ทำให้โลหะผสมไทเทเนียมแข็งแกร่งขึ้น - เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะกระแสหลักห้าประการ

ในปัจจุบัน ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะที่มีข้อดีของการผลิตระยะสั้น การผลิตตามความต้องการ และการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วกำลังทำให้สิ่งที่เป็นไปไม่ได้มากมายเป็นไปได้

ปัจจุบัน มีเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะกระแสหลักห้าเทคโนโลยีในตลาด ได้แก่ การเผาแบบเลือกด้วยเลเซอร์ (SLS), การขึ้นรูปโลหะด้วยอนุภาคนาโน (NPJ), การหลอมแบบเลือกด้วยเลเซอร์ (SLM), การหลอมด้วยเลเซอร์ใกล้รูปร่างตาข่าย (LENS) และการหลอมแบบเลือกลำแสงอิเล็กตรอน ( EBSM) เทคโนโลยี ด้านล่างนี้ฉันจะแนะนำพื้นฐาน

หลักการทำงานของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะทั้งห้านี้

หลักการทำงาน: ชั้นของวัสดุผงจะถูกวางบนโต๊ะทำงานล่วงหน้า และเลเซอร์จะเผาส่วนที่เป็นของแข็งของผงภายใต้การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ตามข้อมูลรูปร่างของอินเทอร์เฟซ จากนั้นจะหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องและซ้อนกันทีละชั้นเพื่อสร้างรูปแบบ

วิธี SLS ใช้เลเซอร์อินฟราเรดเป็นพลังงาน และวัสดุการสร้างแบบจำลองที่ใช้ส่วนใหญ่เป็นวัสดุที่เป็นผง ในระหว่างการประมวลผล ผงจะถูกอุ่นก่อนที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวเล็กน้อย จากนั้นผงจะแบนภายใต้การกระทำของแท่งแบน ลำแสงเลเซอร์จะถูกเผาแบบคัดเลือกตามข้อมูลหน้าตัดของชั้นภายใต้การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ และชั้นถัดไปจะถูกเผาหลังจากชั้นหนึ่งเสร็จสมบูรณ์ และวงจรนี้จะถูกทำซ้ำ ทีละชั้น จนกระทั่งส่วนสามมิติเกิดขึ้น ในที่สุด ผงที่ยังไม่เผาจะถูกรีไซเคิลลงในกระบอกผงและนำส่วนที่ขึ้นรูปออกมา

เนื่องจากวิธีการขึ้นรูปนี้มีลักษณะของกระบวนการผลิตที่เรียบง่าย มีความยืดหยุ่นสูง การเลือกใช้วัสดุที่หลากหลาย ราคาวัสดุราคาถูก ต้นทุนต่ำ อัตราการใช้วัสดุสูง และความเร็วในการขึ้นรูปที่รวดเร็ว โดยส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมการหล่อและสามารถนำมาใช้ได้ เพื่อสร้างแม่พิมพ์ที่รวดเร็วโดยตรง

หลักการทำงาน: ขั้นแรก โลหะจะถูกโหลดลงในเครื่องพิมพ์ 3D ในรูปของของเหลว และของเหลวที่มีอนุภาคนาโนของโลหะจะถูกใช้สำหรับการฉีดขึ้นรูประหว่างการพิมพ์ จากนั้นของเหลวส่วนเกินจะถูกระเหยโดยการให้ความร้อนเพื่อออกจากชิ้นส่วนโลหะ และสุดท้ายการขึ้นรูปจะเสร็จสิ้นโดยการเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำ

วิธีการขึ้นรูปนี้สามารถใช้หัวพิมพ์อิงค์เจ็ทธรรมดาเป็นเครื่องมือได้ และโครงสร้างรองรับสามารถละลายและนำออกได้ด้วยเทคโนโลยีพิเศษโดยไม่มีแรงภายนอก เนื่องจากมันถูกละลายออกไป จึงสามารถเติมเข้าไปได้อย่างไม่สิ้นสุดในทางทฤษฎี ทำให้นักออกแบบมีอิสระมากขึ้น นอกเหนือจากวัสดุโลหะแล้ว ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเซรามิกยังขยายการประยุกต์ใช้กับทันตกรรม การแพทย์ และสาขาอุตสาหกรรมเฉพาะอีกด้วย

หลักการทำงาน: ใช้ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงเพื่อละลายผงโลหะผสมบนหน้าตัดสองมิติหลังจากหั่นแบบจำลองสามมิติแล้ว และพิมพ์โครงสร้างที่ซับซ้อนและชิ้นส่วนโลหะที่มีความหนาแน่นเกือบ 100% ทีละชั้นจาก จากล่างขึ้นบน

เทคโนโลยี SLM ส่วนใหญ่ใช้ซอฟต์แวร์สามมิติ CAD เพื่อออกแบบแบบจำลองสามมิติและส่งออกเป็นรูปแบบไฟล์ที่ซอฟต์แวร์การแบ่งส่วนสามารถรับรู้ได้ ตัดโมเดลสามมิติและเพิ่มการรองรับและการประมวลผลเลเยอร์เพื่อให้ได้ข้อมูลรูปร่างหน้าตัดของโมเดลสามมิติ ใช้ซอฟต์แวร์วางแผนเส้นทางเพื่อสแกนข้อมูลรูปร่าง นำเข้าข้อมูลที่วางแผนเส้นทางลงในอุปกรณ์ SLM และคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมจะควบคุมการเลือกลำแสงเลเซอร์ตามเส้นทางการสแกนของแต่ละชั้นของรูปร่างเพื่อละลายผงโลหะผสมทีละชั้น และซ้อนกันทีละชั้นจนกลายเป็นชิ้นส่วนโลหะสามมิติที่มีความหนาแน่นสูง

ข้อดีของเทคโนโลยี SLM คือการใช้วัสดุสูง ความแม่นยำด้านมิติสูงของชิ้นส่วนโลหะที่ผลิต และการออกแบบฟรี ข้อจำกัดคือต้นทุนส่วนประกอบอุปกรณ์ที่สูง ไม่สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ได้จำนวนมาก และมาตรฐานที่ไม่สอดคล้องกันสำหรับผงโลหะผสมที่จำเป็นสำหรับการแปรรูป ดังนั้น SLM จึงถูกใช้เป็นหลักในการบินและอวกาศ ชีวการแพทย์ และสาขาอื่นๆ และเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนโลหะมีค่าและแปรรูปยาก เช่น โลหะผสมไทเทเนียมและโลหะผสมนิกเกิล

หลักการทำงาน: คอมพิวเตอร์จะแบ่งแบบจำลอง CAD สามมิติของชิ้นส่วนเป็นชั้น ๆ เพื่อให้ได้ข้อมูลรูปร่างระนาบสองมิติของชิ้นส่วน และแปลงข้อมูลรูปร่างให้เป็นวิถีการเคลื่อนที่ของโต๊ะทำงาน CNC ในเวลาเดียวกัน ผงโลหะจะถูกป้อนเข้าไปในพื้นที่โฟกัสด้วยเลเซอร์ด้วยความเร็วการจ่ายผงที่แน่นอน และจะละลายและแข็งตัวอย่างรวดเร็ว ในที่สุดชิ้นส่วนโลหะรูปร่างใกล้ตาข่ายสามมิติก็ถูกสร้างขึ้นผ่านการซ้อนทับของจุด เส้น และพื้นผิว

LENS สามารถผลิตชิ้นส่วนโลหะแบบไร้แม่พิมพ์ได้ ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปนั้นมีเนื้อเยื่อหนาแน่น มีลักษณะการหลอมละลายอย่างรวดเร็วอย่างเห็นได้ชัด มีคุณสมบัติทางกลสูง และสามารถตระหนักถึงการผลิตชิ้นส่วนวัสดุที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันและการไล่ระดับ และการแปรรูปชิ้นส่วนโลหะที่มีความแข็งแรงสูง เช่น โลหะผสมไทเทเนียม

หลักการทำงาน: ขั้นแรก โมเดล CAD สามมิติของชิ้นส่วนจะถูกหั่นเป็นชั้นๆ และข้อมูลที่แยกออกมาจะถูกป้อนเข้าสู่ระบบการขึ้นรูป หลังจากการอุ่นเครื่องในระบบการขึ้นรูป ลำแสงอิเล็กตรอนจะละลายผงที่วางไว้ล่วงหน้าบนโต๊ะทำงานตามข้อมูล CAD ของชิ้นส่วน หลังจากเสร็จสิ้นการประมวลผลหนึ่งชั้น โต๊ะทำงานจะลดลงตามความหนาหนึ่งชั้น จากนั้นผงชั้นถัดไปจะถูกวางและละลาย ในขณะเดียวกันชั้นที่ละลายใหม่จะหลอมรวมกับชั้นก่อนหน้า กระบวนการนี้ซ้ำแล้วซ้ำอีก ทีละชั้น และชิ้นส่วนสามมิติก็ถูกสร้างขึ้นโดยตรง

เทคโนโลยี EBDM มีข้อดีคือ ความเร็วในการประมวลผลที่รวดเร็ว การใช้พลังงานสูง มลภาวะสูญญากาศต่ำ ความเค้นตกค้างของส่วนประกอบต่ำ และไม่มีการสะท้อนกลับ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขึ้นรูปโดยตรงของวัสดุโลหะที่ออกฤทธิ์ ทนไฟ และเปราะ และมีแนวโน้มในวงกว้างในด้านการบินและอวกาศ ชีวการแพทย์ แม่พิมพ์ยานยนต์ และสาขาอื่นๆ