Сделайте титановый сплав прочнее: пять основных технологий 3D-печати металлом

В настоящее время, благодаря быстрому развитию науки и техники, технология 3D-печати металлом с преимуществами краткосрочного производства, производства по требованию и быстрого прототипирования делает многие невозможные вещи возможными.

В настоящее время на рынке существует пять основных технологий 3D-печати металлами: лазерное селективное спекание (SLS), струйная формовка металла наночастицами (NPJ), лазерное селективное плавление (SLM), лазерное формирование вблизи сетки (LENS) и селективное плавление электронным лучом (LENS). ЭБСМ) технология. Ниже я представлю основу

c принципы работы этих пяти технологий 3D-печати металлами.

Принцип работы: слой порошкового материала заранее укладывается на верстак, и лазер спекает твердую часть порошка под контролем компьютера в соответствии с информацией о контуре интерфейса, а затем непрерывно циркулирует и укладывает слой за слоем для формирования формы.

Метод SLS использует инфракрасный лазер в качестве энергии, а используемые материалы для моделирования в основном представляют собой порошковые материалы. При обработке порошок сначала предварительно нагревают до температуры несколько ниже температуры его плавления, а затем порошок расплющивают под действием плющилки; лазерный луч избирательно спекается в соответствии с многослойной информацией о поперечном сечении под управлением компьютера, а следующий слой спекается после завершения одного слоя, и этот цикл повторяется слой за слоем, пока не будет сформирована трехмерная деталь. Наконец, неспеченный порошок возвращается в порошковый цилиндр, а отформованная деталь вынимается.

Поскольку этот метод формования отличается простотой производственного процесса, высокой гибкостью, широким выбором материалов, низкой ценой материала, низкой стоимостью, высоким коэффициентом использования материала и высокой скоростью формования, он в основном используется в литейной промышленности и может быть использован. для непосредственного изготовления быстрых форм.

Принцип работы: сначала металл загружается в 3D-принтер в виде жидкости, а жидкость, содержащая наночастицы металла, используется для литья под давлением во время печати. Затем избыток жидкости испаряется при нагревании, чтобы оставить металлическую деталь, и, наконец, формование завершается низкотемпературным спеканием.

В этом методе формования в качестве инструмента можно использовать обычную печатающую головку для струйной печати, а опорную конструкцию можно расплавить и удалить с помощью специальной технологии без какой-либо внешней силы. Поскольку он удаляется путем плавления, теоретически его можно добавлять бесконечно, что дает дизайнерам большую свободу. Помимо металлических материалов, прорыв в керамической технологии расширил ее применение в стоматологии, медицине и отдельных отраслях промышленности.

Принцип работы: используйте высокоэнергетический лазерный луч, чтобы расплавить порошок металлического сплава на двумерном поперечном сечении после разрезания трехмерной модели и распечатать любую сложную структуру и металлические детали с плотностью почти 100% слой за слоем. снизу вверх.

Технология SLM в основном использует трехмерное программное обеспечение САПР для проектирования трехмерных моделей и экспорта их в форматы файлов, которые можно распознать с помощью программного обеспечения для нарезки; нарезаем трехмерную модель и добавляем поддержку и обработку слоев для получения данных контура поперечного сечения трехмерной модели; используйте программное обеспечение для планирования пути для сканирования данных контура, импортируйте данные запланированного пути в оборудование SLM, а промышленный компьютер управляет выбором лазерного луча в соответствии с путем сканирования каждого слоя контура для расплавления порошка металлического сплава слой за слоем и сложите их слой за слоем в плотную трехмерную металлическую деталь.

Преимуществами технологии SLM являются высокая материалоемкость, высокая размерная точность изготавливаемых металлических деталей, свобода проектирования. Его ограничениями являются высокая стоимость компонентов оборудования, невозможность добиться массового производства продукции и несоответствие стандартов на порошки металлических сплавов, необходимые для переработки. Поэтому SLM в основном используется в аэрокосмической, биомедицине и других областях и подходит для изготовления деталей из драгоценных и труднообрабатываемых металлов, таких как титановые и никелевые сплавы.

Принцип работы: компьютер разрезает трехмерную CAD-модель детали на слои, чтобы получить двумерные данные плоского контура детали, и преобразует данные контура в траекторию движения рабочего стола с ЧПУ. При этом металлический порошок подается в зону фокусировки лазера с определенной скоростью подачи порошка, быстро плавится и затвердевает. Посредством многослойного наложения точек, линий и поверхностей наконец формируется трехмерная металлическая деталь почти чистой формы.

LENS может реализовать изготовление металлических деталей без форм. Формованные детали имеют плотные ткани, очевидные характеристики быстрого плавления, высокие механические свойства и позволяют осуществлять изготовление деталей из неоднородных и градиентных материалов, а также обработку высокопрочных металлических деталей, таких как титановые сплавы.

Принцип работы: сначала трехмерная CAD-модель детали нарезается и наслаивается, а полученные дискретные данные вводятся в систему формования. После предварительного нагрева в формовочной системе электронный луч расплавит предварительно уложенный на верстак порошок в соответствии с данными САПР детали. После завершения одного слоя обработки верстак опустится на толщину одного слоя, а затем будет уложен и расплавлен следующий слой порошка. При этом новый расплавленный слой сольется с предыдущим слоем. Этот процесс повторяется слой за слоем, и непосредственно формируются трехмерные детали.

Технология EBDM имеет преимущества высокой скорости обработки, высокого энергопотребления, низкого уровня вакуумного загрязнения, низкого остаточного напряжения компонентов и отсутствия отражения. Он особенно подходит для прямой формовки активных, тугоплавких и хрупких металлических материалов и имеет широкие перспективы в аэрокосмической, биомедицинской, автомобильной пресс-формах и других областях.