Siden bruken av 3D-utskriftsteknologi har den gradvis blitt brukt til produksjon av faktiske produkter. Blant dem er utviklingen av 3D-utskriftsteknologi for metallmaterialer spesielt rask. Innenfor nasjonalt forsvar legger utviklede land i Europa og USA stor vekt på utviklingen av 3D-utskrift av metall og investerer enorme summer i forskning. 3D-utskrift av metalldeler har alltid vært i fokus for forskning og bruk. Ikke bare kan den skrive ut former og sykler, den kan også skrive ut nye enestående våpen, og den kan til og med skrive ut stort utstyr som biler og fly. Som en ny type intelligent produksjonsteknologi har 3D-utskrift av metall vist et veldig bredt applikasjonspotensial, og har vist et sterkt utviklingsmomentum på flere felt som utstyrsdesign og -produksjon, utstyrsstøtte og romfart.
Metall 3D-utskriftsfunksjoner
1) Høy presisjon. For øyeblikket kan nøyaktigheten til 3D-utskriftsutstyr av metall i utgangspunktet kontrolleres under 0.05 mm.
2) Syklusen er kort. Metall 3D-utskrift krever ikke produksjonsprosessen av støpeformer, noe som i stor grad forkorter produksjonstiden til modellen. Vanligvis kan en modell skrives ut på noen få timer eller titalls minutter.
3) Den kan tilpasses. Metall 3D-printing har ingen begrensning på antall trykte modeller, uansett en eller flere kan produseres til samme pris.
4) Mangfold av materialer. Et metall 3D-utskriftssystem kan ofte realisere utskrift av forskjellige materialer, og mangfoldet av dette materialet kan møte behovene til forskjellige felt.
5) Kostnaden er relativt lav. Selv om 3D-utskriftssystemer av metall og metallmaterialer for 3D-utskrift er relativt dyre nå, er produksjonskostnadene relativt lave hvis de brukes til å lage personlige produkter.
Metall 3D-utskriftsteknologi
Som den mest banebrytende og mest potensielle teknologien i hele 3D-utskriftssystemet, er 3D-utskriftsteknologi av metalldeler en viktig utviklingsretning for avansert produksjonsteknologi. Med utviklingen av vitenskap og teknologi og behovene for popularisering og anvendelse, har direkte produksjon av metallfunksjonelle deler ved rask prototyping blitt den viktigste utviklingsretningen for rask prototyping. For øyeblikket inkluderer de raske prototypingmetodene som kan brukes til direkte å produsere metallfunksjonelle deler hovedsakelig: Selektiv lasersmelting (SLM), selektiv smelting av elektronstråler (EBSM), laserutviklet nettforming (LENS)).
Selektiv lasersmelting (SLM)
SLM er en viktig del av feltet for 3D-utskrift av metall. Utviklingsprosessen har gått gjennom stadier som sintring av ikke-metallisk pulver med lavt smeltepunkt, sintring av belagt pulver med høyt smeltepunkt med lavt smeltepunkt og direkte smelting av pulver med høyt smeltepunkt. University of Texas i Austin søkte først om patent i 1986, og utviklet det første SLM-utstyret med suksess i 1988. Det bruker et fint fokusert sted for raskt å smelte til et forhåndsinnstilt pulvermateriale på 30-51 μm, og kan nesten direkte få hvilken som helst form. Samt funksjonelle deler med komplett metallurgisk liming. Tettheten kan nå nesten 100 prosent, dimensjonsnøyaktigheten kan nå 20-50 μm, og overflateruheten kan nå 20-30 μm. Det er en rask prototyping-teknologi med store utviklingsmuligheter.
SLM-støpematerialer er for det meste enkomponent metallpulver, inkludert austenittisk rustfritt stål, nikkelbaserte legeringer, titanbaserte legeringer, kobolt-kromlegeringer og edle metaller. Laserstrålen smelter raskt metallpulveret og oppnår en kontinuerlig smeltekanal, som direkte kan oppnå nesten tette metalldeler med nesten hvilken som helst form, fullstendig metallurgisk binding og høy presisjon. Det er en 3D-utskriftsteknologi for metalldeler med store utviklingsmuligheter. Bruksområdet har blitt utvidet til romfart, mikroelektronikk, medisinsk behandling, smykker og andre industrier.
Det er mer enn 50 påvirkningsfaktorer i SLM-prosessen, og det er seks kategorier som har en viktig innvirkning på støpeeffekten: materialegenskaper, laser- og optiske banesystemer, skannefunksjoner, støpeatmosfære, støpegeometriske egenskaper og utstyrsfaktorer. For tiden utfører forskere i inn- og utland hovedsakelig prosessforskning og anvendelsesforskning på de ovennevnte faktorene, med det formål å løse feil i støpeprosessen og forbedre kvaliteten på støpte deler. Når det gjelder prosessforskning, inkluderer de viktige prosessparametrene i SLM-formingsprosessen laserkraft, skanningshastighet, pulverlagtykkelse, skanningsavstand og skanningsstrategi osv. Ved å kombinere ulike prosessparametere kan formingskvaliteten optimaliseres.
Hovedfeilene i SLM-støpeprosessen er sfæroidisering og vridningsdeformasjon. Sfæroidisering er utilstrekkelig smelting av øvre og nedre lag under støpeprosessen. På grunn av effekten av overflatespenning vil de smeltede dråpene raskt rulle til en sfærisk form, noe som resulterer i sfæroidisering. For å unngå sfæroidisering bør tilførselsenergien økes på passende måte. Vridningsdeformasjon er forårsaket av at termisk spenning i SLM-formingsprosessen overskrider materialets styrke, noe som resulterer i plastisk deformasjon. På grunn av vanskeligheten med å måle gjenværende spenning, utføres den nåværende forskningen på forvrengningsdeformasjon av SLM-prosessen hovedsakelig ved bruk av finite element-metoden, og deretter blir påliteligheten til simuleringsresultatene verifisert ved eksperimenter. Grunnprinsippet for SLM-teknologi er: bruk først Pro/e, UG, CATIA og annen 3D-modelleringsprogramvare for å designe den solide 3D-modellen av delen på datamaskinen, og deretter skjære og lag 3D-modellen gjennom skjæringsprogramvaren for å oppnå konturdata for hver seksjon, fyllingsskanningsbanen genereres fra konturdataene, og utstyret vil kontrollere laserstrålen for å selektivt smelte metallpulvermaterialene i hvert lag i henhold til disse fyllingsskanningslinjene, og gradvis stable dem i tredimensjonale metalldeler.