь и получена трехмерная твердая модель.

Технология послойного твердотельного производства (LOM) заключается в формировании деталей путем лазерной резки и склеивания тонких материалов (например, бумаги с обратным покрытием), также известная как ламинированное твердотельное производство. Процесс состоит в следующем: сначала бумага склеивается термоклеем с помощью нагревательного ролика, который прижимается друг к другу; затем, в соответствии с данными, полученными из послойной CAD-модели, над слоем бумаги вырезается внутренний и внешний контур детали; после этого накладывается новый слой бумаги, склеиваемый горячим прессом, и снова производится лазерная резка. Этот метод характеризуется высокой скоростью формования и низкой стоимостью.

Селективное лазерное спекание (SLS) заключается в послойном нагреве плавких или неметаллических порошков (таких как парафин, пластик, смоляной песок, нейлон и т. д.) с помощью лазерного луча до достижения температуры спекания и придания им нужной формы. После завершения спекания первого слоя рабочий стол опускает высоту следующего слоя, распределяет порошок следующего слоя, затем сканирует второй слой, новый спеченный слой прочно соединяется с предыдущим слоем, и так далее, в результате чего получается спеченное трехмерное изделие, соответствующее CAD-модели.

Основной принцип FDM-печати заключается в управлении перемещением нагревательного сопла в плоскостях XY и Z в соответствии с информацией о профиле поперечного сечения. Проволочный материал (например, пластиковая проволока, парафиновая проволока и т. д.) подается в сопло с помощью механизма подачи проволоки, нагревается и плавится внутри сопла, а затем выборочно наносится на рабочий стол, быстро охлаждается, образуя слой контура поперечного сечения, слой за слоем накладывается друг на друга, и в итоге получается быстро изготавливаемый прототип. Принцип процесса формования может быть использован для изготовления восковых форм для прецизионного литья и женских форм для литья. Это эффективный способ развития микромеханического производства.

Возможности и вызовы

В настоящее время индустрия 3D-печати сосредоточена на аэрокосмической, автомобильной, медицинской и других областях, масштабы её постоянно расширяются, а технический уровень постоянно повышается. Соответствующая государственная поддержка, включая значительные инвестиции в исследования и разработки, гранты на инновации и льготные условия, способствовала развитию отрасли. В то же время индустрия 3D-печати сталкивается со многими проблемами, такими как ограничения по материалам, механическим свойствам и стоимости. Индустрия аддитивного производства находится на стыке инноваций и экономической трансформации, и её будущее полно вызовов и возможностей.