Proces metalnog 3D printanja

Metalni 3D ispis nije jednostavan proces izgradnje jednim-klikom; to je sustavan proces koji obuhvaća digitalno modeliranje, pripremu materijala, izvođenje ispisa i naknadnu-obradu. Precizna kontrola u svakom koraku izravno utječe na kvalitetu konačnog dijela.

Proces započinje izgradnjom i obradom digitalnog modela za 3D ispis. Dizajneri koriste softver za 3D modeliranje za izradu preciznog digitalnog modela dijela. Ovaj model ne uključuje samo geometriju dijela, već također uključuje strukturne optimizacije prilagođene specifičnom procesu ispisa, kao što je dodavanje potpornih struktura za sprječavanje deformacija tijekom ispisa. Nakon što je modeliranje završeno, specijalizirani softver za rezanje "reza" 3D model na stotine do tisuće slojeva 2D poprečnih-podataka. Debljina svakog sloja je postavljena na temelju zahtjeva za preciznošću dijela, obično između 20 i 100 mikrona. Ove kriške služe kao "konstrukcijski crteži" za opremu za 3D ispis, usmjeravajući oblikovanje svakog sloja.

Priprema materijala ključna je za rezultate 3D printanja. Metalni prahovi obično se koriste kao sirovine za metalni 3D ispis, a ti prahovi prolaze rigoroznu provjeru kako bi se osigurala ujednačena veličina čestica, visoka sferičnost i nizak sadržaj nečistoća. Svojstva praha značajno se razlikuju između različitih materijala. Na primjer, prah legure titana ima slabu tečnost i mora se držati suhim tijekom skladištenja i transporta. Prah aluminijske legure lako se oksidira i obično zahtijeva rukovanje u inertnoj atmosferi. Prije 3D ispisa, prah se mora prethodno zagrijati ili prosijati kako bi se uklonile sve grudice i osiguralo ravnomjerno raspršivanje praha.

Izvršenje ispisa srž je procesa, temeljeno na načelu "taloženja-po-sloja." Nakon što se oprema uključi, zapečaćena komora za 3D ispis najprije se puni inertnim plinom (kao što je argon) kako bi se koncentracija kisika smanjila na iznimno nisku razinu, čime se sprječava oksidacija metala na visokim temperaturama. Uređaj za raspršivanje praha zatim ravnomjerno nanosi sloj metalnog praha na radni stol. Visoko{6}}energetski laser ili elektronska zraka selektivno skeniraju površinu praha na temelju podataka presjeka za trenutni sloj. Gdje god laserska zraka udari, prah trenutno apsorbira energiju, otapajući se u rastaljenu lokvicu. Nakon hlađenja skrućuje se u metalni sloj koji odgovara obliku poprečnog-presjeka sloja. Nakon što je sloj ispisan, radni stol spušta se točno do debljine sloja, a uređaj-za polaganje praha nanosi novi sloj praha. Proces taljenja i skrućivanja ponavlja se sve dok se svi narezani slojevi ne talože, u konačnici formirajući tro-prazninu koja odgovara digitalnom modelu. Tijekom procesa 3D ispisa, oprema prati parametre kao što su snaga lasera, brzina skeniranja i temperatura komore u stvarnom vremenu, automatski prilagođavajući sva odstupanja kako bi se osigurala kvaliteta svakog sloja.

Nakon 3D ispisa, ispis nije spreman za trenutnu upotrebu i mora proći niz koraka post{1}}obrade. Najprije se mora ukloniti neotopljeni prah koji se zalijepio za površinu obrasca. Ovaj prah se zatim može prosijati i ponovno upotrijebiti. Potporne strukture dodane tijekom 3D ispisa uklanjaju se mehaničkim rezanjem ili elektrokemijskim jetkanjem kako bi se izbjeglo oštećenje samog dijela. Nakon toga većina dijelova zahtijeva toplinsku obradu. Kontrolom temperature zagrijavanja i brzine hlađenja uklanjaju se unutarnja naprezanja koja nastaju tijekom tiska i poboljšavaju se mehanička svojstva materijala. Na primjer, tretman starenjem može povećati čvrstoću nekih legura za više od 30%. Dijelovi koji zahtijevaju visoku preciznost površine zahtijevaju brušenje, poliranje ili drugu preciznu obradu kako bi se postigla hrapavost površine koja zadovoljava standard dizajna. Neki specijalizirani dijelovi također mogu zahtijevati ispitivanje penetrantima ili mehaničko ispitivanje kako bi se osiguralo da nemaju unutarnjih nedostataka i da zadovoljavaju standarde performansi.

Cijeli ciklus procesa 3D ispisa metala varira ovisno o veličini i složenosti dijela, u rasponu od sati za male precizne dijelove do dana za velike komponente. Postavke parametara u svakoj fazi moraju biti precizno usklađene sa svojstvima materijala i zahtjevima dijelova. Na primjer, ispis visoko{3}}temperaturnih legura zahtijeva veću snagu lasera i temperature predgrijavanja, dok dijelovi od titanijeve legure imaju strože zahtjeve za čistoću inertnog plina. Ova sustavna kontrola procesa omogućuje metalnim 3D ispisom postizanje složenih struktura koje je teško postići tradicionalnim metodama, a istovremeno osigurava da mehanička svojstva dijelova ispunjavaju zahtjeve praktične primjene, pružajući fleksibilno i učinkovito proizvodno rješenje za proizvodnu industriju.