Proces 3D štampanja metala

Metalno 3D štampanje nije jednostavan proces "izrada jednim-klikom"; to je sistematski proces koji obuhvata digitalno modeliranje, pripremu materijala, štampanje i naknadnu{2}}obradu. Precizna kontrola u svakom koraku direktno utiče na kvalitet završnog dela.

Proces počinje izradom i obradom digitalnog modela za 3D štampu. Dizajneri koriste softver za 3D modeliranje kako bi kreirali precizan digitalni model dijela. Ovaj model ne uključuje samo geometriju dijela, već uključuje i strukturne optimizacije prilagođene specifičnom procesu štampe, kao što je dodavanje potpornih struktura kako bi se spriječila deformacija tokom tiska. Nakon što je modeliranje završeno, specijalizovani softver za rezanje "reže" 3D model na stotine do hiljade slojeva 2D podataka poprečnog presjeka. Debljina svakog sloja se postavlja na osnovu zahtjeva za preciznošću dijela, obično između 20 i 100 mikrona. Ove kriške služe kao "konstrukcijski crteži" za opremu za 3D štampanje, usmjeravajući oblikovanje svakog sloja.

Priprema materijala je ključna za rezultate 3D štampe. Metalni prahovi se obično koriste kao sirovine za 3D štampanje metala, a ovi prahovi prolaze rigorozni pregled kako bi se osigurala ujednačena veličina čestica, visoka sferičnost i nizak sadržaj nečistoća. Svojstva praha značajno variraju između različitih materijala. Na primjer, prah od legure titanijuma ima slabu tečnost i mora se održavati suvim tokom skladištenja i transporta. Aluminij u prahu lako se oksidira i obično zahtijeva rukovanje u inertnoj atmosferi. Prije 3D štampe, prašak se mora prethodno zagrijati ili prosijati kako bi se uklonile grudvice i osiguralo ravnomjerno širenje praha.

Izvršenje štampe je srž procesa, zasnovanog na principu "sloj-po-nanošenje slojeva." Nakon što se oprema uključi, zatvorena komora za 3D štampanje se prvo puni inertnim gasom (kao što je argon) kako bi se smanjila koncentracija kiseonika na izuzetno nizak nivo, sprečavajući oksidaciju metala na visokim temperaturama. Uređaj za posipanje praha zatim ravnomjerno nanosi sloj metalnog praha na radni sto. Laserski ili elektronski snop visoke{6}}e energije selektivno skenira površinu praha na osnovu podataka o rezovima za trenutni sloj. Gdje god udari laserski snop, prah trenutno apsorbira energiju, topi se u rastopljeni bazen. Nakon hlađenja, stvrdne se u metalni sloj koji odgovara obliku poprečnog -presjeka sloja. Nakon što se sloj odštampa, radni sto se spušta tačno na debljinu sloja, a uređaj za{11}}nalaganje praha nanosi novi sloj praha. Proces topljenja i očvršćavanja se ponavlja sve dok se svi isječeni slojevi ne talože, na kraju formirajući trodimenzionalni blank koji odgovara digitalnom modelu. Tokom procesa 3D štampanja, oprema prati parametre kao što su snaga lasera, brzina skeniranja i temperatura komore u realnom vremenu, automatski prilagođavajući sva odstupanja kako bi se osigurao kvalitet svakog sloja.

Nakon 3D štampanja, praznina nije spremna za trenutnu upotrebu i mora proći niz koraka naknadne{1}}obrade. Prvo se mora ukloniti neotopljeni prah koji se prilijepio na površinu blanka. Ovaj prah se zatim može prosijati i ponovo koristiti. Potporne strukture dodane tokom 3D štampanja uklanjaju se mehaničkim rezanjem ili elektrohemijskim jetkanjem kako bi se izbjeglo oštećenje samog dijela. Nakon toga, većina dijelova zahtijeva toplinsku obradu. Kontrolom temperature zagrijavanja i brzine hlađenja eliminišu se unutrašnja naprezanja koja nastaju tokom štampe i poboljšavaju se mehanička svojstva materijala. Na primjer, tretman starenjem može povećati čvrstoću nekih legura za preko 30%. Dijelovi koji zahtijevaju visoku površinsku preciznost zahtijevaju brušenje, poliranje ili drugu preciznu mašinsku obradu kako bi se postigla hrapavost površine koja zadovoljava standard dizajna. Neki specijalizovani delovi takođe mogu zahtevati ispitivanje penetrantima ili mehaničko ispitivanje kako bi se osiguralo da nemaju unutrašnjih defekata i da ispunjavaju standarde performansi.

Cijeli ciklus procesa metalne 3D štampe 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, štampanje dijelova od legure visoke{3}} temperature zahtijeva veću snagu lasera i temperature predgrijavanja, dok dijelovi od legure titanijuma imaju strožije zahtjeve za čistoću inertnog plina. Ova sistematska kontrola procesa omogućava 3D štampanje metala da postigne složene strukture koje je teško postići tradicionalnim metodama, istovremeno osiguravajući da mehanička svojstva dijelova ispunjavaju zahtjeve praktične primjene, pružajući fleksibilno i efikasno proizvodno rješenje za proizvodnu industriju.