เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติและอุปกรณ์การผลิตวัสดุ

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติถือกำเนิดขึ้นในปี 1990 เนื่องจากหลักการการขึ้นรูปแบบพิเศษทีละชั้น ทำให้สามารถขึ้นรูปชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซับซ้อนได้อย่างรวดเร็วและบูรณาการ ถือเป็นเทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงในด้านการผลิต การพิมพ์ 3 มิติเป็นที่รู้จักในเชิงวิชาการว่า Rapid Prototyping Manufacturing (RPM) แผนกเทคนิคของกระบวนการผลิตเรียกว่าการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (AM)

หลักการพิมพ์ 3 มิติ

การพิมพ์ 3 มิติเป็นเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว มันเป็นไฟล์โมเดลดิจิทัลที่ใช้ผงโลหะหรือพลาสติกและวัสดุกาวอื่น ๆ โดยผ่านการพิมพ์แบบชั้นต่อชั้นเพื่อสร้างเทคโนโลยีวัตถุ หลักการพื้นฐานของมันคือแบบไม่ต่อเนื่อง -หลักการสะสม เส้นทาง ข้อจำกัด และวิธีการสะสมนั้นได้รับมาโดยแยกจากกัน และวัสดุจะถูก "ซ้อนทับ" เพื่อสร้างเอนทิตีสามมิติผ่านการสะสม ประการแรก โมเดล 3 มิติได้มาจากระบบซอฟต์แวร์ CAD หรือข้อมูลพื้นผิวของเอนทิตีชิ้นส่วนจะถูกวัดด้วยเครื่องมือวัด และแปลงเป็นโมเดล 3 มิติ ประการที่สอง โมเดล CAD ได้รับการประมวลผล และโมเดล CAD จะถูกแยกส่วนไปตามทิศทางที่กำหนด (โดยปกติจะเป็นทิศทาง Z) และชิ้นส่วนระนาบจะถูกแบ่งชั้น จากนั้นข้อมูลการแบ่งชั้นแบบแยกส่วนจะถูกรวมเข้ากับข้อมูลพารามิเตอร์กระบวนการขึ้นรูปเพื่อแปลงรหัสควบคุมเชิงตัวเลขของเครื่องขึ้นรูป และชิ้นส่วนโซลิด 3 มิติจะถูกสร้างขึ้นโดยระบบ CAM พิเศษเพื่อควบคุมวัสดุอย่างสม่ำเสมอและแม่นยำ

การเตรียมผงการพิมพ์โลหะ 3D

เนื่องจากข้อกำหนดที่เรียกร้องของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะสำหรับวัสดุผงโลหะ จึงจำเป็นต้องเป็นไปตามเงื่อนไขของความเป็นทรงกลมที่ดี การกระจายขนาดอนุภาคที่แคบ ปริมาณออกซิเจนต่ำ และความบริสุทธิ์สูง ดังนั้นอุปกรณ์การผลิตวัสดุผงจึงถูกหยิบยกมาด้วย ข้อกำหนดที่สูงขึ้น เทคโนโลยีการเตรียมผงการพิมพ์ 3 มิติโลหะส่วนใหญ่มีสามประเภท ได้แก่ อุปกรณ์ผงการทำให้เป็นละอองอากาศจริง อุปกรณ์ผงการทำให้เป็นละอองในพลาสมา และอุปกรณ์การทำให้เป็นก้อนในพลาสมาด้วยความถี่วิทยุ

ในบรรดาอุปกรณ์เหล่านี้ อุปกรณ์การผลิตผงอะตอมมิกส์ Hunan Tianji True Air ใช้เทคโนโลยีหลักของ [เครื่องฉีดแก๊สเหนือเสียงคู่ควบแน่นอย่างแน่นหนา] ซึ่งปรับปรุงอัตราคุณสมบัติของผง ลดการใช้อากาศ และลดต้นทุนการผลิต ในขณะเดียวกัน ก็ติดตั้งระบบตรวจจับปริมาณออกซิเจนออนไลน์เพื่อลดการเพิ่มออกซิเจน ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการผลิตผงทรงกลมด้วยการพิมพ์ 3 มิติ

การพิมพ์ 3 มิติหรือที่เรียกว่าการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ เป็นคำที่ครอบคลุมครอบคลุมกระบวนการพิมพ์ 3 มิติที่แตกต่างกันหลายกระบวนการ เทคโนโลยีเหล่านี้อยู่คนละโลก แต่กระบวนการสำคัญเหมือนกัน ตัวอย่างเช่น การพิมพ์ 3 มิติทั้งหมดเริ่มต้นด้วยโมเดลดิจิทัล เนื่องจากเทคโนโลยีมีลักษณะเป็นดิจิทัล เดิมทีชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์ได้รับการออกแบบโดยใช้ซอฟต์แวร์การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD) หรือไฟล์อิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับจากไลบรารีชิ้นส่วนดิจิทัล ไฟล์การออกแบบจะถูกแบ่งออกเป็นชิ้นๆ หรือเลเยอร์สำหรับการพิมพ์ 3 มิติโดยใช้ซอฟต์แวร์เตรียมโครงสร้างพิเศษ สร้างคำแนะนำเส้นทางสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่จะปฏิบัติตาม ต่อไป คุณจะได้เรียนรู้ความแตกต่างระหว่างเทคโนโลยีเหล่านี้และการใช้งานทั่วไปของเทคโนโลยีแต่ละอย่าง

ประเภทของการผลิตแบบเติมเนื้อสามารถแบ่งตามผลิตภัณฑ์ที่พวกเขาผลิตหรือประเภทของวัสดุที่พวกเขาใช้ โดยองค์การระหว่างประเทศว่าด้วยมาตรฐาน (ISO) จำแนกประเภทเหล่านั้นออกเป็นเจ็ดประเภททั่วไป (แต่การพิมพ์ 3 มิติทั้งเจ็ดประเภทนี้ยังประสบปัญหาเพื่อให้ครอบคลุมการเติบโต จำนวนเทคโนโลยีย่อยและเทคโนโลยีไฮบริด)

● การอัดขึ้นรูปวัสดุ

● ลดการเกิดพอลิเมอไรเซชัน

● ผงเตียงฟิวชั่น

● การฉีดวัสดุ

● สเปรย์กาว

● กำกับการสะสมพลังงาน

● การเคลือบแผ่น

การจำแนกประเภทการพิมพ์ 3 มิติ

การพิมพ์หินสามมิติ (SLA) หรือที่เรียกว่า Stereolithography ขึ้นอยู่กับหลักการของโฟโตพอลิเมอไรเซชันของเรซินไวแสงของเหลว กล่าวคือ วัสดุของเหลวจะเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์ไลซ์อย่างรวดเร็วภายใต้การฉายรังสีของแสงอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นและความเข้มเฉพาะ และวัสดุเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็ง ถังของเหลวเต็มไปด้วยเรซินไวแสงของเหลว และสามารถสแกนลำแสงเลเซอร์บนพื้นผิวของเหลวได้ภายใต้การกระทำของกระจกโก่งตัว และของเหลวจะหายขาดในบริเวณที่สแกนจุดแสง เมื่อชั้นของการสแกนเสร็จสมบูรณ์ พื้นที่ที่ไม่มีการส่องสว่างยังคงเป็นเรซินเหลว แท่นยกจะขับเคลื่อนแท่นลง และชั้นที่ขึ้นรูปนั้นจะถูกปกคลุมด้วยชั้นของเรซิน และเครื่องขูดจะทำให้พื้นผิวของเหลวของเรซินเรียบด้วยความหนืดขนาดใหญ่ จากนั้นจึงสแกนชั้นถัดไป ชั้นที่บ่มใหม่จะติดอยู่อย่างแน่นหนากับชั้นก่อนหน้า และต่อไปเรื่อยๆ จนกระทั่งชิ้นส่วนทั้งหมดถูกผลิตขึ้น และได้แบบจำลองสามมิติที่เป็นของแข็ง

เทคโนโลยีการผลิตแบบทึบหลายชั้น (LOM) คือการสร้างชิ้นส่วนด้วยการตัดด้วยเลเซอร์และเชื่อมวัสดุบางๆ (เช่น กระดาษเคลือบด้านหลัง) หรือที่เรียกว่าการผลิตของแข็งลามิเนต ขั้นตอนแรกคือการติดกระดาษที่เคลือบด้วยกาวร้อนละลายผ่านแรงดันลูกกลิ้งทำความร้อนที่เชื่อมติดกัน ซึ่งขณะนี้อยู่เหนือเลเซอร์ตามข้อมูลที่ได้รับจากแบบจำลอง CAD แบบแบ่งชั้น จากนั้นตัดชั้นของกระดาษลงในโครงร่างภายในและภายนอก ของชิ้นงานแล้วจึงวางกระดาษชั้นใหม่ทับด้านบนแล้วเชื่อมติดกันด้วยเครื่องรีดร้อน จากนั้นเลเซอร์ก็จะถูกตัดอีกครั้ง วิธีนี้มีลักษณะพิเศษคือมีอัตราการขึ้นรูปสูงและต้นทุนต่ำ

การเผาผนึกด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรร (SLS) เลือกใช้ความร้อนแก่ผงหลอมละลายหรืออโลหะ (เช่น พาราฟิน พลาสติก ทรายเรซิน ไนลอน ฯลฯ) ทีละชั้นผ่านลำแสงเลเซอร์เพื่อให้ได้อุณหภูมิการเผาผนึกและเผาผนึกเป็นรูปร่าง เมื่อการเผาผนึกชั้นแรกเสร็จสิ้น โต๊ะทำงานจะลดความสูงของชั้นถัดไปลง กระจายผงของชั้นถัดไป จากนั้นสแกนชั้นที่สอง ชั้นเผาผนึกใหม่จะถูกยึดติดอย่างแน่นหนากับชั้นก่อนหน้า และอื่นๆ และในที่สุดก็เผาเอนทิตีสามมิติที่สอดคล้องกับโมเดล CAD

หลักการพื้นฐานของ FDM คือการควบคุมหัวฉีดความร้อนให้เคลื่อนที่ในระนาบ XY และทิศทาง Z ตามข้อมูลของโปรไฟล์หน้าตัด วัสดุลวด (เช่น ลวดพลาสติก ลวดพาราฟิน ฯลฯ) จะถูกส่งไปยังหัวฉีดโดยกลไกการจ่ายลวด จากนั้นให้ความร้อนและละลายในหัวฉีด จากนั้นจึงเคลือบแบบคัดเลือกบนโต๊ะทำงาน ระบายความร้อนอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างชั้นกากบาท - โครงร่างส่วน, เลเยอร์ต่อเลเยอร์ซ้อนทับและในที่สุดก็กลายเป็นต้นแบบที่รวดเร็ว หลักการของกระบวนการขึ้นรูปสามารถใช้ทำแม่พิมพ์ขี้ผึ้งเพื่อการหล่อที่แม่นยำและแม่พิมพ์ตัวเมียสำหรับการหล่อ เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการพัฒนาการผลิตเครื่องกลขนาดเล็ก

โอกาสและความท้าทาย

ในปัจจุบัน อุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติมุ่งเน้นไปที่การบินและอวกาศ ยานยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ และขนาดกำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง และระดับทางเทคนิคก็มีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง การสนับสนุนนโยบายที่เกี่ยวข้อง รวมถึงการลงทุนด้านการวิจัยและพัฒนาจำนวนมาก ทุนสนับสนุนด้านนวัตกรรม และนโยบายพิเศษ ได้ส่งเสริมการพัฒนาของอุตสาหกรรม ในเวลาเดียวกัน อุตสาหกรรมการพิมพ์ 3D กำลังเผชิญกับความท้าทายมากมาย เช่น วัสดุ ข้อจำกัดทางกล และต้นทุน อุตสาหกรรมการผลิตแบบเติมเนื้อเป็นจุดบรรจบกันของนวัตกรรมและการเปลี่ยนแปลงทางเศรษฐกิจ และอนาคตเต็มไปด้วยความท้าทายและโอกาส