Razvrstitev tehnologije 3D tiskanja

Tehnologija 3D-tiskanja, revolucionarna sila v predelovalni industriji, kaže znatno tehnično razlikovanje zaradi razlik v lastnostih materialov. Na podlagi fizikalnih lastnosti materialov za oblikovanje lahko trenutne glavne tehnologije jasno razdelimo na dva glavna sistema: ne-kovinske in kovinske. Ti sistemi si močno nasprotujejo v smislu tehničnih principov, strukture opreme in scenarijev uporabe.

Ne-kovinsko 3D-tiskanje, ki temelji na polimernih materialih, keramičnem prahu, fotoobčutljivih smolah in drugih materialih, je postalo glavna izbira na potrošniškem trgu in v sektorjih lahke industrije zaradi nizkih stroškov opreme in združljivosti materialov. Na primer, modeliranje taljenega nanosa (FDM) stopi termoplastične filamente, kot sta PLA in ABS, skozi grelno napravo in jih nato iztisne plast za plastjo, pri čemer nastane kopičenje, podobno stiskanju zobne paste. Z nizko vstopno točko (modeli namiznih računalnikov stanejo v razponu nizkih tisoč juanov), stopnjo izkoriščenosti materiala, ki presega 90 %, se FDM široko uporablja pri proizvodnji izobraževalnih učnih pripomočkov in izdelavi prototipov izdelkov.

Stereolitografija (SLA) in digitalna obdelava svetlobe (DLP) uporabljata ultravijolično svetlobo za sprožitev strjevanja tekočih fotoobčutljivih smol, s čimer dosežeta natančnost manj kot 0,05 mm in gladke površine. Običajno se uporabljajo na medicinskem področju za izdelavo prototipov zobnih modelov in komponent natančnih instrumentov. Selektivno lasersko sintranje (SLS) in multi-jet fuzija (MJF) uporabljata laser ali toplotno šobo za aktiviranje vezi med delci prahu. Brez podpornih struktur lahko natisnejo votle ali ugnezdene strukture in se običajno uporabljajo v avtomobilski industriji za izdelavo prototipov sesalnih kolektorjev motorjev.

Kovinski 3D-tiskanje obravnava potrebe vrhunske -proizvodnje v vesoljstvu, medicinskih napravah in drugih področjih ter premaguje izzive oblikovanja zapletenih struktur in visoko{2}}zmogljivih materialov, ki jih je težko doseči s tradicionalno strojno obdelavo. Selektivno lasersko taljenje (SLM) uporablja visoko{4}}zmogljiv vlakneni laser za popolno taljenje kovinskega prahu, kot so titanove zlitine in nerjavno jeklo, z natančnostjo 0,02 mm, kar omogoča ustvarjanje milimetrsko-tankih struktur. Nosilci krilnih reber iz titanove zlitine letala Airbus A350 so izdelani s to tehnologijo in dosegajo 15-odstotno zmanjšanje teže, hkrati pa izpolnjujejo visoke zahteve glede trdnosti. Taljenje z elektronskim žarkom (EBM) uporablja elektronski žarek za segrevanje kovinskega prahu v vakuumskem okolju. Primeren je za reaktivne kovine z visokimi tališči. Material se med postopkom tiskanja nenehno predgreva (500-700 stopinj), kar bistveno zmanjša napetost in deformacijo. Običajno se uporablja v komponentah,-ki nosijo kritično obremenitev, kot so propelerji letalskih motorjev. Neposredno nanašanje energije (DED) uporablja laser/oblok za taljenje kovinske žice ali prahu in hkratno nanašanje na podlago, kar omogoča hitro izdelavo in popravilo velikih komponent (metr-merilo). General Electric uporablja to tehnologijo za popravilo lopatic letalskih motorjev, kar zmanjša stroške za 70 % v primerjavi z zamenjavo novih delov. Serija kovinskih 3D tiskalnikov Muees podjetja UnionTech (kot je Muees 430) na primer uporablja večlaserski sistem, ki se ponaša z gradbeno površino do 430 × 340 × 400 mm in hitrostjo skeniranja do 6 m/s. To zagotavlja učinkovite proizvodne rešitve za kovinske kalupe, vesoljske komponente in druge aplikacije.

V ozadju te tehnološke diferenciacije ne-kovinske tehnologije poganja »univerzalizacija«, ki se širi v potrošniške aplikacije prek materialnih inovacij (kot sta biorazgradljivi PLA in prevodni najlon). Po drugi strani si kovinske tehnologije prizadevajo za »višjo zmogljivost« in prodirajo v visoko{2}}proizvodne aplikacije v vesoljski industriji, energetski opremi in drugih sektorjih. Obe tehnologiji se bistveno razlikujeta na osnovni ravni: ne-kovine so odvisne od faznih prehodov (taljenje-strjevanje/fotoobčutljiva reakcija), medtem ko so kovine odvisne od metalurškega spajanja (taljenje-sintranja), kar ima za posledico precejšnje razlike v kompleksnosti opreme in težavnosti postopka. Z napredkom v znanosti o materialih (kot so nano-izboljšane smole in ultrafini kovinski prah) in inteligenco opreme (AI-optimizirane poti tiskanja) bosta oba tehnološka sistema kovala sinergije na več področjih in pospešila razvoj 3D-tiskanja od "prototipov" do "množične proizvodnje."

Od plastičnih igrač do letalskih komponent so različni tehnološki pristopi kot natančni zobniki, ki skupaj poganjajo zobnike proizvodne revolucije. Medtem ko je potrošniški trg očaran z ustvarjalno monetizacijo barvnega tiskanja s smolo, industrijski sektor uporablja prah titanove zlitine za oblikovanje prihodnosti letalskih motorjev. Ta tehnološka diferenciacija, ki jo poganjajo lastnosti materiala, je znak zrelosti ekosistema industrije 3D tiskanja.