Metallist 3D printimise protsess

Metallist 3D-printimine ei ole lihtne ühe-klõpsuga ehitamine; see on süstemaatiline protsess, mis hõlmab digitaalset modelleerimist, materjali ettevalmistamist, printimist ja järeltöötlust. Täpne kontroll igal etapil mõjutab otseselt lõpposa kvaliteeti.

Protsess algab 3D-printimise digitaalmudeli ehitamise ja töötlemisega. Disainerid kasutavad detaili täpse digitaalmudeli loomiseks 3D-modelleerimistarkvara. See mudel ei hõlma mitte ainult osa geomeetriat, vaid sisaldab ka konkreetsele printimisprotsessile kohandatud struktuurilisi optimeerimisi, näiteks tugistruktuuride lisamist, et vältida printimise ajal deformeerumist. Pärast modelleerimise lõpetamist lõikab spetsiaalne viilutamistarkvara 3D-mudeli sadadeks kuni tuhandeteks 2D-ristlõikeandmete kihtideks. Iga kihi paksus määratakse detaili täpsusnõuete alusel, tavaliselt vahemikus 20 kuni 100 mikronit. Need viilud toimivad 3D-printimisseadmete "ehitusjoonistena", mis juhivad iga kihi kujundamist.

Materjali ettevalmistamine on 3D-printimise tulemuste jaoks ülioluline. Metallipulbreid kasutatakse tavaliselt metallist 3D-printimise toorainena ja need pulbrid läbivad range sõelumise, et tagada osakeste ühtlane suurus, kõrge sfäärilisus ja madal lisandite sisaldus. Pulbri omadused erinevad oluliselt erinevate materjalide vahel. Näiteks titaanisulami pulber on halva voolavusega ja seda tuleb hoida ladustamise ja transportimise ajal kuivana. Alumiiniumisulamist pulber on kergesti oksüdeeritav ja vajab tavaliselt käitlemist inertses atmosfääris. Enne 3D-printimist tuleb pulber eelnevalt kuumutada või sõeluda, et eemaldada tükid ja tagada pulbri ühtlane hajumine.

Printimine on protsessi tuum, mis põhineb põhimõttel "kiht-haaval-sadestamine". Pärast seadmete sisselülitamist täidetakse suletud 3D-printimiskamber esmalt inertse gaasiga (näiteks argooniga), et vähendada hapniku kontsentratsiooni äärmiselt madalale tasemele, vältides metalli oksüdeerumist kõrgel temperatuuril. Seejärel laotab pulberlaotusseade ühtlaselt töölauale metallipulbri kihi. Kõrge energiaga laser- või elektronkiir skannib valikuliselt pulbri pinda praeguse kihi lõikeandmete põhjal. Kuhu iganes laserkiir tabab, neelab pulber koheselt energiat, sulades sulabasseiniks. Jahtumisel tahkub see metallikihiks, mis järgib kihi ristlõike kuju. Pärast kihi printimist langeb töölaud täpselt kihi paksuse võrra ja pulbri{11}}ladumise seade rakendab uue pulbrikihi. Sulamis- ja tahkumisprotsess kordub, kuni kõik viilutatud kihid on ladestunud, moodustades lõpuks kolmemõõtmelise tooriku, mis vastab digitaalsele mudelile. Kogu 3D-printimise protsessi vältel jälgivad seadmed reaalajas selliseid parameetreid nagu laseri võimsus, skaneerimiskiirus ja kambri temperatuur, kohandades automaatselt kõik kõrvalekalded, et tagada iga kihi kvaliteet.

Pärast 3D-printimist ei ole toorik koheseks kasutamiseks valmis ja see peab läbima mitmeid järeltöötlusetappe. Esmalt tuleb eemaldada tooriku pinnale kleepunud sulamata pulber. Seda pulbrit saab seejärel sõeluda ja uuesti kasutada. 3D-printimise käigus lisatud tugistruktuurid eemaldatakse mehaanilise lõikamise või elektrokeemilise söövitamise teel, et vältida detaili enda kahjustamist. Seejärel vajavad enamik osi kuumtöötlust. Reguleerides küttetemperatuuri ja jahutuskiirust, elimineeritakse trükkimisel tekkivad sisepinged ning paranevad materjali mehaanilised omadused. Näiteks võib vananemisravi suurendada mõne sulami tugevust üle 30%. Suurt pinnatäpsust nõudvad osad nõuavad lihvimist, poleerimist või muud täppistöötlust, et saavutada projekteerimisstandardile vastav pinnakaredus. Mõned spetsialiseeritud osad võivad vajada ka läbitungimiskatset või mehaanilist testimist, et veenduda, et neil pole sisemisi defekte ja need vastavad jõudlusstandarditele.

Kogu metallist 3D-printimise protsessitsükkel varieerub olenevalt osa suurusest ja keerukusest, ulatudes tundidest väikeste täppisosade puhul kuni päevadeni suurte komponentide puhul. Parameetrite seadistused igas etapis peavad olema täpselt sobitatud materjali omaduste ja osade nõuetega. Näiteks kõrgel -temperatuuril sulamist osade printimiseks on vaja suuremat laservõimsust ja eelsoojendustemperatuuri, samas kui titaanisulamist osadele kehtivad rangemad nõuded inertgaasi puhtusele. See süstemaatiline protsessijuhtimine võimaldab metallist 3D-printimisel saavutada keerukaid struktuure, mida on traditsiooniliste meetoditega raske saavutada, tagades samas detailide mehaaniliste omaduste vastavuse praktilistele rakendusnõuetele, pakkudes paindlikku ja tõhusat tootmislahendust töötlevale tööstusele.