3D-tiskalnik za kovine. Proizvodnja kovinskih izdelkov

3D tisk se šteje za najzahtevnejši tehnološki dosežek in pomembno smer proizvodnje aditiva. Zahvaljujoč tridimenzionalnim tiskarjem se odpirajo nove priložnosti v vseh sektorjih gospodarstva. Obstaja mnenje, da bodo v prihodnosti lahko celo zamenjali tradicionalne proizvodne metode (kovanje, ulivanje itd.). V tem članku bomo preučili, kaj je 3D tiskanje s kovinami in njegovimi glavnimi tehnologijami.

Kaj je 3D tiskalnik za kovine?

To so posebni stroji, ki omogočajo proizvodnjo kovinskih predmetov ali nanašanje premazov na končne izdelke. Tak tiskalnik "raste" plast fizičnega predmeta po plasteh. To je, najprej na računalniku v oblikovnem sistemu, virtualni model ustvarjen v treh razsežnostih, razdeljen na digitalne plasti. Ko začnete tiskati predmet, se glava 3D tiskalnika začne iztisniti tekoča kovina ali vlijemo prah na tiskalno ploščad, ki tvori prvi sloj. Potem stroj uporablja drugi del kovine in tako naprej.

3D-tiskalnik za kovino vam omogoča ustvarjanje velikega obsega izdelkov in se lahko zahvaljujoč sodobni tehnologiji konkurira klasičnim metodam proizvodnje kovin.

Kaj lahko natisnem s 3D tiskalnikom?

Ta tiskalnik je univerzalni izum, ki ga lahko uporabljajo profesionalci in preprosti navdušenci. Kovinski tiskalniki se lahko uporabljajo za izdelavo nestandardnih predmetov, mehanskih delov, nakita. Prav tako omogočajo izdelavo kovinskih izdelkov, ki simulirajo ročno kovanje. In za to še niso potrebne dodatne naprave in mehanizmi.

Industrijski 3D tiskalnik za kovine lahko celo natisne raketni motor. V tem primeru se praktično ne razlikuje od izdelka, proizvedenega po tradicionalni metodi. Tako kovinski tiskalnik omogoča sodobni osebi ustvariti vse predmete.

3D tehnologije tiskanja za kovine

Do danes se proizvodnja kovinskih izdelkov izvaja z dvema tehnologijama: laserskim in brizgalnim tiskanjem. To pomeni postopno in natančno plastificiranje kovine, zaradi česar je treba pridobiti predvideno vrednost. Hkrati so inženirji razvili več načinov rasti.

Inkjet 3D tiskanje

Proizvodnja kovinskih izdelkov s brizgalnim tiskom je eden najstarejših načinov proizvodnje aditiva. Omogoča najboljši način uporabe kovin kot potrošnega materiala. Toda ta tehnologija se uporablja samo v primeru izdelave sestavljenega modela. Dejstvo, da brizgalni 3D tiskalnik omogoča tiskanje predmetov iz katerega koli materiala, ki ga je mogoče predelati v prah. Med tiskanjem so talne surovine vezane na polimere. Zaradi te tehnološke značilnosti končnih izdelkov ni mogoče šteti za popolnoma kovine.

Poleg tega je mogoče pretvorjene sestavljene modele pretvoriti v vse kovinske. Za to se uporablja termično taljenje ali sežig polimerov in sintranje kovin v prahu. Taki kovinski izdelki niso trajni, ker imajo porozno strukturo. Dodajanje trdnosti je lahko posledica impregnacije druge kovine. Na primer, jekleni predmet postane bolj trpežen, če ga impregniramo z bronasto.

Ta metoda ustvarjanja izdelkov se večinoma uporablja v spominski in nakitni industriji.

Metoda laminiranja

3D tiskanje s pomočjo laminacije pomeni uporabo na platformi tanki listi iz kovine, ki jih oblikujejo lasersko ali mehansko rezanje, in njihovo lepljenje za pridobitev tridimenzionalnega modela. Ta metoda nam omogoča uporabo celo kovinske folije kot potrošnega materiala. Laminirani predmeti nimajo kovinske trdnosti, ker njihova celovitost temelji na lepljenju vezanih listov.

Prednost te tehnologije je relativna poceni in zmožnost ustvarjanja različnih elementov, ki so enaki izdelkom iz vseh kovin. Najpogostejša tiskarska laminacija se uporablja za ustvarjanje mock-upov.

Zaščita plasti

Ta način 3D tiskanja temelji na uporabi materialov iz lahkih zlitin. Ekstruderji, ki so na voljo v tiskalniku, ne morejo vzdržati visokih temperatur. Zato je skoraj nemogoče ustvariti predmete iz čiste kovine in zlitin. Tako so razvijalci potrošnega materiala začeli proizvajati posebne sestavljene surovine. Primer takšne raztopine je material, ki sestoji iz termoplastičnega in bronastega prahu.

Tovrsten kovinski tiskalnik natisne elemente, ki jih ni mogoče ločiti od videza celotnega kovinskega videza. Toda fizične lastnosti takih predmetov so veliko slabše. Zato se plasti po plasteh uporabljajo izključno za izdelavo mock-ups, spominkov in notranjih predmetov. Zdaj inženirji iščejo panoge, kjer je dovoljeno uporabljati to proizvodno tehnologijo. Tako se lahko za tiskanje elektronskih plošč uporablja termoplast s kovinskim polnilom.

Selektivni laser in direktno sintranje

Selektivno lasersko sintranje kovin vam omogoča, da delate ne le s trajnim materialom, temveč tudi s termoplastiko. Tu nastanejo tridimenzionalni predmeti s pomočjo laserskih instalacij s sintranjem kovinskega prahu. Pogosto je za zmanjšanje moči laserskih sevalcev na kovinskem materialu uporabljen bolj nizek talilni premaz. V takih primerih je za povečanje trdnosti končnih izdelkov potrebno dodatno sintranje in impregnacija s kovinami.

Različna opisana metoda je direktno lasersko sintranje kovin. Ta tehnologija je osredotočena na delo s čistim kovinskim prahom. Za uresničitev tega cilja ima tiskalnik 3D posebne zapečatene kamere inertni plin. Tiskalni stroj uporablja tudi ogrevanje potrošnega materiala do temperature, pri kateri se topi, vendar se ne vre. To vam omogoča, da zmanjšate čas tiskanja in prihranite na moči laserskih naprav.

Tiskanje z lasersko sintranje poteka v plasteh. Na delovni plošči stroj uporablja tanek sloj segretega prahu, katerega delci se sintrirajo skupaj in s predhodno plastjo. Laserski žarek nenehno spreminja svojo smer s pomočjo sistema zrcala.

Lasersko sintranje omogoča izdelavo kompleksnih struktur brez dodatnih podpor. Tako se ta tehnologija uporablja za izdelavo visoko preciznih delov, ki ne zahtevajo nadaljnje obdelave, pa tudi za izdelavo integralnih modelov stopnje zahtevnosti, ki jih ni mogoče izvesti s konvencionalnim litjem.

Lasersko sintranje omogoča delo z jeklom, nikljevimi zlitinami, titanom, plemenitimi kovinami itd.

Selektivno taljenje kovin z laserjem in elektronskim žarkom

Čeprav so modeli, pridobljeni z laserskim sintranjem iz kovine, visokokakovostni, imajo omejeno uporabo. Porozna struktura končnih predmetov zmanjšuje njihovo moč. Takšni izdelki so malo uporabni za industrijsko uporabo, vendar se bolj uporabljajo za izdelavo modelov in prototipov. Za izdelavo trajnih in obremenjenih modelov so inženirji neposredno lasersko tehnologijo sintranja pretvorili v lasersko talilno metodo. Temelji na močni toplotni obdelavi kovinskega prahu, da dobimo homogeni predmet. Objekti, natisnjeni na ta način, se v mehanskih in fizikalnih lastnostih dejansko ne razlikujejo od analogov, ki jih proizvajajo tradicionalne metode.

Vzporedno s tem se uporablja tehnologija taljenja elektronskih žarkov. Omogoča ustvarjanje objektov z enako natančnostjo in ločljivostjo, vendar ima določene prednosti. Torej je 3D-tiskalnik za kovino te vrste namesto elektromehanskih zrcalnih sistemov opremljen z elektronskimi pištolami. To omogoča stroj za delovanje pri relativno visokih hitrostih, kar izboljša učinkovitost brez pomembnih zapletov postopka. Ta tehnologija je odlična alternativa tradicionalni industrijski proizvodnji, kjer dodatna oprema (pečice in livne plesni).

Tiskalniki za taljenje laserskih in elektronskih žarkov se večinoma uporabljajo za izdelavo delov motorja in plinske turbine, ortopedske proteze.

Neposredna laserska aditivna konstrukcija

3D-tiskalnik za kovinsko direktno lasersko konstrukcijo, ki se uporablja za popravilo končnih izdelkov. Tehnologija takega stroja temelji na principu škropljenja delcev kovinskega prahu na poškodovane dele predmeta in taljenja z laserjem. Za to metodo je značilna tesna specializacija in se uporablja izključno za industrijske namene.

Tiskalna glava te vrste tiskalnika se premika v treh ravninah in se vrti okoli navpične osi. Torej, deluje pod katerim koli kotom.

Podobni stroji se uporabljajo za popravilo zapletenih strojev in velikih izdelkov. Na primer, za popravilo letalskih motorjev.

Stroški 3D-tiskalnika za kovine

Danes trg ponuja široko paleto strojev, ki omogočajo ustvarjanje tridimenzionalnih kovinskih predmetov. Njihov strošek je odvisen od znamke in tehnologije tiskanja. Torej, industrijski 3D tiskalnik za delo s kovino, na katerem je mogoče tiskati motor, stane več deset tisoč ameriških dolarjev. Cenovno ugodnejše stroje je mogoče kupiti veliko ceneje, vendar bo kakovost izdelkov slabša. Da bi rešili to težavo, inženirji razvijajo 3D-tiskalnik za kovine, katerega cena bo v celoti operativna.