3D金属印刷 - 它如何工作？

图像信用：sspopov / shutterstock.com

3D打印已经超过大多数人认为 - 第一个3D印刷品是在1981年由Hideo Kodama制作的。但3D打印从那时起，它的速度很长，打印在分辨率下面的分辨率低至二百毫米。3D打印是一种创新的制作方法：使用计算机软件详细地眼化三维物体，数据被发送到3D打印机，打印机会产生它。几乎所有消费者打印机只能在塑料中打印，但这不会真实。

今天的金属制造工艺涉及大量的能量和大量的废物：在一些产品的制造中，达到90％的使用金属被切除。这涉及过度使用能量以及金属，除了使成品比需要的程度高达60％，后者在航空工业中是一个昂贵的障碍。

相比之下，3D打印使用的材料几乎和实际物体一样多，浪费几乎为零。但这一切直到现在才被计算在内，因为3D打印机只能在塑料中工作的巨大限制因素。但现在，世界各地的几家公司正在设计3D打印机，打印金属而不是塑料。

它是如何工作的?

传统的打印机通过熔化塑料然后沉积塑料来工作，但显然金属的熔点对于这种过程来说太高了。

所以金属印刷公司创造了几种不同的方法。其中只有两个被广泛使用。第一个称为粘合剂喷射。粘合剂喷射是作为其他金属印刷技术的材料有效的十倍以上。

粘结剂喷射

以下是粘合喷射打印过程中涉及的步骤：

• 建造室充满惰性气体，如氩气，以防止金属氧化
• 一层金属粉末在约20至50微米的厚度下涂布，随着流动性质而变化，粒度宽度和金属颗粒的形状欧洲杯猜球平台
• 一种聚合物化合物现在被自动喷涂在金属的特定区域，对应于组件的3D轮廓，以创建一个层
• 现在重复该过程以创建另一个图层，依此类推，直到对象完成
• 在过滤和刷新后收集过量的粉末，并用添加的未使用粉末刷新
• 使用多种技术之一与构建室分离部件，并且执行任何所需的后处理
• 打印组件的精度通常在±0.1 mm以内

一旦构建完成并且物体与构建板隔开，它就是一个“绿色”3D印刷金属物体，其机械强度和高孔隙率高。这是以两种方式之一进行处理：

烧结:它被放置在使用传统加热元件和微波技术的熔炉中，将物体加热到1400摄氏度。它被加热到刚好低于金属的熔点，但远高于聚合物的熔点。聚合物点燃并燃烧掉，在一个被称为“烧结”的过程中，高热量结合金属分子来填充微观孔。这使得97%的孔隙被填满。

浸润：它放入炉中以烧坏粘合剂，这将其留下约60％作为空隙。然后用青铜渗透以填充燃烧的聚合物产生的空隙，使其更强烈，更少多孔（孔减少90％）。

收缩是粘合剂喷射3D金属印刷的问题，不仅可以影响最终产品尺寸的准确性，而且因为它发生在炉子的高温下，可能导致由于金属软化而导致翘曲和变形。通过初始设计和通过机器的熟练操作来补偿。

选择性激光熔化

另一个主要技术是选择性激光熔化，或SLM。它与粘合剂喷射有点不同：

• 建造室充满了惰性气体
• 地板上撒了一层薄薄的金属粉末
• 激光器用于将粉末融合在一起，因为它在物体的横截面积中扫描粉末，以产生一个固体层的物体
• 该平台向下移动50至200微米，并使用重涂器涂抹第二层金属粉末
• 激光扫描并熔化该层中的金属，以通过一层构建成分
• 重复直到对象完成
• 用新鲜粉末收集过滤和混合物的过滤和混合物以进行再利用

由于SLM实际上是将金属熔化在一起形成物体，因此不需要加热和烧结过程。最终产品具有更高的机械强度，这意味着这是选择部件的方法，如金属疲劳，断裂伸长率和弹性模量是关键的机械性能。

金属粉末在这两种技术中都可以重复使用，将浪费降到5%以下。

几乎所有金属打印机的操作参数都由制造商设置 - 除了发送文件的文件并等待，用户真的不多。大多数金属打印机的层高度为20至50微米，或大约一半的人头发的宽度。

图片致谢:MarinaGrigorivna / shutterstock.com

为什么要使用支撑结构?

由于非常高的加工温度，SLM金属印刷中始终需要支撑结构，并且通常使用晶格图案建造。支撑结构由打印机添加的碎片组成，以支持主对象，并防止由于它冷却而扭曲。

支持结构的作用在这种类型的3D打印中至关重要，因为它们不仅为每层提供平台，而且防止在高温下翘曲。它们将部件连接到构建板上，并在安全方向上抽出热量以更快地冷却，并以受控的方式冷却。

这些部件通常是成角度，以减少翘曲的几率，并在关键方向上提高部件的强度，但是这再次推动金属和支持要求以及所花费的时间，因此，出于所有这些原因，成本。

另一个解决翘曲问题的方法是使用随机模式来扫描金属，这样就不会有一个方向的残余应力积累。

后期处理

一旦一个金属3D组件已经建成，构建室通常被移除，打印部分从构建平台上取下，并通过压缩空气喷射或介质爆破器清理多余的粉末。这需要很少的时间，并给予一个一致的完成质量的印刷对象。

我能做吗？

金属对塑料强度，高熔点和灵活性有很多好处只是其中的一些。但3D印刷一直昂贵，金属印刷是最高级的，价格高达80万美元。这项技术并非针对消费者 - 至少尚未。所有创建可行金属打印选项的公司都专注于企业的原型。所以，如果你希望3D打印自己定制的Darth Vader头盔，你就业，Pal。Or maybe not - you can’t print pure metal with an ordinary printer, but several companies are offering filament made of a blend of metal and plastic - enough plastic so that an ordinary 3D printer can melt it, but enough metal to give it the “metal” look and feel.

结论

金属印刷是一种基于现有技术的相对较新的技术。它被证明在原型过程中非常宝贵，但其高成本是防止其广泛使用的因素。其他限制因素包括对小规模的相对缺乏准确性，以及零件成本高。但是，我们可以期待，随着技术的进步，这将逐步解决。总之，这是一个值得等待的好事。

来源

1. https://www.3dhubs.com/knowledge-base/introduction-binder-jetting-3d-printing.
2. https://www.3dhubs.com/knowledge-base/introduction-sla-3d-printing
3. https://all3dp.com/will-desktop-metals-3d-printer-revolutionize-manufacturing/
4. https://formlabs.com/blog/what-is-selective-laser-sinterering/
5. https://www.3dhubs.com/knowledge-base/introduction-metal-3d-printing.
6. https://3dprinting.com/metal/
7. https://all3dp.com/1/3d-metal-3d-printer-metal-3d-printing/
8. https://all3dp.com/digital-metal-releases-worlds-first-high-precision-metal-3d-printer/

免责声明：这里表达的观点是提交人的私人能力表达的意见，不一定代表Azom.com限量T / A Azonetwork的观点，这是本网站的所有者和运营商。此免责声明构成了部分条款和条件使用本网站。