Od nástupu technologie 3D tisku byla postupně aplikována na výrobu skutečných produktů. Mezi nimi je vývoj technologie 3D tisku pro kovové materiály obzvláště rychlý. V oblasti národní obrany přikládají vyspělé země v Evropě a Spojených státech velký význam rozvoji kovového 3D tisku a investují obrovské peníze do výzkumu. 3D tisk kovových dílů byl vždy středem zájmu výzkumu a aplikací. Nejen, že dokáže tisknout formy a jízdní kola, dokáže také tisknout bezprecedentní nové zbraně a dokonce dokáže tisknout velké vybavení, jako jsou auta a letadla. Kovový 3D tisk jako nový typ inteligentní výrobní technologie ukázal velmi širokou perspektivu uplatnění a prokázal silnou vývojovou dynamiku ve více oblastech, jako je design a výroba zařízení, podpora zařízení a letecký průmysl.
Kovové funkce 3D tisku
1) Vysoká přesnost. V současnosti lze přesnost kovového 3D tiskového zařízení v zásadě řídit pod 0,05 mm.
2) Cyklus je krátký. Kovový 3D tisk nevyžaduje výrobní proces forem, což značně zkracuje dobu výroby modelu. Obecně lze model vytisknout během několika hodin nebo dokonce desítek minut.
3) Může být přizpůsoben. Kovový 3D tisk nemá žádné omezení na počet vytištěných modelů, bez ohledu na to, že jeden nebo více lze vyrobit za stejnou cenu.
4) Rozmanitost materiálů. Kovový 3D tiskový systém může často realizovat tisk různých materiálů a rozmanitost tohoto materiálu může vyhovět potřebám různých oborů.
5) Cena je relativně nízká. Přestože jsou kovové 3D tiskové systémy a kovové materiály pro 3D tisk nyní relativně drahé, pokud se používají k výrobě personalizovaných produktů, jsou výrobní náklady relativně nízké.
Technologie 3D tisku kovů
Jako nejmodernější a nejpotenciálnější technologie v celém systému 3D tisku je technologie 3D tisku kovových dílů důležitým směrem vývoje pokročilé výrobní technologie. S rozvojem vědy a techniky a potřebami popularizace a aplikace se přímá výroba kovových funkčních dílů rychlým prototypováním stala hlavním vývojovým směrem rychlého prototypování. V současné době mezi metody rychlého prototypování, které lze použít k přímé výrobě kovových funkčních dílů, patří zejména: selektivní laserové tavení (SLM), selektivní tavení elektronovým paprskem (EBSM), laserem upravené tvarování sítě (LENS) )wait.
Selektivní laserové tavení (SLM)
SLM je důležitou součástí oboru kovového 3D tisku. Jeho vývojový proces prošel fázemi, jako je spékání nekovového prášku s nízkou teplotou tání, slinování potaženého prášku s vysokou teplotou tání s nízkou teplotou tání a přímé tání prášku s vysokou teplotou tání. Texaská univerzita v Austinu poprvé požádala o patent v roce 1986 a úspěšně vyvinula první SLM zařízení v roce 1988. Využívá jemně zaostřené místo k rychlému roztavení do předem nastaveného práškového materiálu o velikosti 30-51 μm a dokáže téměř přímo získat jakýkoli tvar. Stejně jako funkční díly s kompletním metalurgickým pospojováním. Hustota může dosáhnout téměř 100 procent, rozměrová přesnost může dosáhnout 20-50 μm a drsnost povrchu může dosáhnout 20-30 μm. Jedná se o technologii rychlého prototypování s velkou perspektivou rozvoje.
Formovací materiály SLM jsou většinou jednosložkové kovové prášky, včetně austenitické nerezové oceli, slitin na bázi niklu, slitin na bázi titanu, slitin kobaltu a chrómu a drahých kovů. Laserový paprsek rychle roztaví kovový prášek a získá kontinuální tavicí kanál, který může přímo získat téměř husté kovové díly téměř jakéhokoli tvaru, kompletní metalurgické spojení a vysokou přesnost. Jde o technologii 3D tisku kovových dílů s velkou perspektivou rozvoje. Rozsah jeho použití byl rozšířen na letecký průmysl, mikroelektroniku, lékařské ošetření, šperky a další průmyslová odvětví.
V procesu SLM existuje více než 50 ovlivňujících faktorů a existuje šest kategorií, které mají důležitý vliv na formovací efekt: vlastnosti materiálu, systémy laserových a optických drah, skenovací prvky, formovací atmosféra, geometrické vlastnosti formování a faktory zařízení. V současné době se výzkumníci doma i v zahraničí zabývají především procesním výzkumem a aplikačním výzkumem výše uvedených faktorů za účelem řešení defektů v procesu lisování a zlepšení kvality lisovaných dílů. Z hlediska procesního výzkumu patří mezi důležité procesní parametry v procesu SLM tváření výkon laseru, rychlost skenování, tloušťka vrstvy prášku, skenovací vzdálenost a strategie skenování atd. Kombinací různých parametrů procesu lze optimalizovat kvalitu tváření.
Hlavními defekty v procesu tváření SLM jsou sféroidizace a deformace deformace. Sferoidizace je nedostatečné natavení horní a spodní vrstvy během procesu formování. Vlivem povrchového napětí se roztavené kapičky rychle kutálejí do kulovitého tvaru, což má za následek sferoidizaci. Aby se zabránilo sferoidizaci, měla by být vstupní energie přiměřeně zvýšena. Deformace deformace je způsobena tepelným namáháním v procesu tváření SLM přesahujícím pevnost materiálu, což má za následek plastickou deformaci. Vzhledem k obtížnosti měření zbytkového napětí je současný výzkum deformačních deformací procesu SLM prováděn především metodou konečných prvků a následně je spolehlivost výsledků simulace ověřena experimenty. Základní princip technologie SLM je: nejprve použijte Pro/e, UG, CATIA a další 3D modelovací software k návrhu 3D objemového modelu součásti na počítači a poté rozřezejte a navrstvěte 3D model pomocí řezacího softwaru, abyste získali obrysová data každé sekce, dráha skenování výplně je generována z obrysových dat a zařízení bude řídit laserový paprsek tak, aby selektivně roztavil kovové práškové materiály každé vrstvy podle těchto plnicích skenovacích čar a postupně je naskládal do trojrozměrných kovové části.