Druk 3D jest szeroko stosowany do szybkiego prototypowania i dostosowywania małych partii części. Termin „druk 3D” jest synonimem wytwarzania addytywnego i ujawnia sposób wytwarzania części: poprzez wzrost w podstawowych materiałach powstaje kształt modelu 3D. Innymi słowy, drukarki 3D wykorzystują materiały takie jak filamenty, żywica lub proszek i sklejają ze sobą przekroje poprzeczne do budowy części 3D.
W ostatnich latach druk 3D z metalu przyciągnął powszechną uwagę mediów. Te metalowe części są coraz częściej wykorzystywane jako kluczowe komponenty do komponentów silników lotniczych, implantów medycznych i innych imponujących zastosowań. Jednak w rzeczywistości większość drukarek 3D to w rzeczywistości części plastikowe, a nie metalowe. Więc dlaczego jest różnica?
Dziś wydawca Xianji.com przedstawi Wam różnice między drukiem 3D z metalu a drukiem 3D z tworzyw sztucznych oraz w jaki sposób te różnice prowadzą do wykorzystania drukowania z metalu w wysoce wyspecjalizowanych zastosowaniach oraz wykorzystania druku 3D z tworzyw sztucznych w innych obszarach.
Względy materiałowe i kosztowe
Druk metalowy, taki jak bezpośrednie spiekanie laserowe metalu (DMLS), wykorzystuje jako surowce sproszkowane stopy metali. Jak wspomniano wcześniej, ponieważ produkty drukowane DMLS są wykorzystywane w wysoce specjalistycznych scenariuszach, takich jak samoloty czy sprzęt medyczny, materiały muszą spełniać wysokie standardy jakości.
Jest to w przeciwieństwie do plastikowych materiałów do drukowania 3D, które generalnie mają niższe standardy identyfikowalności i jakości, ponieważ te wydruki są wykorzystywane bardziej do prototypowania niż do produkcji.
Koszt materiałów do druku 3D z tworzyw sztucznych i metalu jest również bardzo różny. Proszek metalowy używany do drukowania 3D z metalu jest wagowo droższy niż kęsy stalowe używane do obróbki i oczywiście droższe niż tworzywa sztuczne. Proszek metalowy jest drogi, ponieważ jest wytwarzany w procesie zwanym atomizacją gazową. W tym procesie ciekły metal jest rozpylany przez naddźwiękowy rozpylony gaz i schładzany do mikrokulek.
Koszt druku 3D tworzyw sztucznych w dużej mierze zależy od maszyny i surowców, ale większość standardowych materiałów, takich jak ABS, nylon i wiele polimerów żywicznych, jest znacznie tańszych niż metale. Ze względu na niską cenę tworzywa sztuczne są szeroko dostępne z różnych konkurencyjnych źródeł. W przeciwieństwie do tego, istnieje bardzo niewielu producentów materiałów do drukowania 3D z metalu, a większość proszków metali jest produkowana tylko przez kilka firm.
Środowisko produkcyjne: kontrolowane i otwarte
Drukarka 3D jest zwykle uważana za małą maszynę biurkową, wielkości kuchenki mikrofalowej i może wytwarzać części na zewnątrz. Tak jest w przypadku stacjonarnych drukarek 3D, w których materiał nie zmienia się znacząco pod wpływem tlenu. Jednak metale łatwo ulegają korozji lub utlenianiu. Jednak mikrosfery stosowane w druku 3D metalu mają dużą powierzchnię i niewielką ilość materiału. Przedwczesne utlenianie wpłynie na zdolność materiału do stapiania i spowoduje, że drukowane części staną się kruche.
Oznacza to, że metalowe drukarki 3D są nieuchronnie bardziej skomplikowane niż drukarki plastikowe. Wymaga zamkniętego, hermetycznego obszaru i specjalnych metod przechowywania, przesiewania i recyklingu nieskrzepniętego proszku bez wystawiania go na działanie powietrza. Aby zapobiec problemom z jakością, metalowe drukarki 3D zwykle przechowują materiały w obojętnym środowisku. Na przykład azot jest powszechnie stosowany do stali, podczas gdy argon jest powszechnie stosowany do stopów aluminium i tytanu. Gaz ten jest zwykle uzupełniany przy pustym zbiorniku. Azot można również oddzielić od powietrza za pomocą generatora azotu. Proszek metalowy jest zwykle pakowany w metalową komorę w kształcie butelki z blokadą powietrzną zawór dla łatwego demontażu i wymiany.
Wymagania cieplne i konstrukcja nośna
Druk 3D z metalu wykorzystuje lasery do generowania wystarczającej ilości ciepła do selektywnego łączenia proszków metali w celu utworzenia całkowicie gęstej części. Podczas korzystania z DMLS do tworzenia małych mikrospoin na każdej warstwie wymagany jest laser o dużej mocy. Stopienie metalu wymaga dużej ilości ciepła. Temperatura topnienia miękkich metali wynosi 600°C, a twardszych metali powyżej 1000°C.
Plastikowy druk 3D musi stopić swoje podłoże, ale większość temperatur topnienia wynosi od 100°C do 200°C. Ze względu na niższą temperaturę topnienia plastikowe drukarki są bardziej przyjazne dla konsumentów i biznesu, umożliwiając hobbystom i firmom szybkie tworzenie prototypów. Głowica wytłaczarki wielkości pięści jest przykładem plastikowej drukarki 3D, która musi stopić filament z plastikowej szpuli, aby uzyskać kształt.
Platforma DMLS wymaga lasera, który kosztuje dziesiątki tysięcy dolarów, a także urządzeń peryferyjnych, takich jak chłodnica cieczy, aby zapobiec przegrzaniu. W porównaniu z opcją drukarki z tworzywa sztucznego, cała infrastruktura wymagana przez drukarkę DMLS stanowi wyższą barierę wejścia na rynek.
W drukarce 3D wzrost temperatury spowoduje również wzrost ciśnienia wewnątrz części. W przypadku większości procesów, gdy materiał jest nakładany w celu uformowania części, potrzebna jest konstrukcja wspierająca, aby utrzymać część w miejscu, i zostanie ona usunięta po wydrukowaniu. Struktura nośna druku jest niezbędna do tworzenia takich elementów, jak drapowanie, w przypadku których materiał musi „unosić się” od spodu części.
Metalowa konstrukcja wsporcza do drukowania 3D jest wykonana z tego samego metalu co część i musi mieć wystarczającą wytrzymałość, aby utrzymać część podczas procesu produkcyjnego. Naprężenie powstałe w metalowej części drukowanej w 3D może być wystarczająco duże, aby przeniknąć przez metalową konstrukcję nośną, a inne materiały mogą być wymagane do utrzymania przedmiotu obrabianego w miejscu. W rzeczywistości wiele metalowych części nie jest usuwanych z podstawy nośnej, dopóki nie zostaną wyżarzone, aby zapobiec wypaczeniu.
Wymagania dotyczące przetwarzania końcowego
Oprócz zastosowania pieca do obróbki cieplnej w celu wyeliminowania naprężeń związanych z drukowaniem na metalu, metalowa konstrukcja nośna musi zostać usunięta po zakończeniu drukowania. W przypadku tworzyw sztucznych jest to czasami łatwe, wystarczy umieścić go w płynnej kąpieli, aby rozpuścić rozpuszczalny materiał podporowy. W najgorszym przypadku do mocowania materiału podporowego można użyć szczypiec i wykrojników.
Jednak w przypadku drukowania 3D z metalu przetwarzanie końcowe wymaga narzędzi, takich jak piły taśmowe, centra obróbcze, a nawet iskry elektryczne. Z tego powodu posiadanie lub używanie metalowej drukarki 3D oznacza, że może być konieczne posiadanie lub możliwość wejścia do warsztatu CNC. Plastik nie wymaga prawie takiego samego sprzętu ani wiedzy specjalistycznej jak metal. Tysiącom konsumentów i firm łatwiej jest posiadać i używać drukarek plastikowych, ponieważ wymagania dotyczące przetwarzania końcowego są znacznie prostsze i nie jest wymagana wiedza ani sprzęt do przetwarzania.
na zakończenie
Mówiąc najprościej, drukowanie 3D na metalu jest trudniejsze niż drukowanie 3D na plastiku. Druk 3D z metalu, taki jak DMLS, wymaga profesjonalnej wiedzy, w szczególności wiedzy na temat sterowania przetwarzaniem, wymagań maszynowych, wymaganej energii i sprzętu wtórnego do obróbki końcowej. Ale ta dodatkowa złożoność jest zwykle tego warta, ponieważ DMLS może tworzyć bardzo złożone figury geometryczne z materiałów takich jak stal nierdzewna, aluminium, tytan i Inconel. Metal ma zwykle rzędy wielkości wyższą wydajność niż plastik, a dzięki swobodzie projektowania, jaką daje druk 3D, DMLS może budować niesamowite części.
Link do tego artykułu: Jaka jest trudność drukowania 3D z metalu?
Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！
