Postopek 3D tiskanja kovine

Kovinsko 3D-tiskanje ni preprost postopek izdelave z enim-klikom; to je sistematičen proces, ki zajema digitalno modeliranje, pripravo materiala, izvedbo tiska in naknadno-obdelavo. Natančna kontrola na vsakem koraku neposredno vpliva na kakovost končnega dela.

Postopek se začne z izdelavo in obdelavo digitalnega modela za 3D tiskanje. Oblikovalci uporabljajo programsko opremo za 3D modeliranje, da ustvarijo natančen digitalni model dela. Ta model ne vključuje le geometrije dela, ampak vključuje tudi strukturne optimizacije, prilagojene specifičnemu procesu tiskanja, kot je dodajanje podpornih struktur za preprečevanje deformacij med tiskanjem. Ko je modeliranje končano, specializirana programska oprema za rezanje "razreže" 3D model na stotine do tisoče plasti 2D prečnih-podatkov. Debelina vsake plasti je nastavljena glede na zahteve glede natančnosti dela, običajno med 20 in 100 mikroni. Te rezine služijo kot "konstrukcijske risbe" za opremo za 3D tiskanje, ki vodijo oblikovanje vsake plasti.

Priprava materiala je ključnega pomena za rezultate 3D tiskanja. Kovinski praški se običajno uporabljajo kot surovine za 3D-tiskanje kovin in ti praški so podvrženi strogim pregledom, da se zagotovi enakomerna velikost delcev, visoka sferičnost in nizka vsebnost nečistoč. Lastnosti prahu se med različnimi materiali močno razlikujejo. Na primer, prah iz titanove zlitine ima slabo pretočnost in ga je treba med skladiščenjem in transportom hraniti na suhem. Prah aluminijeve zlitine se zlahka oksidira in običajno zahteva ravnanje v inertni atmosferi. Pred 3D tiskanjem je treba prašek predhodno segreti ali presejati, da odstranimo morebitne grudice in zagotovimo enakomerno razporeditev prahu.

Izvedba tiskanja je jedro postopka, ki temelji na načelu »odlaganje plasti-za-plastjo«. Ko je oprema vklopljena, se zaprta komora za 3D-tiskanje najprej napolni z inertnim plinom (kot je argon), da se koncentracija kisika zmanjša na izjemno nizko raven, kar preprečuje oksidacijo kovine pri visokih temperaturah. Naprava za trošenje prahu nato enakomerno nanese plast kovinskega prahu na delovno mizo. Visok{6}}energijski laser ali elektronski žarek selektivno skenira površino prahu na podlagi podatkov rezine za trenutno plast. Kamor koli pade laserski žarek, prašek v trenutku absorbira energijo in se stopi v staljeni bazen. Po ohlajanju se strdi v kovinsko plast, ki ustreza obliki-prereza plasti. Ko je plast natisnjena, se delovna miza zniža natančno za debelino plasti, naprava-za polaganje prahu pa nanese novo plast prahu. Postopek taljenja in strjevanja se ponavlja, dokler niso odložene vse narezane plasti, ki na koncu tvorijo tri-dimenzionalni surovec, ki se ujema z digitalnim modelom. Med postopkom 3D-tiskanja oprema v realnem času spremlja parametre, kot so moč laserja, hitrost skeniranja in temperatura komore, ter samodejno prilagaja morebitna odstopanja, da zagotovi kakovost vsake plasti.

Po 3D-tisku surovec ni pripravljen za takojšnjo uporabo in mora opraviti vrsto korakov naknadne-obdelave. Najprej je treba odstraniti nestopljen prah, ki se drži površine surovca. Ta prašek lahko nato presejete in ponovno uporabite. Podporne strukture, dodane med 3D-tiskanjem, se odstranijo z mehanskim rezanjem ali elektrokemičnim jedkanjem, da se prepreči poškodba samega dela. Kasneje večina delov zahteva toplotno obdelavo. Z nadzorovanjem temperature segrevanja in hitrosti ohlajanja se odpravijo notranje napetosti, ki nastanejo med tiskom, in izboljšajo se mehanske lastnosti materiala. Na primer, obdelava s staranjem lahko poveča trdnost nekaterih zlitin za več kot 30 %. Deli, ki zahtevajo visoko površinsko natančnost, zahtevajo brušenje, poliranje ali drugo natančno obdelavo, da se doseže površinska hrapavost, ki ustreza konstrukcijskemu standardu. Nekateri specializirani deli lahko zahtevajo tudi testiranje s penetrantom ali mehansko testiranje, da se zagotovi, da nimajo notranjih napak in izpolnjujejo standarde delovanja.

Celoten cikel postopka 3D-tiskanja kovin se razlikuje glede na velikost in kompleksnost dela in sega od ur za majhne natančne dele do dni za velike komponente. Nastavitve parametrov na vsaki stopnji morajo biti natančno usklajene z lastnostmi materiala in zahtevami delov. Na primer, tiskanje visoko{3}}temperaturnih zlitin zahteva višjo moč laserja in temperature predgretja, medtem ko imajo deli iz titanove zlitine strožje zahteve glede čistosti inertnega plina. Ta sistematični nadzor procesa omogoča 3D-tiskanje kovin za doseganje kompleksnih struktur, ki jih je težko doseči s tradicionalnimi metodami, hkrati pa zagotavlja, da mehanske lastnosti delov izpolnjujejo zahteve praktične uporabe, kar zagotavlja prilagodljivo in učinkovito proizvodno rešitev za predelovalno industrijo.