Делаем титановые сплавы прочнее-пять мейнстримных технологий 3D-печати металлом

Сегодня, с быстрым развитием технологий, металлическая 3D-печать, которая предлагает такие преимущества, как краткосрочное производство, производство по требованию и быстрое прототипирование, превращает многие невозможности в реальность.

В настоящее время основные технологии 3D-печати металлами на рынке включают следующие пять: селективное лазерное спекание (SLS), струйная обработка наночастиц (NPJ), селективное лазерное плавление (SLM), лазерная инженерная сетка (LENS) и селективное плавление электронного луча (EBSM). Ниже приводится введение в основные принципы работы этих пяти металлических технологий 3D-печати.

1. SLS-селективное лазерное спекание

Принцип работы:Слой порошкового материала предварительно намазывается на рабочую платформу. Лазер, управляемый компьютером, печатает порошок в твердой части в соответствии с информацией о контуре слоя. Этот процесс повторяется циклически, создавая объект слой за слоем.

SLS использует инфракрасный лазер в качестве источника энергии, а используемые материалы в основном представляют собой порошок. Во время обработки порошок предварительно нагревается до температуры чуть ниже точки плавления, а затем распространяется валиком. Лазерный луч, управляемый компьютером, выборочно рассекает порошок на основе информации о поперечном сечении слоя. После завершения одного слоя спечают следующий, повторяя этот процесс до тех пор, пока не будет сформирована трехмерная деталь. Наконец, неспеченный порошок восстанавливается, и сформированная часть удаляется.

Этот метод известен своим простым производственным процессом, высокой гибкостью, широким выбором материала, низкой стоимостью материала, высоким использованием материала и быстрой скоростью формования. Он главным образом использован в индустрии отливки и может сразу быть использован для быстрого прессформ-делать.

2. Струйная обработка NPJ-наночастиц

Принцип работы:Металл сначала загружается в 3D-принтер в жидкой форме. Во время печати жидкость, содержащая металлические наночастицы, сбрасывается для формирования формы. Избыточная жидкость затем испаряется путем нагревания, оставляя металлические части, которые, наконец, спекаются при низкой температуре для завершения формирования.

Этот метод может использовать обычные струйные печатающие головки в качестве инструментов и не требует внешней силы для удаления опорных конструкций, так как они расплавляются. Теоретически это позволяет неограниченное дополнение, предоставляя дизайнерам большую свободу. В дополнение к металлам, прорывы в технологии керамики расширили ее применение в стоматологии, медицине и конкретных промышленных областях.

3. SLM-селективное лазерное плавление

Принцип работы:Высокоэнергетический лазерный луч плавит порошок металлического сплава на двумерном поперечном сечении нарезанной 3D-модели, печатая слой за слоем снизу вверх для создания металлических деталей с любой сложной структурой и почти 100% плотностью.

SLM в основном использует программное обеспечение CAD для проектирования 3D-моделей, экспортируя их в формат, распознаваемый программным обеспечением для нарезки. Затем модель разрезается на разрезы и добавляются опорные структуры с полученными данными поперечного сечения модели. Программное обеспечение для планирования путей обрабатывает данные контура для создания путей сканирования, которые импортируются в машину SLM. Система управления машины направляет лазерный луч для выборочного расплавления порошкового металлического сплава слой за слоем в соответствии с траекторией сканирования, образуя плотные металлические детали 3D.

Преимущества SLM включают в себя высокое использование материала, точные размеры металлических деталей и свободу дизайна. Его ограничениями являются высокая стоимость компонентов оборудования, неспособность добиться массового производства и нестандартные порошки из металлических сплавов, необходимые для обработки. Поэтому SLM в основном используется в аэрокосмической, биомедицинской областях и для производства драгоценных или труднообрабатываемых металлических компонентов, таких как титановые и никелевые сплавы.

4. ЛИНЗ-лазерная инженерия Чистая формируя

Принцип работы:3D CAD-модель детали разрезается на слои, получая данные двумерного контура. Затем данные контура преобразуются в траекторию движения рабочего стола с ЧПУ. Металлический порошок подается с определенной скоростью в зону фокусировки лазера, где он быстро расплавляется и затвердевает, создавая деталь слой за слоем в металлическую деталь 3D-формы, близкую к сетке.

LENS позволяет изготавливать металлические детали без формы, при этом получаемые детали имеют плотные микроструктуры и высокие механические свойства. Он способен производить детали из гетерогенных и градиентных материалов, а также обрабатывать высокопрочные металлы, такие как титановые сплавы.

5. EBSM-селективное плавление электронного луча

Принцип работы:3D модель CAD сначала разрезается на слои, а полученные дискретные данные вводится в систему формирования. Система формирования нагревает материал, а электронный луч, руководствуясь данными CAD, плавит предварительно распространенный слой порошка на рабочей платформе. После того, как один слой обработан, рабочая платформа понижается на одну толщину слоя, а следующий слой порошка распространяется и расплавляется. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет сформирована трехмерная деталь.

Технология EBSM обеспечивает высокую скорость обработки, высокую энергоэффективность, низкое вакуумное загрязнение, низкое остаточное напряжение в компонентах и отсутствие проблем с отражением. Он особенно подходит для прямого формования реактивных, огнеупорных и хрупких металлических материалов с широкими перспективами в аэрокосмической, биомедицинской, автомобильной и плесени.

Перспективы технологии 3D-печати из титанового сплава

С развитием технологии 3D-печати 3D-печать из титанового сплава найдет применение в различных аспектах инженерных материалов. 3D-печать из титанового сплава неизбежно эволюционирует в сторону более сложного, высокоточного, крупномасштабного и недорогого производства. В то же время технология 3D-печати будет применяться в различных областях, ускоряя производство, способствуя быстрому развитию производства и значительно повышая скорость экономического роста в Китае.