Tecnulugia di stampa 3D appartene à tecnulugia di prototipazione rapida. Differenti da a fabricazione sottrattiva tradiziunale, a tecnulugia di stampa 3D hè chjamata tecnulugia di fabricazione additiva. A fabricazione di pezzi tradiziunali generalmente richiede arnesi è stampi, è hè difficiule di trasfurmà e parti cù forme cumplesse è superfici irregolari. A tecnulugia di stampa 3D usa i mezi muderni cum'è l'urdinatori, i laser è u CNC per creà un schedariu di mudellu 3D di a parte da esse processata in l'urdinatore. Dopu chì u mudellu hè custruitu, hè impurtatu in u software di slicing per stabilisce i paràmetri di trasfurmazioni, cum'è a velocità di trasfurmazioni, l'altitudine di a capa, etc. Dopu chì i paràmetri sò cumpletati, hè impurtatu in l'impresora 3D. A stampante piglia i paràmetri di trasfurmazioni è rializeghja a trasfurmazioni di l'ughjettu stampendu u materiale strattu per stratu. I materiali utilizati in a tecnulugia di stampa 3D ordinariu sò generalmente resine, PLA, plastica ABS, etc., mentri i materiali utilizati in a tecnulugia di stampa 3D metallica sò metalli o materiali di lega. Sicondu i diversi prucessi di stampa 3D di metalli, pò esse divisu apprussimatamente in tecnulugia di sinterizzazione laser selettiva (SLS), tecnulugia di fusione laser selettiva (SLM), tecnulugia di fusione selettiva di fasciu d'elettroni (EBSM), tecnulugia di modellazione laser near-net (LENS). Tecnulugia di sinterizzazione laser diretta di metalli (DMLS) è altre tecnulugia novi. A tecnulugia di stampa 3D di metallu hè stata largamente usata in parechji campi cum'è a fabricazione di precisione, l'aerospaziale è l'equipaggiu medicale per via di a so capacità di processà e parti di ogni forma.

Cù u sviluppu di a sucetà è l'avanzamentu cuntinuu di a scienza è a tecnulugia, a tecnulugia di stampa 3D di metallu hà occupatu rapidamente una pusizione impurtante in l'industria di a fabricazione di metalli cù u so altu tassu d'utilizazione di materiale, u ciculu di fabricazione cortu è una alta flessibilità. A tecnulugia di stampa 3D di metallu pò stampà alcune parti metalliche chjuche, cumplesse è d'alta precisione, cusì sta tecnulugia ghjoca un rolu chjave in a migliurà a qualità è l'efficienza di tutta a produzzione industriale, migliurà u statutu attuale di a fabricazione di parti metalliche, furnisce più pussibulità in u prucessu di manifattura parti di metallu, è prumove u sviluppu di l 'industria manifattura metallu.

1 Applicazione di a tecnulugia di stampa 3D di metallu

Attualmente, e tecnulugii di stampa 3D di metallo mainstream aduprate direttamente in u mercatu per a fabricazione di parti metalliche sò: sinterizzazione laser selettiva (SLS), fusione laser selettiva (SLM), sinterizzazione laser diretta di metalli (DMLS), laser vicino a forma di rete (LENS), e fusione selettiva di fasci di elettroni (EBSM).

1.1 Tecnulugia di sinterizzazione laser selettiva (SLS).

A tecnulugia di sinterizzazione laser selettiva (SLS) hè a prima tecnulugia di stampa 3D in metallo. U mecanismu metallurgicu utilizatu hè u mecanismu di sinterizazione in fase liquida. U materiale utilizatu hè un polveru mistu di metallu à puntu di fusione altu è di metallo à puntu di fusione bassu o materiale polimeru. Duranti u prucessu di fusione, u polu di metallu di puntu di fusione bassu o di polimeru si fonde, mentre chì u polu di metallu di puntu di fusione altu ùn si funna micca è mantene u so core di fase solida cum'è metallu strutturale. U materiale fusu agisce cum'è un metallu di ligame è genera una fase liquida durante u prucessu di fusione per copre, bagnà è ligà u metallu solidu per ottene a densificazione di sinterizzazione. U dispusitivu di prucessu tutale hè custituitu di dui parti: un cilindru di polvera è un cilindru di forma. Durante u funziunamentu, u cilindru di polvera à a manca si alza una strata, è dopu u rullu di polvera si sparghje una strata di polvera uniformemente in u cilindru di forma. U fasciu laser cuntrullatu da l'urdinatore scansa a polvera secondu u mudellu di fette, in modu chì u polveru di metallu righjunghji u puntu di fusione è a sinterizzazione per compie una strata di a parte. Dopu à u cumpletu, u cilindru di muffa scende una strata, è u rullu di polvera sparghjerà una strata uniforme di polvera in u cilindru di forma di novu per sinterisce a capa successiva. Stu prucessu hè ripetutu per compie a produzzione di tutta a parte.

Caratteristiche di a sinterizzazione laser selettiva: Vantaggi: (1) Una varietà di materiali pò esse usata. Includendu materiali polimeri, polveri metalliche, polveri ceramiche, polveri di nylon, etc., cù una forte selettività. (2) Nisun supportu hè necessariu. Perchè u polveru unsintered pò sustene a strata suspesa generata durante u prucessu di stampa. (3) Altu tassu d'utilizazione di materiale. Nisun supportu hè necessariu durante u prucessu di stampa, è u prezzu di u materiale hè bassu. I svantaghji includenu: (1) Superficie rugosa. A superficia di u prototipu fabbricatu da u prucessu SLS hè pulverizatu è ligatu, è hè in forma di particeddi in polvere, cusì a qualità di a superficia ùn hè micca alta. (2) Ci hè un odore durante u prucessu. Questu hè chì i materiali polimeri o particelle di polvere emettenu un odore durante a sinterizzazione.

1.2 Tecnulugia Selective Laser Melting (SLM).

A tecnulugia di fusione laser selettiva (SLM) hè sviluppata nantu à a basa di SLS. U so principiu basi hè simile à SLS. Prima, u software di modellazione 3D di l'urdinatore hè utilizatu per custruisce u mudellu, dopu u software di slice hè utilizatu per aghjustà i paràmetri è ottene e dati di ogni strata, è dopu l'urdinatore cuntrola u fasciu laser per scansà è fonde strati per strati per furmà stratu per stratu. Semu devi esse nutatu chì per impediscenu u metale di reagisce cù altri gasi à alta temperatura, u prucessu SLM deve esse realizatu sottu gas inerte. A cuntrariu di u prucessu SLS, u prucessu SLM esige chì u polu di metallu sia funnu cumpletamente è poi rinfriscatu per forma, cusì un laser di densità d'alta putenza hè necessariu per scansà u polu.

Funzioni di a fusione laser selettiva: Vantaghji: (1) A polvera hè cumpletamente fusa durante a trasfurmazioni è ùn hè micca necessariu materiale di ligame. Dunque, a precisione è e proprietà meccaniche di e parti furmate da u trasfurmazioni sò megliu cà quelli furmati da SLS. (2) Alta densità. U diametru di u locu di u fasciu laser hè bellu è a densità hè vicinu à 100%, chì hè quasi uguali à a metallurgia. (3) Si pò fà simpricimenti è direttamente parti di metallu cù formi cumplessi. I svantaghji includenu: (1) Equipamentu caru è operazione cumplessa. I prufessiunali sò obligati à operare. (2) Post-trattamentu cumplessu. U prucessu SLM hè bisognu di l'aghjunzione di supporti, è i pezzi stampati anu da esse post-processatu per sguassà i supporti.

1.3 Tecnulugia di fusione selettiva di fasci di elettroni (EBSM).

I dui parti più impurtanti di l'equipaggiu EBSM includenu u cannone elettronicu è a camera di vacuum. U cannone elettronicu include un anodu, un catodu, una griglia, un filamentu, una bobina di deviazione è una bobina di focusing. A camera di vacuum include un spargitore di polvera, un pistone è una scatula di almacenamento di polvera. U principiu di travagliu hè chì u filamentu à a cima di u cannone elettronicu (di solitu un filamentu di tungstenu) genera un gran numaru di elettroni caldi nantu à a so superficia in cundizioni d'alta temperatura è li emette à traversu u cathode. Ci hè un picculu pirtusu à a cima di a reta. A pusizione relativa cù u catodu pò cuntrullà a quantità di fasciu elettroni chì passa. Sutta l'accelerazione di l'anodu, ottene una energia cinetica assai alta, chì pò esse accelerata à circa a mità à un terzu di a velocità di a luce. U fasciu di l'elettroni hè focu annantu à a bobina di focalizazione è poi entra in a bobina di deviazione. U fasciu di l'elettroni pò esse deviatu da a bobina di deflessione è a polvera hè scannata selettivamente sottu u cuntrollu di l'urdinatore. U polveru hè postu in a scatula di almacenamento di polvera. Durante u funziunamentu, una strata di polvera hè spargugliata uniformemente nantu à u lettu di polvera da u spargitore di polvera. U lettu di pulveru hè preriscaldatu da un fasciu elettronicu di bassa energia è scanning-vitezza per mantene a temperatura sottu à u puntu di fusione di u polu di metallu. Allora, una energia più alta è una velocità di scanning sò aduprate per funnu a polvera. Quandu u fasciu di l'elettroni scontra cù u polu di metallu, a so energia cinetica hè cunvertita in energia di calore per fonde u polveru di metallu. Dopu à compie una strata di scanning, u pistone scende da una strata, è u spargitore di polvera sparghje u polveru di novu per precalentà è fonde a nova capa di polvera. Stu prucessu hè ripetutu finu à chì a parte metallica hè completamente formata. Si deve esse nutatu chì u prucessu EBSM deve esse realizatu in cundizioni di vacuum. Dopu chì a parte hè fatta, u dispusitivu deve esse spustatu in l'equipaggiu di post-processing per caccià u polveru circundante soffiendu gasu cumpressu per ottene a stampa finale, è a polvera restante pò esse reutilizata.

Caratteristiche di a fusione selettiva di u fasciu di elettroni: Vantaghji: (1) A tecnulugia EBSM hà una alta temperatura di preriscaldamentu in cundizioni di vacuum, chì ponu fonde metalli à puntu di fusione elevatu, riduce a cuncentrazione di stress termicu, è evite a curvatura è a deformazione di e parti stampate. (2) Nisun supportu hè necessariu durante u prucessu di mudificazione. U polveru unsintered hè utilizatu com'è supportu, è dopu chì a pruduzzione hè finita, solu u polu deve esse sbulicatu. Svantaghji: (1) Fenomenu di "soffiatura di polvere". U polveru spargugliatu nantu à u lettu di polveru da u spargitore di polveri abbanduneghja a pusizioni pre-laid sottu l'azzione di u fasciu di l'elettroni. U mutivu di questu hè chì u fasciu di l'elettroni pruvucarà a polvera cun conductività povira per portà l'elettricità statica, è a forza repulsiva di l'elettricità statica pruvuca a polvera à colapsà. (2) U fenomenu di "spheroidization". Si riferisce à u metallu chì ùn hè micca funnu cumpletamente è formanu un gruppu di boli di metallu separati l'una di l'altru. (3) L'equipaggiu deve esse cumpletu in cundizioni di vacuum, cù alti costi di mantenimentu, è i raghji gamma seranu generati durante u prucessu di depositu di u fasciu d'elettroni, chì pò causà fuga è contamina l'ambiente.

1.4 Tecnulugia Laser Near Net Shape (LENS).

Sta tecnulugia hè statu introduttu prima da Sandia National Laboratory in i Stati Uniti in l'ultimu seculu. Stu prucessu combina a tecnulugia di cladding laser cù a tecnulugia di sinterizzazione laser selettiva (SLS). Aduprà un metudu d'alimentazione di polvere coaxial per furmà una piscina fusa cù u laser. A polvera in a piscina fusa si fonde è si solidifica per ottene a produzzione di pezzi.

Caratteristiche di u laser vicinu à a forma di a reta: Vantaghji: (1) A tecnulugia LENS usa a fusione è a solidificazione rapida di metalli, è e parti ottenute da u modellu anu una densità alta è boni proprietà meccaniche. (2) Nisun muffa hè necessariu, chì risparmia i costi è pò realizà a trasfurmazioni di materiali eterogenei. Svantaghji: (1) A qualità di a superficia di e parti stampate ùn hè micca alta, a superficia hè ruvida, u stress termicu hè grande durante u prucessu di mudificazione, è i cracke sò faciuli. (2) U gas protettivu hè necessariu durante u prucessu di mudificazione. À u listessu tempu, per via di l'usu di polvera di lega di titaniu, u costu hè relativamente altu.

1.5 Tecnulugia di sinterizzazione laser diretta di metalli (DMLS).

A tecnulugia DMLS hè una branca di a tecnulugia SLS. Cuminciò à piglià forma in l'anni 1990. A tecnulugia DMLS usa direttamente polvere di metallu per a sinterizzazione. A diferenza da a tecnulugia SLM hè chì a tecnulugia SLM richiede chì u polu di metallu sia funnu cumpletamente, mentri DMLS hà solu bisognu di ottene a sinterizzazione.

Caratteristiche di a sinterizzazione laser diretta di metallu: Vantaghji: (1) E parti metalliche ponu esse sinterizzate direttamente (2) Una varietà di materiali pò esse usata. Per esempiu, l'acciaio inossidabile, a basa di cobalt, a basa di nickel, etc. (3) U travagliu furmatu da u processu hà una struttura densa è una alta forza di ligame. Disadvantages: (1) Fenomenu di "Spheroidization". (2) Facile à sinterisce è deforma, è a densità ùn hè micca alta.

1.6 Nuvelle Tecnulugie

Per esempiu, a fabricazione additiva di l'arcu elettricu (WAAM), a furmazione di nanoparticulate jet metal (NPJ) è a cunsulidazione ultrasonica (UAM), etc., sti tecnulugia anu un grande spaziu per u sviluppu in u futuru.

2 Perspettivi di sviluppu di a tecnulugia di stampa 3D di metallu

2.1 Espansione di i campi di applicazione

Oghje, a stampa 3D di metallu ùn hè più limitata à i campi di trasfurmazioni è di fabricazione di muffa meccanica, ma pò ancu esse appiicata à altri campi. Pò esse appiicata à u campu aerospaziale. A tecnulugia di stampa 3D di metallu pò esse aduprata per rimpiazzà alcune parti dannighjate, evitendu cusì a rimpiazzamentu altu costu di tutta a macchina è allargendu a so vita di serviziu. Pò ancu stampà cumpunenti chjave di l'aviò. Per esempiu, in nuvembre 2018, u supportu di u mutore stampatu 3D di metallu sviluppatu da GE hè statu appruvatu per l'usu in a fabricazione di l'aeronautica [7]. Pò esse appiicatu à u campu di l'educazione è l'insignamentu. A stampa 3D di metallu pò esse usata cum'è strumentu d'insignamentu per guidà i studienti à capisce sta tecnulugia. Puderà ancu stampà mudelli di insegnamentu per guidà i studienti per capiscenu u mudellu più intuitivamente è migliurà a qualità di l'insignamentu. Pò esse appiicatu à u campu di l'automobile. In u 2017, u caliper di frenu stampatu da Volkswagen hà passatu i testi prufessiunali è scontri i scopi di u pesu minimu è a forza più altu. Pò esse ancu usatu per riparà e parti di l'automobile. Inoltre, pò ancu esse usatu in u campu medico. A lega di titaniu hè u materiale più cumunimenti utilizatu per implants dentali. U metudu tradiziunale di fabricazione ùn hè micca solu caru, ma ancu unicu in grandezza è ùn pò micca esse persunalizatu. Avà pò esse direttamente utilizatu scannendu a bocca di u paziente, stabiliscenu un mudellu di implant dentale è poi stampendu direttamente cù a tecnulugia di sinterizzazione di metalli, chì riduce assai u costu è i passi di trasfurmazioni. Ci sò ancu e aree di applicazione potenziale, cum'è fà alcuni mobili di casa, ghjoculi è mudelli d'animazione.

2.2 Materiale di stampatore è specializazione di materiale

A tecnulugia di stampa 3D di metallu hè in i so primi stadi, cù un equipamentu di stampa pocu è imperfettu, è u so sviluppu hè in un collu di buttiglia. Se sta situazione deve esse migliurata, hè necessariu di creà un equipamentu costu-efficace è cuntinuà à espansione u mecanismu di stampa. Per esempiu, hè necessariu di fà una ricerca approfondita nantu à i meccanismi di stampa 3D di metalli, cum'è a stampa parallela, stampa multi-materiale, stampa multi-bozza, stampa di grande pezzi, è stampa cuntinuu, è applicà à a fabricazione di produttu basatu annantu à questu. . E limitazioni di i materiali di stampa limitanu ancu u sviluppu di a stampa 3D di metallu à una certa misura. In quantu à i materiali di stampa, deve esse pussibule di stampà diversi materiali è stampà diversi materiali per diversi posti. Per esempiu, i materiali di cobalt pò esse usatu in turbine di gas; materiali di nichel pò esse usatu in camere di combustione; metalli preziosi pò ièssiri usatu in integrazione dispusitivu ilittronica, oltri ca comu qualchi materiali di metallu refrattari comu tungstenu. I novi metudi di stampa è a stampa di novi materiali metallichi seranu i punti di ricerca è fucalizza in u futuru, cù u scopu di migliurà a qualità è a pruduzzione di a stampa 3D di metallu per scuntrà a produzzione in diverse scenarii è cundizioni.