Dall'avvento della tecnologia di stampa 3D, è stata gradualmente applicata alla fabbricazione di prodotti reali. Tra questi, lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D per materiali metallici è particolarmente rapido. Nel campo della difesa nazionale, i paesi sviluppati in Europa e negli Stati Uniti attribuiscono grande importanza allo sviluppo della stampa 3D in metallo e investono ingenti somme di denaro nella ricerca. La stampa 3D di parti metalliche è sempre stata al centro della ricerca e dell'applicazione. Non solo può stampare stampi e biciclette, ma può anche stampare nuove armi senza precedenti e può persino stampare apparecchiature di grandi dimensioni come automobili e aeroplani. Come nuovo tipo di tecnologia di produzione intelligente, la stampa 3D in metallo ha mostrato una prospettiva di applicazione molto ampia e ha mostrato un forte impulso di sviluppo in più campi come la progettazione e la produzione di apparecchiature, il supporto delle apparecchiature e l'aerospaziale.
Funzionalità di stampa 3D in metallo
1) Alta precisione. Al momento, la precisione delle apparecchiature di stampa 3D in metallo può essere sostanzialmente controllata al di sotto di 0,05 mm.
2) Il ciclo è breve. La stampa 3D in metallo non richiede il processo di produzione di stampi, il che riduce notevolmente i tempi di produzione del modello. Generalmente, un modello può essere stampato in poche ore o anche decine di minuti.
3) Può essere personalizzato. La stampa 3D in metallo non ha limiti al numero di modelli stampati, indipendentemente dal fatto che uno o più possano essere prodotti allo stesso costo.
4) Diversità dei materiali. Un sistema di stampa 3D in metallo può spesso realizzare la stampa di materiali diversi e la diversità di questo materiale può soddisfare le esigenze di diversi campi.
5) Il costo è relativamente basso. Sebbene i sistemi di stampa 3D in metallo e i materiali metallici per la stampa 3D siano ora relativamente costosi, se vengono utilizzati per realizzare prodotti personalizzati, il costo di produzione è relativamente basso.
Tecnologia di stampa 3D in metallo
Essendo la tecnologia più all'avanguardia e più potenziale dell'intero sistema di stampa 3D, la tecnologia di stampa 3D di parti metalliche è un'importante direzione di sviluppo della tecnologia di produzione avanzata. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia e le esigenze di divulgazione e applicazione, la produzione diretta di parti funzionali in metallo mediante prototipazione rapida è diventata la principale direzione di sviluppo della prototipazione rapida. Attualmente, i metodi di prototipazione rapida che possono essere utilizzati per produrre direttamente parti funzionali in metallo includono principalmente: Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Selective Melting (EBSM), Laser Engineered Net Shaping (LENS) ).
Fusione laser selettiva (SLM)
SLM è una parte importante del campo della stampa 3D in metallo. Il suo processo di sviluppo ha attraversato fasi come la sinterizzazione di polvere non metallica a basso punto di fusione, la sinterizzazione di polvere ad alto punto di fusione rivestita a basso punto di fusione e la fusione diretta di polvere ad alto punto di fusione. L'Università del Texas ad Austin ha richiesto per la prima volta un brevetto nel 1986 e ha sviluppato con successo la prima apparecchiatura SLM nel 1988. Utilizza un punto finemente focalizzato per fondersi rapidamente in un materiale in polvere preimpostato di 30-51 μm e può quasi direttamente ottenere qualsiasi forma. Oltre a parti funzionali con incollaggio metallurgico completo. La densità può raggiungere quasi il 100 percento, la precisione dimensionale può raggiungere 20-50 μm e la rugosità superficiale può raggiungere 20-30 μm. È una tecnologia di prototipazione rapida con grandi prospettive di sviluppo.
I materiali per stampaggio SLM sono principalmente polveri metalliche monocomponenti, tra cui acciaio inossidabile austenitico, leghe a base di nichel, leghe a base di titanio, leghe di cobalto-cromo e metalli preziosi. Il raggio laser fonde rapidamente la polvere metallica e ottiene un canale di fusione continuo, che può ottenere direttamente parti metalliche quasi dense con quasi tutte le forme, un legame metallurgico completo e un'elevata precisione. Si tratta di una tecnologia di stampa 3D per parti metalliche con grandi prospettive di sviluppo. La sua gamma di applicazioni è stata estesa all'aerospaziale, alla microelettronica, alle cure mediche, alla gioielleria e ad altre industrie.
Ci sono più di 50 fattori che influenzano il processo SLM e ci sono sei categorie che hanno un impatto importante sull'effetto di stampaggio: proprietà del materiale, sistemi di percorso ottico e laser, caratteristiche di scansione, atmosfera di stampaggio, caratteristiche geometriche di stampaggio e fattori dell'attrezzatura. Attualmente, i ricercatori in patria e all'estero conducono principalmente ricerche di processo e ricerche applicative sui suddetti fattori, allo scopo di risolvere i difetti nel processo di stampaggio e migliorare la qualità delle parti stampate. In termini di ricerca di processo, i parametri di processo importanti nel processo di formatura SLM includono la potenza del laser, la velocità di scansione, lo spessore dello strato di polvere, la distanza di scansione e la strategia di scansione, ecc. Combinando diversi parametri di processo, è possibile ottimizzare la qualità di formatura.
I principali difetti nel processo di stampaggio SLM sono la sferoidizzazione e la deformazione da deformazione. La sferoidizzazione è la fusione insufficiente degli strati superiore e inferiore durante il processo di stampaggio. A causa dell'effetto della tensione superficiale, le goccioline fuse rotoleranno rapidamente assumendo una forma sferica, con conseguente sferoidizzazione. Per evitare la sferoidizzazione, l'energia in ingresso dovrebbe essere aumentata in modo appropriato. La deformazione da deformazione è causata dallo stress termico nel processo di formatura SLM che supera la resistenza del materiale, con conseguente deformazione plastica. A causa della difficoltà di misurare la sollecitazione residua, l'attuale ricerca sulla deformazione da deformazione del processo SLM viene svolta principalmente utilizzando il metodo degli elementi finiti, quindi l'affidabilità dei risultati della simulazione viene verificata mediante esperimenti. Il principio di base della tecnologia SLM è: utilizzare prima Pro/e, UG, CATIA e altri software di modellazione 3D per progettare il modello solido 3D della parte sul computer, quindi tagliare e sovrapporre il modello 3D attraverso il software di slicing per ottenere il dati del contorno di ciascuna sezione, il percorso di scansione del riempimento viene generato dai dati del contorno e l'apparecchiatura controllerà il raggio laser per fondere selettivamente i materiali in polvere metallica di ogni strato in base a queste linee di scansione del riempimento e impilarli gradualmente in tridimensionali parti metalliche.