3D çap texnologiyası məxsusdur sürətli prototipləmə texnologiyası. Ənənəvi subtractive istehsaldan fərqli olaraq, 3D çap texnologiyası adlanır əlavə istehsal texnologiyası. Ənənəvi hissələrin istehsalı ümumiyyətlə alətlər və qəliblər tələb edir və mürəkkəb formaları və qeyri-bərabər səthləri olan hissələri emal etmək çətindir. 3D çap texnologiyası kompüterdə emal ediləcək hissənin 3D model faylını yaratmaq üçün kompüterlər, lazerlər və CNC kimi müasir vasitələrdən istifadə edir. Model qurulduqdan sonra emal sürəti, təbəqənin hündürlüyü və s. kimi emal parametrlərini təyin etmək üçün dilimləmə proqramına idxal edilir. Parametrlər tamamlandıqdan sonra o, 3D printerə idxal olunur. Printer emal parametrlərini götürür və materialı təbəqə-lay çap edərək obyektin işlənməsini həyata keçirir. Adi 3D çap texnologiyasında istifadə olunan materiallar ümumiyyətlə qatranlar, PLA, ABS plastikləri və s., metal 3D çap texnologiyasında istifadə olunan materiallar isə metallar və ya ərinti materiallarıdır. Müxtəlif metal 3D çap proseslərinə görə, o, təxminən selektiv lazer sinterləmə texnologiyasına (SLS), selektiv lazer ərimə texnologiyasına (SLM), elektron şüa selektiv ərimə texnologiyasına (EBSM), şəbəkəyə yaxın lazer formalaşdırma texnologiyasına (LENS) bölünə bilər. birbaşa metal lazer sinterləmə texnologiyası (DMLS) və digər yeni texnologiyalar. Metal 3D çap texnologiyası istənilən formanın hissələrini emal etmək qabiliyyətinə görə dəqiq istehsal, aerokosmik və tibbi avadanlıq kimi bir çox sahələrdə geniş istifadə edilmişdir.

Cəmiyyətin inkişafı və elm və texnologiyanın davamlı inkişafı ilə metal 3D çap texnologiyası yüksək materialdan istifadə nisbəti, qısa istehsal dövrü və yüksək çevikliyi ilə tez bir zamanda metal istehsalı sənayesində əhəmiyyətli bir mövqe tutdu. Metal 3D çap texnologiyası bəzi kiçik, mürəkkəb və yüksək dəqiqlikli metal hissələri çap edə bilər, buna görə də bu texnologiya bütün sənaye istehsalının keyfiyyətinin və səmərəliliyinin yaxşılaşdırılmasında, metal hissələrin istehsalının hazırkı vəziyyətinin yaxşılaşdırılmasında əsas rol oynayır və daha çox imkanlar təmin edir. metal hissələrin istehsalı prosesi və metal istehsalı sənayesinin inkişafını təşviq etmək.

1 Metal 3D çap texnologiyasının tətbiqi

Hal-hazırda metal hissələrin istehsalı üçün bazarda birbaşa istifadə olunan əsas metal 3D çap texnologiyaları bunlardır: selektiv lazer sinterləmə (SLS), seçici lazer əriməsi (SLM), birbaşa metal lazer sinterləmə (DMLS), şəbəkəyə yaxın lazer (LENS)və elektron şüa selektiv ərimə (EBSM).

1.1 Selektiv lazer sinterləmə (SLS) texnologiyası

Selektiv lazer sinterləmə (SLS) texnologiyası ən erkən metal 3D çap texnologiyasıdır. İstifadə olunan metallurgiya mexanizmi maye fazalı sinterləmə mexanizmidir. İstifadə olunan material yüksək ərimə nöqtəli metal və aşağı ərimə nöqtəli metal və ya polimer materialdan ibarət qarışıq tozdur. Ərimə prosesi zamanı aşağı ərimə nöqtəli metal və ya polimer material tozu əriyir, yüksək ərimə nöqtəli metal tozu isə ərimir və struktur metal kimi bərk faza nüvəsini saxlayır. Ərinmiş material birləşdirici metal rolunu oynayır və ərimə prosesi zamanı bərk metalı örtmək, islatmaq və sinterləmə sıxlığına nail olmaq üçün birləşdirmək üçün maye faza yaradır. Bütün proses cihazı iki hissədən ibarətdir: bir toz silindr və bir qəlibləmə silindr. Əməliyyat zamanı solda olan toz silindr bir qat yüksəlir, sonra toz rulonu qəlibləmə silindrinə bərabər şəkildə bir toz qatını yayır. Kompüter tərəfindən idarə olunan lazer şüası tozu dilimlənmiş modelə görə skan edir, beləliklə metal toz ərimə nöqtəsinə çatır və hissənin bir təbəqəsini tamamlamaq üçün sinterlənir. Bitirdikdən sonra qəlibləmə silindri bir təbəqə düşür və toz rulonu növbəti təbəqəni sinterləmək üçün yenidən qəlibləmə silindrində vahid bir toz qatını yayacaqdır. Bütün hissənin istehsalını başa çatdırmaq üçün bu proses təkrarlanır.

Selektiv lazer sinterləmənin xüsusiyyətləri: Üstünlüklər: (1) Müxtəlif materiallardan istifadə etmək olar. Güclü seçiciliyə malik polimer materiallar, metal tozları, keramika tozları, neylon tozları və s. (2) Heç bir dəstək tələb olunmur. Çünki sinterlənməmiş toz çap prosesi zamanı yaranan asma təbəqəni dəstəkləyə bilər. (3) Materialdan yüksək istifadə dərəcəsi. Çap prosesində heç bir dəstək tələb olunmur və materialın qiyməti aşağıdır. Dezavantajlara aşağıdakılar daxildir: (1) Kobud səth. SLS prosesi ilə istehsal edilən prototipin səthi toz və yapışdırılır və toz hissəcikləri şəklində olduğu üçün səth keyfiyyəti yüksək deyil. (2) Proses zamanı bir qoxu var. Bunun səbəbi, polimer materialların və ya toz hissəciklərinin sinterləmə zamanı bir qoxu yaymasıdır.

1.2 Selektiv Lazer Ərimə (SLM) Texnologiyası

SLS əsasında selektiv lazer ərimə (SLM) texnologiyası hazırlanmışdır. Onun əsas prinsipi SLS-ə bənzəyir. Əvvəlcə kompüterin 3D modelləşdirmə proqramı modeli qurmaq üçün istifadə olunur, sonra dilim proqramı parametrləri tənzimləmək və hər bir təbəqənin məlumatlarını əldə etmək üçün istifadə olunur və sonra kompüter lazer şüasını skan etmək və təbəqə yaratmaq üçün təbəqəni əritmək üçün idarə edir. qat-qat. Qeyd etmək lazımdır ki, metalın yüksək temperaturda digər qazlarla reaksiyaya girməsinin qarşısını almaq üçün SLM prosesini inert qaz altında aparmaq lazımdır. SLS prosesindən fərqli olaraq, SLM prosesi metal tozunun tamamilə əridilməsini və sonra əmələ gəlməsi üçün soyudulmasını tələb edir, buna görə də tozu skan etmək üçün yüksək güclü sıxlıqlı lazer tələb olunur.

Selektiv lazer əriməsinin xüsusiyyətləri: Üstünlüklər: (1) Toz emal zamanı tamamilə əriyir və heç bir yapışdırıcı material tələb olunmur. Buna görə də emal nəticəsində əmələ gələn hissələrin dəqiqliyi və mexaniki xüsusiyyətləri SLS ilə əmələ gələnlərdən daha yaxşıdır. (2) Yüksək sıxlıq. Lazer şüasının ləkə diametri incədir və sıxlığı 100%-ə yaxındır ki, bu da demək olar ki, metallurgiyaya bərabərdir. (3) O, sadə və birbaşa mürəkkəb formalı metal hissələri istehsal edə bilər. Dezavantajlara aşağıdakılar daxildir: (1) Bahalı avadanlıq və mürəkkəb əməliyyat. İşləmək üçün peşəkarlar tələb olunur. (2) Kompleks sonrakı emal. SLM prosesi dayaqların əlavə edilməsini tələb edir və dayaqların çıxarılması üçün qəliblənmiş hissələrin sonrakı emal edilməsi lazımdır.

1.3 Elektron şüa selektiv ərimə (EBSM) texnologiyası

EBSM avadanlığının ən vacib iki hissəsinə elektron silah və vakuum kamerası daxildir. Elektron silaha bir anod, bir katod, bir şəbəkə, bir filament, bir əyilmə bobini və bir fokus sarğı daxildir. Vakuum kamerasına toz yayıcı, piston və toz saxlama qutusu daxildir. İş prinsipi ondan ibarətdir ki, elektron silahın yuxarı hissəsindəki filament (adətən volfram filamenti) yüksək temperatur şəraitində səthində çoxlu sayda isti elektron əmələ gətirir və onları katod vasitəsilə yayır. Şəbəkənin yuxarı hissəsində kiçik bir çuxur var. Katodla nisbi mövqe keçən elektron şüasının miqdarını idarə edə bilər. Anodun sürətləndirilməsi altında o, işıq sürətinin təxminən yarısından üçdə birinə qədər sürətləndirilə bilən çox yüksək kinetik enerji əldə edir. Elektron şüası fokuslanma sarğı tərəfindən fokuslanır və sonra əyilmə bobininə daxil olur. Elektron şüası əyilmə sarğısı ilə yönləndirilə bilər və toz kompüterin nəzarəti altında seçici şəkildə skan edilir. Toz toz saxlama qutusuna yerləşdirilir. Əməliyyat zamanı toz səpən bir qat toz yatağına bərabər şəkildə yayılır. Toz yatağı temperaturu metal tozunun ərimə nöqtəsindən aşağı saxlamaq üçün aşağı enerjili, aşağı skan sürətli elektron şüası ilə əvvəlcədən qızdırılır. Sonra tozu əritmək üçün daha yüksək enerji və tarama sürətindən istifadə edilir. Elektron şüası metal tozu ilə toqquşduqda onun kinetik enerjisi metal tozunu əritmək üçün istilik enerjisinə çevrilir. Tarama qatını tamamladıqdan sonra porşen bir qat aşağı enir və toz yayıcı yeni toz qatını əvvəlcədən qızdırmaq və əritmək üçün tozu yenidən yayır. Bu proses metal hissə tam formalaşana qədər təkrarlanır. Qeyd etmək lazımdır ki, EBSM prosesi vakuum şəraitində həyata keçirilməlidir. Hissə hazırlandıqdan sonra, son çapı əldə etmək üçün sıxılmış qazı üfürməklə ətrafdakı tozu çıxarmaq üçün cihazı post-emal avadanlığına köçürmək lazımdır və qalan toz yenidən istifadə edilə bilər.

Elektron şüalarının seçici əriməsinin xüsusiyyətləri: Üstünlüklər: (1) EBSM texnologiyası yüksək ərimə nöqtəsi olan metalları əridə bilən, termal stres konsentrasiyasını azalda bilən və qəliblənmiş hissələrin əyilmə və deformasiyasının qarşısını alan vakuum şəraitində yüksək əvvəlcədən qızdırma temperaturuna malikdir. (2) Kalıplama prosesində heç bir dəstək tələb olunmur. Dəstək kimi sinterlənməmiş toz istifadə olunur və istehsal başa çatdıqdan sonra yalnız tozu üfürmək lazımdır. Dezavantajlar: (1) "Toz üfürmə" fenomeni. Toz yayıcı tərəfindən toz yatağına yayılan toz elektron şüasının təsiri altında əvvəlcədən qoyulmuş vəziyyəti tərk edir. Bunun səbəbi elektron şüasının keçiriciliyi zəif olan tozun statik elektrik daşımasına səbəb olması və statik elektrikin itələmə qüvvəsinin tozun dağılmasına səbəb olmasıdır. (2) "Sferoidləşmə" fenomeni. Bu, metalın tamamilə əriməməsinə və bir-birindən ayrılmış bir qrup metal top meydana gəlməsinə aiddir. (3) Avadanlıq vakuum şəraitində, yüksək texniki xidmət xərcləri ilə tamamlanmalıdır və elektron şüalarının yerləşdirilməsi prosesi zamanı qamma şüaları yaranacaq ki, bu da sızmaya və ətraf mühiti çirkləndirə bilər.

1.4 Lazer Near Net Shape (LENS) Texnologiyası

Bu texnologiya ilk dəfə ötən əsrdə ABŞ-da Sandia Milli Laboratoriyası tərəfindən təqdim edilib. Bu proses lazer örtük texnologiyasını selektiv lazer sinterləmə (SLS) texnologiyası ilə birləşdirir. Lazerlə ərimiş hovuz yaratmaq üçün koaksial toz qidalandırma metodundan istifadə edir. Ərinmiş hovuzdakı toz əriyir və hissələrin istehsalına nail olmaq üçün bərkiyir.

Şəbəkə formasına yaxın lazerin xüsusiyyətləri: Üstünlüklər: (1) LENS texnologiyası metalın sürətli əriməsi və bərkiməsindən istifadə edir və qəlibləmə ilə əldə edilən hissələr yüksək sıxlığa və yaxşı mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir. (2) Xərclərə qənaət edən və heterojen materialların emalını həyata keçirə bilən heç bir qəlib tələb olunmur. Dezavantajları: (1) Qəliblənmiş hissələrin səth keyfiyyəti yüksək deyil, səth kobuddur, qəlibləmə prosesində istilik gərginliyi böyükdür və çatlar asanlıqla baş verir. (2) Kalıplama prosesi zamanı qoruyucu qaz tələb olunur. Eyni zamanda, titan ərintisi tozunun istifadəsi səbəbindən, dəyəri nisbətən yüksəkdir.

1.5 Birbaşa Metal Lazer Sinterləmə (DMLS) Texnologiyası

DMLS texnologiyası SLS texnologiyasının bir qoludur. 1990-cı illərdə formalaşmağa başladı. DMLS texnologiyası sinterləmə üçün birbaşa metal tozundan istifadə edir. SLM texnologiyasından fərq ondan ibarətdir ki, SLM texnologiyası metal tozunun tamamilə əridilməsini tələb edir, DMLS isə yalnız sinterləşdirməyə nail olmalıdır.

Birbaşa metalın lazerlə sinterlənməsinin xüsusiyyətləri: Üstünlüklər: (1) Metal hissələri birbaşa sinterlənə bilər (2) Müxtəlif materiallardan istifadə edilə bilər. Məsələn, paslanmayan polad, kobalt əsaslı, nikel əsaslı və s. (3) emal nəticəsində əmələ gələn iş parçası sıx bir quruluşa və yüksək yapışma gücünə malikdir. Dezavantajlar: (1) "Sferoidləşmə" fenomeni. (2) Sinterləşmək və deformasiya etmək asandır və sıxlıq yüksək deyil.

1.6 Yeni Texnologiyalar

Məsələn, elektrik qövs aşqarlarının istehsalı (WAAM), nanohissəciklərin reaktiv metal formalaşması (NPJ) və ultrasəs konsolidasiyası (UAM) və s., bu texnologiyaların gələcəkdə inkişafı üçün böyük imkanlar var.

2 Metal 3D çap texnologiyasının inkişaf perspektivləri

2.1 Tətbiq sahələrinin genişləndirilməsi

Bu gün metal 3D çapı artıq mexaniki qəlib emalı və istehsalı sahələri ilə məhdudlaşmır, digər sahələrə də tətbiq oluna bilər. Aerokosmik sahəyə tətbiq oluna bilər. Metal 3D çap texnologiyası bəzi zədələnmiş hissələri əvəz etmək üçün istifadə edilə bilər və bununla da bütün maşının yüksək xərclə dəyişdirilməsinin qarşısını almaq və xidmət müddətini uzatmaq olar. O, həmçinin təyyarənin əsas komponentlərini çap edə bilər. Məsələn, 2018-ci ilin noyabrında GE tərəfindən hazırlanmış metal 3D çap edilmiş mühərrik braketi təyyarə istehsalında istifadə üçün təsdiq edilmişdir[7]. Təhsil və tədris sahəsinə tətbiq oluna bilər. Metal 3D çap, tələbələrə bu texnologiyanı başa düşmək üçün bir tədris vasitəsi kimi istifadə edilə bilər. O, həmçinin tələbələri modeli daha intuitiv başa düşməyə və tədrisin keyfiyyətini yaxşılaşdırmağa istiqamətləndirmək üçün tədris modellərini çap edə bilər. Avtomobil sahəsinə tətbiq oluna bilər. 2017-ci ildə Volkswagen tərəfindən çap edilmiş əyləc kaliperi peşəkar sınaqlardan keçdi və minimum çəki və ən yüksək güc hədəflərinə cavab verdi. Avtomobil hissələrinin təmiri üçün də istifadə edilə bilər. Bundan əlavə, tibb sahəsində də istifadə edilə bilər. Titan ərintisi diş implantları üçün ən çox istifadə olunan materialdır. Ənənəvi istehsal üsulu yalnız bahalı deyil, həm də tək ölçüdədir və fərdiləşdirilə bilməz. İndi o, xəstənin ağzını skan etməklə, diş implantı modelini qurmaqla və sonra metal sinterləmə texnologiyasından istifadə edərək birbaşa çap etməklə birbaşa istifadə oluna bilər ki, bu da emal xərclərini və mərhələlərini xeyli azaldır. Bəzi ev əşyaları, oyuncaqlar və animasiya modelləri hazırlamaq kimi potensial tətbiq sahələri də var.

2.2 Printer avadanlıqları və materialların ixtisaslaşması

Metal 3D çap texnologiyası özünün ilkin mərhələlərindədir, az sayda və qeyri-kamil çap avadanlığı ilə inkişaf etməkdə çətinlik çəkir. Bu vəziyyəti yaxşılaşdırmaq lazımdırsa, qənaətcil avadanlıq yaratmaq və çap mexanizmini genişləndirməyə davam etmək lazımdır. Məsələn, paralel çap, çox materiallı çap, çoxlu ucluq çap, iri parça çap, fasiləsiz çap kimi metal 3D çap mexanizmləri üzərində dərin araşdırmalar aparmaq və bunun əsasında məhsul istehsalına tətbiq etmək lazımdır. . Çap materiallarının məhdudiyyətləri metal 3D çapın inkişafını da müəyyən dərəcədə məhdudlaşdırır. Çap materialları baxımından müxtəlif materialların çapı və müxtəlif yerlər üçün müxtəlif materialların çapı mümkün olmalıdır. Məsələn, kobalt materialları qaz turbinlərində istifadə edilə bilər; nikel materialları yanma kameralarında istifadə edilə bilər; qiymətli metallar elektron cihaz inteqrasiyasında, eləcə də volfram kimi bəzi odadavamlı metal materiallardan istifadə edilə bilər. Yeni çap üsulları və yeni metal materialların çapı müxtəlif ssenari və şəraitlərdə istehsala cavab vermək üçün metal 3D çapın keyfiyyətini və məhsuldarlığını yaxşılaşdırmaq məqsədi ilə gələcəkdə tədqiqat nöqtələri və diqqət mərkəzində olacaq.