Nuo tada, kai atsirado 3D spausdinimo technologija, ji palaipsniui buvo taikoma gaminant tikrus produktus. Tarp jų ypač sparčiai vystoma metalo medžiagų 3D spausdinimo technologija. Krašto apsaugos srityje išsivysčiusios šalys Europoje ir JAV teikia didelę reikšmę metalo 3D spausdinimo plėtrai ir į mokslinius tyrimus investuoja milžiniškas lėšas. 3D spausdinimo metalinės dalys visada buvo tyrimų ir taikymo dėmesio centre. Jis gali ne tik spausdinti formas ir dviračius, bet ir spausdinti precedento neturinčius naujus ginklus ir netgi spausdinti didelę įrangą, pvz., automobilius ir lėktuvus. Metalo 3D spausdinimas, kaip naujos rūšies pažangi gamybos technologija, parodė labai platų pritaikymo perspektyvą ir parodė stiprų plėtros pagreitį daugiau sričių, tokių kaip įrangos projektavimas ir gamyba, įrangos palaikymas ir aviacija.
Metalo 3D spausdinimo funkcijos
1) Didelis tikslumas. Šiuo metu metalinės 3D spausdinimo įrangos tikslumas iš esmės gali būti valdomas žemiau 0,05 mm.
2) ciklas trumpas. Metalo 3D spausdinimui nereikia formų gamybos proceso, o tai labai sutrumpina modelio gamybos laiką. Paprastai modelis gali būti atspausdintas per kelias valandas ar net keliasdešimt minučių.
3) Jis gali būti individualizuotas. Metalo 3D spausdinimas neriboja spausdinamų modelių skaičiaus, nesvarbu, kad vienas ar keli gali būti pagaminti už tą pačią kainą.
4) Medžiagų įvairovė. Metalinė 3D spausdinimo sistema dažnai gali realizuoti skirtingų medžiagų spausdinimą, o šios medžiagos įvairovė gali patenkinti skirtingų sričių poreikius.
5) Kaina yra palyginti maža. Nors metalinės 3D spausdinimo sistemos ir metalinės medžiagos 3D spausdinimui šiuo metu yra gana brangios, jei iš jų gaminami individualizuoti produktai, gamybos savikaina yra palyginti nedidelė.
Metalo 3D spausdinimo technologija
Metalinių dalių 3D spausdinimo technologija, kaip pažangiausia ir daugiausia potencialo turinti technologija visoje 3D spausdinimo sistemoje, yra svarbi pažangios gamybos technologijos plėtros kryptis. Tobulėjant mokslui ir technologijoms bei populiarinimo ir taikymo poreikiams, tiesioginė metalinių funkcinių dalių gamyba greitojo prototipų kūrimo būdu tapo pagrindine greitojo prototipų kūrimo plėtros kryptimi. Šiuo metu greiti prototipų kūrimo metodai, kurie gali būti naudojami tiesiogiai gaminant metalines funkcines dalis, daugiausia apima: selektyvų lazerinį lydymą (SLM), elektronų pluošto selektyvų lydymą (EBSM), lazerinį tinklelį (LENS)).
Selektyvus lazerio lydymas (SLM)
SLM yra svarbi metalo 3D spausdinimo srities dalis. Jo kūrimo procesas vyko per tokius etapus kaip žemos lydymosi temperatūros nemetalinių miltelių sukepinimas, žemos lydymosi temperatūros padengtų aukštos lydymosi temperatūros miltelių sukepinimas ir tiesioginis aukštos lydymosi temperatūros miltelių lydymas. Teksaso universitetas Ostine pirmą kartą pateikė patento paraišką 1986 m., o 1988 m. sėkmingai sukūrė pirmąją SLM įrangą. Jame naudojama smulkiai sufokusuota vieta, kad greitai išsilydytų į iš anksto nustatytą 30-51 μm miltelių medžiagą ir gali beveik tiesiogiai gauti bet kokią formą. Taip pat funkcinės dalys su pilnu metalurginiu sujungimu. Tankis gali siekti beveik 100 procentų, matmenų tikslumas – 20-50 μm, o paviršiaus šiurkštumas – 20-30 μm. Tai greita prototipų kūrimo technologija, turinti dideles plėtros perspektyvas.
SLM liejimo medžiagos dažniausiai yra vieno komponento metalo milteliai, įskaitant austenitinį nerūdijantį plieną, nikelio lydinius, titano lydinius, kobalto-chromo lydinius ir tauriuosius metalus. Lazerio spindulys greitai išlydo metalo miltelius ir įgauna nuolatinį lydymosi kanalą, kuriuo galima tiesiogiai gauti beveik bet kokios formos beveik tankias metalines dalis, užbaigtą metalurginį sujungimą ir didelį tikslumą. Tai 3D spausdinimo technologija metalinėms dalims, turinti dideles plėtros perspektyvas. Jo taikymo sritis buvo išplėsta aviacijos, mikroelektronikos, gydymo, juvelyrikos ir kitose pramonės šakose.
SLM procese yra daugiau nei 50 įtakojančių veiksnių ir yra šešios kategorijos, turinčios didelę įtaką liejimo efektui: medžiagos savybės, lazerio ir optinio kelio sistemos, skenavimo ypatybės, liejimo atmosfera, liejimo geometrinės savybės ir įrangos veiksniai. Šiuo metu tyrėjai šalyje ir užsienyje daugiausia atlieka proceso tyrimus ir minėtų veiksnių taikymo tyrimus, siekdami pašalinti liejimo proceso defektus ir pagerinti liejamų dalių kokybę. Kalbant apie proceso tyrimą, svarbūs proceso parametrai SLM formavimo procese yra lazerio galia, skenavimo greitis, miltelių sluoksnio storis, nuskaitymo atstumas ir skenavimo strategija ir kt. Derinant skirtingus proceso parametrus galima optimizuoti formavimo kokybę.
Pagrindiniai SLM formavimo proceso defektai yra sferoidizacija ir deformacija. Sferoidizacija – tai nepakankamas viršutinio ir apatinio sluoksnių lydymas liejimo proceso metu. Dėl paviršiaus įtempimo poveikio išsilydę lašeliai greitai susisuks į sferinę formą, o tai lems sferoidizaciją. Siekiant išvengti sferoidizacijos, įvesties energija turėtų būti atitinkamai padidinta. Kreipimosi deformaciją sukelia šiluminis įtempis SLM formavimo procese, viršijantis medžiagos stiprumą, todėl susidaro plastinė deformacija. Dėl sunkumų išmatuojant liekamąjį įtempį, dabartiniai SLM proceso deformacijos deformacijos tyrimai daugiausia atliekami baigtinių elementų metodu, o tada Modeliavimo rezultatų patikimumas tikrinamas eksperimentais. Pagrindinis SLM technologijos principas yra toks: pirmiausia naudokite Pro/e, UG, CATIA ir kitą 3D modeliavimo programinę įrangą, kad sukurtumėte 3D vientisą dalies modelį kompiuteryje, o po to supjaustykite ir susluoksniuokite 3D modelį per pjaustymo programinę įrangą, kad gautumėte kiekvienos sekcijos kontūro duomenys, užpildymo nuskaitymo kelias generuojamas iš kontūro duomenų, o įranga valdys lazerio spindulį, kad selektyviai išlydytų kiekvieno sluoksnio metalo miltelių medžiagas pagal šias užpildymo nuskaitymo linijas ir palaipsniui sukrautų juos į trimačius. metalines dalis.