3D baskı teknolojisi ve malzeme üretim ekipmanları

1990'larda ortaya çıkan 3D baskı teknolojisi, özel katman katman biriktirme prensibi sayesinde karmaşık yapısal parçaların hızlı ve entegre bir şekilde şekillendirilmesini sağladığı için imalat alanında dönüştürücü bir teknoloji olarak kabul edilmektedir. 3D baskı, akademik olarak Hızlı Prototip Üretimi (RPM) olarak bilinir. Üretim sürecinin teknik bölümü ise Katmanlı Üretim (AM) olarak adlandırılır.

3D baskının prensibi

3D baskı, hızlı prototipleme teknolojisinin bir türüdür; toz metal veya plastik ve diğer yapıştırıcı malzemelerin kullanımına dayalı, katman katman baskı yoluyla nesne oluşturma teknolojisidir ve temel prensibi ayrık-birikim prensibidir. Birikim yolu, sınırlaması ve yöntemi ayrık olarak elde edilir ve malzeme "üst üste bindirilerek" üç boyutlu bir varlık oluşturulur. İlk olarak, CAD yazılım sisteminde 3D model elde edilir veya parça varlığının yüzey verileri ölçüm cihazı ile ölçülür ve 3D modele dönüştürülür. İkinci olarak, CAD modeli işlenir ve CAD modeli belirli bir yönde (genellikle Z yönü) ayrıklaştırılır ve düzlem dilimleri katmanlanır. Daha sonra, ayrık katmanlama bilgileri, şekillendirme makinesinin sayısal kontrol koduna dönüştürmek için şekillendirme işlemi parametre bilgileriyle birleştirilir ve malzemeyi düzenli ve doğru bir şekilde kontrol etmek için özel bir CAM sistemi ile 3D katı bir parça oluşturulur.

Metal 3D baskı tozu hazırlığı

Metal toz malzemeler için metal 3D baskı teknolojisinin zorlu gereksinimleri nedeniyle, iyi küresellik, dar parçacık boyutu dağılımı, düşük oksijen içeriği ve yüksek saflık koşullarını karşılamak gereklidir; bu nedenle toz malzeme üretim ekipmanları da daha yüksek gereksinimler ortaya koymaktadır. Başlıca üç tür metal 3D baskı tozu hazırlama teknolojisi vardır: gerçek hava atomizasyonlu toz ekipmanı, plazma atomizasyonlu toz ekipmanı ve radyo frekanslı plazma nodülasyon ekipmanı.

Bunlar arasında, Hunan Tianji True Air atomize toz üretim ekipmanı, toz kalifikasyon oranını artıran, hava tüketimini azaltan ve üretim maliyetlerini düşüren verimli [sıkıca bağlı süpersonik gaz atomizörü] çekirdek teknolojisini kullanmaktadır. Aynı zamanda, oksijen artışını azaltmak için çevrimiçi oksijen içeriği algılama sistemi ile donatılmıştır; bu da 3D baskı küresel toz üretimi için etkili bir araçtır.

3D baskı, diğer adıyla eklemeli üretim, çeşitli farklı 3D baskı süreçlerini kapsayan genel bir terimdir. Bu teknolojiler birbirinden çok farklı olsa da, temel süreçler aynıdır. Örneğin, tüm 3D baskı işlemleri dijital bir modelle başlar çünkü teknoloji doğası gereği dijitaldir. Bir parça veya ürün, başlangıçta bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı veya dijital parça kütüphanesinden elde edilen elektronik bir dosya kullanılarak tasarlanır. Tasarım dosyası daha sonra özel baskı hazırlama yazılımı tarafından 3D baskı için dilimlere veya katmanlara ayrılır ve 3D yazıcının izleyeceği yol talimatları oluşturulur. Sonraki bölümde, bu teknolojiler arasındaki farkları ve her birinin tipik kullanım alanlarını öğreneceksiniz.

Katmanlı üretim türleri, ürettikleri ürünlere veya kullandıkları malzeme türlerine göre bölünebilir; Uluslararası Standartlar Örgütü (ISO) bunları yedi genel türe ayırır (ancak bu yedi 3D baskı kategorisi, giderek artan sayıda teknoloji alt türünü ve hibrit teknolojileri kapsamakta da zorlanmaktadır).

● Malzeme ekstrüzyonu

● İndirgeyici polimerizasyon

● Toz yataklı füzyon

● Malzeme enjeksiyonu

● Yapıştırıcı sprey

● Yönlendirilmiş enerji biriktirme

● Levha laminasyonu

3D baskı sınıflandırması

Stereolitografi (SLA) , sıvı ışığa duyarlı reçinelerin fotopolimerizasyon prensibine dayanır; yani, sıvı malzeme belirli bir dalga boyu ve yoğunluktaki ultraviyole ışığın ışınımı altında hızla fotopolimerize olur ve malzeme sıvıdan katıya dönüşür. Sıvı tankı sıvı ışığa duyarlı reçine ile doldurulur ve lazer ışını, saptırma aynasının etkisi altında sıvı yüzeyinde taranabilir ve ışık noktasının tarandığı yerde sıvı sertleşir. Bir katman taraması tamamlandığında, aydınlatılmamış alan hala sıvı reçinedir. Kaldırma platformu platformu aşağı doğru iter ve oluşan katman bir reçine tabakasıyla kaplanır ve sıyırıcı, yüksek viskoziteli reçinenin sıvı yüzeyini düzleştirir ve ardından bir sonraki katmanı tarar. Yeni sertleşen katman, önceki katmana sıkıca yapışır ve bu şekilde tüm parça üretilene kadar devam eder ve üç boyutlu katı bir model elde edilir.

Katmanlı katı imalat teknolojisi (LOM), ince malzemelerin (arka yüzü kaplanmış kağıt gibi) lazerle kesilmesi ve yapıştırılmasıyla parça oluşturma yöntemidir; lamine katı imalat olarak da bilinir. İşlem, öncelikle sıcak eriyik yapıştırıcı ile kaplanmış kağıdın ısıtma silindiri basıncıyla birbirine yapıştırılmasıyla başlar; bu sırada, katmanlı CAD modelinden elde edilen verilere göre, lazerin üzerinde bulunan bir kağıt katmanı parçanın iç ve dış hatlarına göre kesilir; daha sonra üstüne yeni bir kağıt katmanı yerleştirilir, sıcak presleme cihazı ile birbirine yapıştırılır ve lazerle tekrar kesilir. Bu yöntem, yüksek şekillendirme hızı ve düşük maliyet ile karakterize edilir.

Seçici lazer sinterleme (SLS), eriyebilir veya metalik olmayan tozları (parafin, plastik, reçine kumu, naylon vb.) katman katman bir lazer ışınıyla ısıtarak sinterleme sıcaklığına ulaştırır ve şekil vererek sinterler. İlk katmanın sinterlenmesi tamamlandığında, tezgah bir sonraki katmanın yüksekliğini düşürür, bir sonraki katmanın tozunu yayar ve ardından ikinci katmanı tarar; yeni sinterlenmiş katman önceki katmana sıkıca bağlanır ve bu şekilde devam ederek sonunda CAD modeline karşılık gelen üç boyutlu bir yapı sinterlenir.

FDM'nin temel prensibi, kesit profili bilgisine göre ısıtma nozulunun XY düzleminde ve Z yönünde hareketini kontrol etmektir. Tel besleme mekanizmasıyla nozula gönderilen tel malzeme (plastik tel, parafin tel vb.), nozulda ısıtılıp eritilir ve daha sonra iş tablasına seçici olarak kaplanır, hızlı bir şekilde soğutularak bir kesit kontur tabakası oluşturulur, katman katman üst üste bindirilerek sonunda hızlı bir prototip haline getirilir. Kalıplama işleminin prensibi, hassas döküm için mum kalıpları ve döküm için dişi kalıplar yapmak için kullanılabilir. Mikromekanik imalatın geliştirilmesi için etkili bir yöntemdir.

Fırsatlar ve zorluklar

Şu anda 3D baskı endüstrisi havacılık, otomotiv, tıbbi ekipman ve diğer alanlara odaklanmış durumda ve ölçeği sürekli genişliyor, teknik seviyesi de sürekli gelişiyor. Büyük miktarda araştırma ve geliştirme yatırımı, inovasyon hibeleri ve teşvik politikaları da dahil olmak üzere ilgili politika desteği, endüstrinin gelişimini desteklemiştir. Aynı zamanda, 3D baskı endüstrisi malzeme, mekanik sınırlamalar ve maliyetler gibi birçok zorlukla karşı karşıyadır. Katmanlı üretim endüstrisi, inovasyon ve ekonomik dönüşümün kesişim noktasında yer almaktadır ve gelecek, zorluklar ve fırsatlarla doludur.