Dandanes s hitrim razvojem znanosti in tehnologije tehnologija 3D tiskanja kovin s prednostmi kratkoročne proizvodnje, proizvodnje na zahtevo in hitre izdelave prototipov omogoča marsikaj nemogočega.
Trenutno je na trgu pet glavnih tehnologij 3D tiskanja kovin: lasersko selektivno sintranje (SLS), preoblikovanje kovin z nanodelci (NPJ), lasersko selektivno taljenje (SLM), lasersko skoraj neto oblikovanje (LENS) in selektivno taljenje z elektronskim žarkom ( EBSM). Spodaj bom predstavil bazo
c načela delovanja teh petih kovinskih tehnologij 3D tiskanja.
01 SLS lasersko selektivno sintranje
Načelo delovanja: plast praškastega materiala je vnaprej položena na delovno mizo in laser sintra trdni del prahu pod računalniškim nadzorom v skladu z informacijami o konturi vmesnika, nato pa neprekinjeno kroži in zlaga plast za plastjo v obliko.
Metoda SLS kot energijo uporablja infrardeči laser, materiali za modeliranje pa so večinoma prašni materiali. Med obdelavo se prašek najprej segreje na temperaturo, ki je nekoliko nižja od njegovega tališča, nato pa se prašek splošči pod delovanjem ploskovne palice; laserski žarek se selektivno sintra v skladu s podatki o slojnem prerezu pod računalniškim nadzorom, naslednja plast pa se sintra, ko je ena plast končana, in ta cikel se ponavlja, plast za plastjo, dokler se ne oblikuje tridimenzionalni del. Nazadnje se nesintrani prah reciklira v valj za prah in oblikovani del se vzame ven.
Ker ima ta metoda oblikovanja značilnosti enostavnega proizvodnega postopka, visoke fleksibilnosti, širokega nabora materialov, poceni cene materiala, nizkih stroškov, visoke stopnje izkoriščenosti materiala in visoke hitrosti oblikovanja, se uporablja predvsem v industriji litja in se lahko uporablja za neposredno izdelavo hitrih kalupov.
02 NPJ nanodelci jet metal litje
Načelo delovanja: najprej se kovina naloži v 3D-tiskalnik v obliki tekočine, tekočina, ki vsebuje kovinske nanodelce, pa se uporabi za brizganje med tiskanjem. Nato se odvečna tekočina izhlapi s segrevanjem, da zapusti kovinski del, na koncu pa se oblikovanje zaključi z nizkotemperaturnim sintranjem.
Ta metoda oblikovanja lahko kot orodje uporablja navadno brizgalno tiskalno glavo, nosilno strukturo pa je mogoče stopiti in odstraniti s posebno tehnologijo brez zunanje sile. Ker se odstrani s taljenjem, ga je teoretično mogoče dodajati neskončno, kar oblikovalcem daje več svobode. Poleg kovinskih materialov je njegov preboj v keramični tehnologiji razširil njegovo uporabo v zobozdravstvo, medicino in posebna industrijska področja.
03 SLM lasersko selektivno taljenje
Načelo delovanja: uporabite visokoenergijski laserski žarek za taljenje prahu kovinske zlitine na dvodimenzionalnem prerezu po rezanju tridimenzionalnega modela in natisnite vse kompleksne strukture in kovinske dele s skoraj 100-odstotno gostoto plast za plastjo iz od spodaj navzgor.
Tehnologija SLM v glavnem uporablja tridimenzionalno programsko opremo CAD za oblikovanje tridimenzionalnih modelov in njihov izvoz v formate datotek, ki jih lahko prepozna programska oprema za rezanje; razrežite tridimenzionalni model in dodajte podporo in obdelavo plasti, da pridobite podatke konture prečnega prereza tridimenzionalnega modela; uporabite programsko opremo za načrtovanje poti za skeniranje podatkov o konturi, uvozite podatke o načrtovani poti v opremo SLM, industrijski računalnik pa nadzoruje izbiro laserskega žarka glede na pot skeniranja vsake plasti konture za taljenje prahu kovinske zlitine plast za plastjo in jih zložite plast za plastjo v gosto tridimenzionalno entiteto kovinskega dela.
Prednosti SLM tehnologije so visok izkoristek materiala, visoka dimenzijska natančnost izdelanih kovinskih delov in svobodno oblikovanje. Njegove omejitve so visoki stroški komponent opreme, nezmožnost doseganja množične proizvodnje izdelkov in nedosledni standardi za prah kovinskih zlitin, ki so potrebni za predelavo. Zato se SLM uporablja predvsem v letalstvu, biomedicini in na drugih področjih ter je primeren za izdelavo plemenitih kovinskih delov, ki jih je težko obdelati, kot so titanove zlitine in nikljeve zlitine.
04 LENS lasersko skoraj neto oblikovanje
Načelo delovanja: Računalnik razreže tridimenzionalni CAD model dela po plasteh, da pridobi dvodimenzionalne podatke o konturi ravnine dela, in pretvori podatke o konturi v trajektorijo gibanja CNC delovne mize. Istočasno se kovinski prah dovaja v območje laserskega ostrenja z določeno hitrostjo dovajanja prahu ter se hitro stopi in strdi. Skozi večplastno superpozicijo točk, linij in površin se končno oblikuje tridimenzionalni kovinski del skoraj neto oblike.
LENS lahko realizira proizvodnjo kovinskih delov brez kalupov. Oblikovani deli imajo gosto tkivo, očitne lastnosti hitrega taljenja, visoke mehanske lastnosti in lahko realizirajo izdelavo delov nehomogenih in gradientnih materialov ter obdelavo kovinskih delov visoke trdnosti, kot so titanove zlitine.
05 Selektivno taljenje z elektronskim žarkom EBDM
Načelo dela: Najprej se tridimenzionalni CAD model dela razreže in razsloji, pridobljeni diskretni podatki pa se vnesejo v sistem za oblikovanje. Po predgretju v sistemu za preoblikovanje bo elektronski žarek stopil prah, predhodno položen na delovno mizo v skladu s podatki CAD za del. Po končani eni plasti obdelave se delovna miza zmanjša za eno plast, nato pa se položi in stopi naslednja plast prahu. Hkrati se bo nova staljena plast spojila s prejšnjo plastjo. Ta postopek se ponavlja plast za plastjo in neposredno se oblikujejo tridimenzionalni deli.
Tehnologija EBDM ima prednosti visoke hitrosti obdelave, visoke porabe energije, nizkega vakuumskega onesnaževanja, nizke preostale napetosti komponent in brez refleksije. Posebej primeren je za neposredno oblikovanje aktivnih, ognjevzdržnih in krhkih kovinskih materialov in ima široke možnosti v letalstvu, biomedicini, avtomobilskih kalupih in drugih področjih.
