Принципи и приложения на металните 3D принтери
Остави съобщение
Металните 3D принтери, типичен пример за технология за адитивно производство, работят чрез преобръщане на традиционната „субтрактивна“ логика на производство, постигайки директно формиране на метални части чрез подход „слой-по-слой“. Целият процес започва с изграждането на цифров модел. Дизайнерите използват софтуер за 3D моделиране, за да създадат цифров план на частта. След това софтуерът нарязва модела на стотици или дори хиляди микрона-тънки слоеве, като 2D данните на всеки слой прецизно насочват работата на принтера.
По време на процеса на 3D печат, основните компоненти на метален 3D принтер работят по предварително-настроен път. При типичен технически подход машината първо полага равномерен слой метален прах върху работната маса. Размерът на частиците на праха обикновено е в десетки микрони, за да се осигури прецизно формоване. След това високо-енергиен лазер или електронен лъч селективно сканира праха въз основа на данните за напречното-сечение на текущия слой, незабавно нагрявайки праха до разтопено състояние и образувайки изключително тънък разтопен басейн. След като слоят бъде сканиран, разтопеният басейн бързо се охлажда и втвърдява, сливайки се с предварително-формираната част отдолу. 3D отпечатаната част образува силна металургична връзка. След това работната маса се спуска с дебелина на слоя и устройството-полагащо прах нанася нов слой прах, повтаряйки процеса на топене и втвърдяване, докато цялата част бъде отпечатана 3D. Този многопластов метод на производство освобождава сложността на частите от ограниченията на традиционните процеси на обработка, позволявайки формирането на уникални структури като вътрешно вдлъбване и преплетени кухини в една стъпка.
За да се гарантира качество на печат, металните 3D принтери трябва да работят в строго контролирана среда. Повечето устройства разполагат със запечатана камера, пълна с инертен газ, за да се предотврати окисляването на металния прах при високи температури. Температурата в камерата се контролира прецизно, за да се сведе до минимум концентрацията на напрежение, причинена от големите температурни разлики между слоевете. Леки корекции на параметри като лазерна мощност, скорост на сканиране и дебелина на праховия слой могат да повлияят на качеството на втвърдяване на стопилката, като по този начин променят плътността и механичните свойства на детайла. Следователно оборудването обикновено е оборудвано със система за-наблюдение в реално време, за да се гарантира стабилното състояние на формоване на всеки слой.
Металните 3D принтери се използват в различни индустрии. В множество промишлени сектори основното му предимство е в справянето със сложни структури и изисквания за персонализиране на малки-сериди, които традиционното производство трудно може да изпълни. В космическото пространство се използва за производство на двигателни компоненти със сложни охлаждащи канали, които са трудни за оформяне чрез традиционно коване или леене. 3Технологията за D печат позволява каналите за охлаждаща течност да бъдат разпределени по цялата повърхност, което значително подобрява ефективността на разсейване на топлината. Освен това, чрез топологична оптимизация, теглото на частта може да бъде намалено с над 30%, като директно се намалява консумацията на гориво за космическия кораб.
Медицината и здравеопазването са ключови приложения за металните 3D принтери. Въз основа на данни от компютърна томография на пациента, устройството прецизно отпечатва импланти от титаниева сплав, които идеално съответстват на морфологията на костта. Дизайнът на порестата повърхност насърчава растежа на костните клетки, като значително подобрява степента на успех на имплантирането. В стоматологията персонализираните корони, импланти и други възстановявания могат да бъдат проектирани същия ден и произведени на следващия ден чрез 3D принтиране, което значително намалява времето за чакане на пациентите.
В автомобилната индустрия металният 3D печат е ключово приложение за индустрията. Печатащите машини често се използват за бърза проверка на части по време на фазата на научноизследователска и развойна дейност. За нови модели превозни средства, системи за окачване, трансмисионни компоненти и други компоненти, печатането може бързо да произведе прототипи за тестване на механичните характеристики, съкращавайки цикъла на научноизследователска и развойна дейност с над 50% в сравнение с традиционното производство, базирано-на матрици. За нишови приложения като състезания, тези машини могат директно да произвеждат високо-здрави, леки части по поръчка, които отговарят на изискванията за производителност при екстремни работни условия.
Индустрията за производство на форми също постепенно възприема тази технология. Инжекционните форми, създадени с помощта на метални 3D принтери, могат да включват конформни охлаждащи канали, осигуряващи по-равномерно разпределение на температурата на формата. Това намалява цикъла на формоване за пластмасови продукти с 20%-30% и намалява дефектите на продукта, причинени от неравномерно охлаждане.
С развитието на технологията границите на приложение на металните 3D принтери продължават да се разширяват. От метални компоненти за арт инсталации до устойчиви на високи-температури-части за енергийно оборудване, техните производствени възможности „каквото искате, това получавате“ променят традиционните производствени модели и осигуряват нов технологичен път за персонализирано, високо-производително производство.
