Công nghệ in 3D và thiết bị sản xuất vật liệu

Công nghệ in 3D có nguồn gốc từ những năm 1990, do nguyên lý hình thành lắng đọng từng lớp đặc biệt, có thể hình thành nhanh chóng và tích hợp các bộ phận cấu trúc phức tạp, được coi là một công nghệ biến đổi trong lĩnh vực sản xuất. In 3D được biết đến về mặt học thuật là Sản xuất tạo mẫu nhanh (RPM). Bộ phận kỹ thuật của quy trình Sản xuất được gọi là Sản xuất phụ gia (AM).

Nguyên lý in 3D

In 3D là một loại công nghệ tạo mẫu nhanh, nó là tệp mô hình kỹ thuật số dựa trên việc sử dụng kim loại bột hoặc nhựa và các vật liệu kết dính khác, thông qua cách in từng lớp để xây dựng công nghệ đối tượng, nguyên tắc cơ bản của nó là rời rạc - Nguyên tắc tích lũy Con đường, giới hạn và cách tích lũy được thu được một cách riêng biệt và vật chất được “chồng” lên để tạo thành một thực thể ba chiều thông qua tích lũy. Đầu tiên, mô hình 3D được lấy trong hệ thống phần mềm CAD hoặc dữ liệu bề mặt của thực thể bộ phận được đo bằng dụng cụ đo và chuyển đổi thành mô hình 3D. Thứ hai, mô hình CAD được xử lý và mô hình CAD được rời rạc hóa theo một hướng nhất định (thường là hướng Z) và các lát phẳng được phân tầng. Sau đó, thông tin phân tầng rời rạc được kết hợp với thông tin tham số quá trình tạo hình để chuyển đổi mã điều khiển số của máy tạo hình và phần rắn 3D được tạo thành bởi hệ thống CAM đặc biệt để điều khiển vật liệu thường xuyên và chính xác.

Chuẩn bị bột in 3D kim loại

Do yêu cầu khắt khe của công nghệ in 3D kim loại đối với vật liệu bột kim loại phải đáp ứng các điều kiện về độ cầu tốt, phân bố kích thước hạt hẹp, hàm lượng oxy thấp và độ tinh khiết cao nên thiết bị sản xuất vật liệu bột cũng được đưa ra. yêu cầu cao hơn. Chủ yếu có ba loại công nghệ chuẩn bị bột in 3D kim loại: thiết bị bột nguyên tử hóa không khí thực, thiết bị bột nguyên tử hóa plasma và thiết bị tạo nốt plasma tần số vô tuyến.

Trong số đó, thiết bị sản xuất bột phun nguyên tử Hunan Tianji True Air áp dụng công nghệ cốt lõi của [bộ phun khí siêu âm kết hợp chặt chẽ] hiệu quả, giúp cải thiện tỷ lệ chất lượng bột, giảm tiêu thụ không khí và giảm chi phí sản xuất. Đồng thời, nó được trang bị hệ thống phát hiện hàm lượng oxy trực tuyến để giảm mức tăng oxy, đây là một công cụ sắc bén để sản xuất bột hình cầu in 3D.

In 3D, còn được gọi là sản xuất bồi đắp, là một thuật ngữ bao trùm một số quy trình in 3D riêng biệt. Những công nghệ này khác nhau hoàn toàn nhưng các quy trình chính đều giống nhau. Ví dụ: tất cả công nghệ in 3D đều bắt đầu bằng mô hình kỹ thuật số vì bản chất công nghệ này là kỹ thuật số. Một bộ phận hoặc sản phẩm ban đầu được thiết kế bằng phần mềm thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) hoặc tệp điện tử lấy được từ thư viện bộ phận kỹ thuật số. Sau đó, tệp thiết kế được chia thành các lát hoặc lớp để in 3D bằng phần mềm chuẩn bị xây dựng đặc biệt, tạo hướng dẫn đường dẫn cho máy in 3D tuân theo. Tiếp theo, bạn sẽ tìm hiểu sự khác biệt giữa các công nghệ này và cách sử dụng điển hình của từng công nghệ.

Các loại hình sản xuất bồi đắp có thể được chia theo sản phẩm họ sản xuất hoặc loại vật liệu họ sử dụng, Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) phân loại chúng thành bảy loại chung (nhưng bảy loại in 3D này cũng gặp khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của công nghệ in 3D). số phân nhóm công nghệ và công nghệ lai).

● Đùn vật liệu

● Phản ứng trùng hợp khử

● Sự kết hợp của giường bột

● Phun vật liệu

● Xịt dính

● Sự lắng đọng năng lượng có định hướng

● Cán tấm

Phân loại in 3D

In li-tô lập thể (SLA) , còn được gọi là in li-tô lập thể, dựa trên nguyên tắc quang trùng hợp của nhựa cảm quang lỏng, nghĩa là vật liệu lỏng nhanh chóng quang hóa dưới sự chiếu xạ của ánh sáng cực tím có bước sóng và cường độ cụ thể, và vật liệu chuyển đổi từ chất lỏng sang chất rắn. Bể chứa chất lỏng chứa đầy nhựa cảm quang lỏng và chùm tia laze có thể được quét trên bề mặt chất lỏng dưới tác động của gương lệch và chất lỏng được xử lý tại nơi quét điểm sáng. Khi quét xong một lớp, vùng không được chiếu sáng vẫn là nhựa lỏng. Nền tảng nâng đẩy nền tảng xuống và lớp hình thành được phủ một lớp nhựa, và máy cạo làm phẳng bề mặt chất lỏng của nhựa với độ nhớt lớn, sau đó quét lớp tiếp theo. Lớp mới được xử lý được dán chắc chắn vào lớp trước, v.v. cho đến khi toàn bộ bộ phận được sản xuất và thu được mô hình rắn ba chiều.

Công nghệ sản xuất rắn phân lớp (LOM) là tạo thành các bộ phận bằng cách cắt laser và liên kết các vật liệu mỏng (chẳng hạn như giấy được phủ ở mặt sau), còn được gọi là sản xuất rắn nhiều lớp. Quá trình này trước tiên là dán giấy được phủ keo nóng chảy thông qua áp suất con lăn gia nhiệt liên kết với nhau, lúc này nằm phía trên tia laser theo dữ liệu thu được từ mô hình CAD phân tầng, cắt một lớp giấy thành đường viền bên trong và bên ngoài của bộ phận, sau đó một lớp giấy mới được chồng lên trên, liên kết với nhau bằng thiết bị ép nóng, tia laser được cắt lại. Phương pháp này được đặc trưng bởi tốc độ tạo hình cao và chi phí thấp.

Thiêu kết laser chọn lọc (SLS) làm nóng có chọn lọc các loại bột dễ nóng chảy hoặc phi kim loại (như parafin, nhựa, cát nhựa, nylon, v.v.) từng lớp thông qua chùm tia laser để đạt đến nhiệt độ thiêu kết và thiêu kết thành hình dạng. Khi lớp thiêu kết đầu tiên hoàn thành, bàn làm việc hạ thấp chiều cao của lớp tiếp theo, rải bột của lớp tiếp theo, sau đó quét lớp thứ hai, lớp thiêu kết mới được liên kết chắc chắn với lớp trước, v.v. và cuối cùng là thực thể thiêu kết ba chiều tương ứng với mô hình CAD.

Nguyên lý cơ bản của FDM là điều khiển vòi gia nhiệt di chuyển theo mặt phẳng XY và hướng Z theo thông tin của mặt cắt ngang. Vật liệu dây (như dây nhựa, dây parafin, v.v.) được đưa đến vòi phun bằng cơ chế cung cấp dây, được nung nóng và nấu chảy trong vòi, sau đó được phủ có chọn lọc trên bàn làm việc, làm nguội nhanh chóng để tạo thành một lớp chéo -phần phác thảo, lớp chồng lên lớp và cuối cùng trở thành một nguyên mẫu nhanh chóng. Nguyên lý của quá trình đúc có thể được sử dụng để chế tạo khuôn sáp để đúc chính xác và khuôn cái để đúc. Đó là một cách hiệu quả để phát triển sản xuất cơ khí vi mô.

Cơ hội và thách thức

Hiện nay, ngành in 3D tập trung vào hàng không vũ trụ, ô tô, thiết bị y tế và các lĩnh vực khác, quy mô không ngừng mở rộng và trình độ kỹ thuật không ngừng nâng cao. Hỗ trợ chính sách liên quan, bao gồm một lượng lớn đầu tư nghiên cứu và phát triển, tài trợ đổi mới và các chính sách ưu đãi, đã thúc đẩy sự phát triển của ngành. Đồng thời, ngành in 3D đang gặp nhiều thách thức như vật liệu, hạn chế cơ học và chi phí. Ngành công nghiệp sản xuất bồi đắp đang ở giao điểm của sự đổi mới và chuyển đổi kinh tế, tương lai đầy rẫy những thách thức và cơ hội.