Siden fremkomsten af 3D-printteknologi er den gradvist blevet anvendt til fremstilling af faktiske produkter. Blandt dem er udviklingen af 3D-printteknologi til metalmaterialer særlig hurtig. Inden for nationalt forsvar lægger udviklede lande i Europa og USA stor vægt på udviklingen af metal 3D-print og investerer enorme summer i forskning. 3D-print af metaldele har altid været i fokus for forskning og anvendelse. Det kan ikke kun printe forme og cykler, det kan også printe hidtil usete nye våben, og det kan endda printe stort udstyr som biler og fly. Som en ny type intelligent fremstillingsteknologi har metal 3D-print vist et meget bredt anvendelsesperspektiv og har vist et stærkt udviklingsmomentum på flere områder som udstyrsdesign og -fremstilling, udstyrssupport og rumfart.
Metal 3D-print funktioner
1) Høj præcision. På nuværende tidspunkt kan nøjagtigheden af 3D-printudstyr i metal stort set kontrolleres under 0.05 mm.
2) Cyklussen er kort. Metal 3D-print kræver ikke fremstillingsprocessen af forme, hvilket i høj grad forkorter modellens produktionstid. Generelt kan en model udskrives på få timer eller endda snesevis af minutter.
3) Det kan tilpasses. Metal 3D-print har ingen begrænsning på antallet af printede modeller, uanset en eller flere kan produceres til samme pris.
4) Mangfoldighed af materialer. Et metal 3D printsystem kan ofte realisere udskrivning af forskellige materialer, og mangfoldigheden af dette materiale kan opfylde behovene i forskellige felter.
5) Omkostningerne er relativt lave. Selvom metal 3D print systemer og metal materialer til 3D print er relativt dyre nu, hvis de bruges til at lave personaliserede produkter, er produktionsomkostningerne relativt lave.
Metal 3D print teknologi
Som den mest banebrydende og mest potentielle teknologi i hele 3D-printsystemet er 3D-printteknologi af metaldele en vigtig udviklingsretning for avanceret fremstillingsteknologi. Med udviklingen af videnskab og teknologi og behovene for popularisering og anvendelse er direkte fremstilling af metalfunktionelle dele ved hurtig prototyping blevet den vigtigste udviklingsretning for hurtig prototyping. På nuværende tidspunkt omfatter de hurtige prototypingsmetoder, der kan bruges til direkte fremstilling af metalfunktionelle dele, hovedsageligt: Selektiv lasersmeltning (SLM), selektiv smeltning af elektronstråler (EBSM), laserudviklet netformning (LENS)).
Selektiv lasersmeltning (SLM)
SLM er en vigtig del af metal 3D-print. Dens udviklingsproces har gennemgået stadier såsom sintring af ikke-metallisk pulver med lavt smeltepunkt, sintring af pulver med lavt smeltepunkt coatet med højt smeltepunkt og direkte smeltning af pulver med højt smeltepunkt. University of Texas i Austin søgte første gang om et patent i 1986 og udviklede med succes det første SLM-udstyr i 1988. Det bruger et fint fokuseret sted til hurtigt at smelte til et forudindstillet pulvermateriale på 30-51 μm og kan næsten direkte få enhver form. Samt funktionelle dele med komplet metallurgisk limning. Tætheden kan nå næsten 100 procent, dimensionsnøjagtigheden kan nå 20-50 μm, og overfladeruheden kan nå 20-30 μm. Det er en hurtig prototyping-teknologi med store udviklingsmuligheder.
SLM-støbematerialer er for det meste enkeltkomponent-metalpulvere, herunder austenitisk rustfrit stål, nikkel-baserede legeringer, titanium-baserede legeringer, kobolt-chrom-legeringer og ædelmetaller. Laserstrålen smelter hurtigt metalpulveret og opnår en kontinuerlig smeltekanal, som direkte kan opnå næsten tætte metaldele med næsten enhver form, komplet metallurgisk binding og høj præcision. Det er en 3D-printteknologi til metaldele med store udviklingsmuligheder. Dens anvendelsesområde er blevet udvidet til rumfart, mikroelektronik, medicinsk behandling, smykker og andre industrier.
Der er mere end 50 indflydelsesfaktorer i SLM-processen, og der er seks kategorier, der har en vigtig indflydelse på støbeeffekten: materialeegenskaber, laser- og optiske vejsystemer, scanningsfunktioner, støbeatmosfære, støbegeometriske træk og udstyrsfaktorer. På nuværende tidspunkt udfører forskere i ind- og udland hovedsageligt procesforskning og anvendelsesforskning på ovenstående faktorer med det formål at løse defekter i støbeprocessen og forbedre kvaliteten af støbte dele. Med hensyn til procesforskning omfatter de vigtige procesparametre i SLM-formningsprocessen laserkraft, scanningshastighed, pulverlagtykkelse, scanningsafstand og scanningsstrategi osv. Ved at kombinere forskellige procesparametre kan formningskvaliteten optimeres.
De vigtigste defekter i SLM-støbningsprocessen er sfæroidisering og vridningsdeformation. Sfæroidisering er den utilstrækkelige smeltning af de øvre og nedre lag under støbeprocessen. På grund af effekten af overfladespænding vil de smeltede dråber hurtigt rulle til en sfærisk form, hvilket resulterer i sfæroidisering. For at undgå sfæroidisering bør inputenergien øges passende. Vridningsdeformation er forårsaget af den termiske spænding i SLM-formningsprocessen, der overstiger materialets styrke, hvilket resulterer i plastisk deformation. På grund af vanskeligheden ved at måle den resterende spænding, udføres den nuværende forskning i forvrængning af SLM-processen hovedsageligt ved hjælp af finite element-metoden, og derefter verificeres pålideligheden af simuleringsresultaterne ved eksperimenter. Det grundlæggende princip for SLM-teknologi er: Brug først Pro/e, UG, CATIA og anden 3D-modelleringssoftware til at designe den 3D solide model af delen på computeren, og skær og lag derefter 3D-modellen gennem udskæringssoftwaren for at opnå konturdata for hver sektion, fyldningsscanningsvejen genereres fra konturdataene, og udstyret vil styre laserstrålen for selektivt at smelte metalpulvermaterialerne i hvert lag i henhold til disse fyldningsscanningslinjer og gradvist stable dem i tredimensionelle metaldele.