Teknolojiya çapkirinê ya 3D ye teknolojiya prototyping bi lez. Ji hilberîna kevneşopî ya kevneşopî cuda ye, teknolojiya çapkirina 3D tê gotin teknolojiya hilberîna zêdeker. Çêkirina parçeyên kevneşopî bi gelemperî amûr û qalib hewce dike, û dijwar e ku meriv perçeyên bi şeklên tevlihev û rûberên nehevdeng were çêkirin. Teknolojiya çapkirina 3D rêgezên nûjen ên wekî komputer, lazer û CNC bikar tîne da ku pelek modela 3D ya beşa ku di komputerê de were hilanîn biafirîne. Piştî ku model hate çêkirin, ew di nav nermalava perçekirinê de tête danîn da ku pîvanên pêvajoyê, wekî leza pêvajoyê, bilindahiya qatê, hwd. Piştî ku mîheng qediyan, ew di çapera 3D de tê şandin. Çapker pîvanên pêvajoyê hildibijêre û bi çapkirina maddeyê qat bi qat pêvajokirina tiştê fêm dike. Materyalên ku di teknolojiya çapkirina 3D ya asayî de têne bikar anîn bi gelemperî rezîn, PLA, plastîkên ABS, hwd., Di heman demê de materyalên ku di teknolojiya çapkirina 3D-ya metal de têne bikar anîn metal an materyalên alloy in. Li gorî pêvajoyên cûda yên çapkirina 3D-ya metal, ew dikare bi hûrgulî li teknolojiya şînkirina lazerê ya bijartî (SLS), teknolojiya helandinê ya lazerê ya bijartî (SLM), teknolojiya helandinê ya bijartî ya tîrêjê elektronîkî (EBSM), teknolojiya şikilkirina lazer a nêzê torê (LENS) were dabeş kirin. teknolojiya sintering laser metal rasterast (DMLS) û teknolojiyên nû yên din. Teknolojiya çapkirina 3D ya Metal bi berfirehî di gelek warên wekî çêkirina rast, hewavanî, û alavên bijîjkî de ji ber şiyana wê ya ku pêvajokirina perçeyên her şeklê tê bikar anîn.

Bi pêşkeftina civakê û pêşkeftina domdar a zanist û teknolojiyê re, teknolojiya çapkirina 3D ya metal bi rêjeya xweya bilind a karanîna materyalê, çerxa hilberîna kurt, û nermbûna zêde zû di pîşesaziya hilberîna metal de cîhek girîng girtiye. Teknolojiya çapkirinê ya 3D ya metal dikare hin perçeyên metal ên piçûk, tevlihev û pêbawer çap bike, ji ber vê yekê ev teknolojî di baştirkirina kalîte û karbidestiya tevahiya hilberîna pîşesaziyê de, baştirkirina rewşa heyî ya çêkirina perçeyên metal, û peydakirina îmkanên bêtir di nav de rolek sereke dilîze. pêvajoya çêkirina parçeyên metal, û pêşvebirina pêşkeftina pîşesaziya hilberîna metal.

1 Serîlêdana teknolojiya çapkirina 3D ya metal

Heya nuha, teknolojiyên çapkirina 3D yên metal ên sereke ku rasterast li sûkê ji bo çêkirina perçeyên metal têne bikar anîn ev in: sinterkirina lazerê ya bijartî (SLS), helandina lazerê ya hilbijartî (SLM), sinterkirina rasterast a lazerê ya metal (DMLS), Laser nêzîkî şepêla torê (LENS), û helbijartina tîrêjên elektronîkî (EBSM).

1.1 Teknolojiya hilberandina lazer a hilbijartî (SLS).

Teknolojiya hilberandina lazer a hilbijartî (SLS) teknolojiya çapkirina 3D ya metal a pêşîn e. Mekanîzmaya metalurjîk a ku tê bikar anîn mekanîzmaya tevlihevkirina qonaxa şil e. Materyalên ku têne bikar anîn tozek tevlihev a ji metala xala helîna bilind û metal an materyalê polîmer a xala helînê ya nizm e. Di pêvajoya helandinê de, toza madeya metal an polîmer a niqteya helînê ya nizm dihele, dema ku toza metalê ya xala helînê ya bilind dişewite û bingeha qonaxa xwe ya zexm wekî metalek avahî digire. Matereya helkirî wekî metalek girêdanê tevdigere û di dema pêvajoya helandinê de qonaxek şil çêdike ku metala zexm veşêre, şil bike û girêbide da ku bigihîje dendika kelijandinê. Tevahiya cîhaza pêvajoyê ji du beşan pêk tê: silindirek toz û silindirek şilkirinê. Di dema xebatê de, silindirka tozê ya li milê çepê yek qatek bilind dibe, û dûv re jî pelika tozê di nav silindirê çêdike de qatek tozek yeksan belav dike. Tîrêja lazerê ya ku ji hêla komputerê ve tê kontrol kirin li gorî modela perçekirî tozê dişoxilîne, da ku toza metal digihîje xala helandinê û tevlihev dibe ku qatek perçeyê temam bike. Piştî ku qediya, silindirê şilkirinê yek qatek dadiqurtîne, û pêlava tozê dê dîsa qatek yekbûyî ya tozê di silindera şilkirinê de belav bike da ku qata din bişewitîne. Ev pêvajo tê dubare kirin ku hilberîna tevahiya beşê temam bike.

Taybetmendiyên sinterkirina lazerê ya bijartî: Awantaj: (1) Cûreyek materyal dikare were bikar anîn. Di nav wan de materyalên polîmer, tozên metal, tozên seramîk, tozên naylon, hwd., Bi hilbijartiyek xurt. (2) Piştgiriyek ne hewce ye. Ji ber ku toza bêserûber dikare di dema pêvajoya çapkirinê de pişika hilberandî piştgirî bike. (3) Rêjeya karanîna materyalê ya bilind. Di pêvajoya çapkirinê de piştgirî ne hewce ye, û bihayê materyalê kêm e. Kêmasî ev in: (1) Rûyê zirav. Rûyê prototîpa ku ji hêla pêvajoya SLS-ê ve hatî çêkirin toz û pêvekirî ye, û di forma perçeyên tozê de ye, ji ber vê yekê qalîteya rûkal ne zêde ye. (2) Di dema pêvajoyê de bîhnek heye. Ev e ji ber ku materyalên polîmer an perçeyên tozê dê di dema sinterkirinê de bîhnekê derxin.

1.2 Teknolojiya Melting Laser Hilbijartî (SLM).

Teknolojiya meltingê ya lazerê ya hilbijartî (SLM) li ser bingeha SLS-ê hatî pêşve xistin. Prensîba wê ya bingehîn mîna SLS ye. Pêşî, nermalava modela 3D ya komputerê ji bo avakirina modelê tê bikar anîn, dûv re nermalava perçeyê ji bo sererastkirina parametreyan û bidestxistina daneyên her qatê tê bikar anîn, û dûv re jî komputer tîrêjê lazerê kontrol dike da ku qat bi qat bişopîne û bihelîne da ku qat çêbike. qat bi qat. Pêdivî ye ku were zanîn ku ji bo ku metal di germahiya bilind de bi gazên din re reaksiyonê neke, pêdivî ye ku pêvajoya SLM di bin gaza bêhêz de were meşandin. Berevajî pêvajoya SLS, pêvajoya SLM hewce dike ku toza metal bi tevahî were helandin û dûv re were sar kirin da ku çêbibe, ji ber vê yekê lazerek tîrêjê ya bilind hewce ye ku tozê bişopîne.

Taybetmendiyên helandina lazerê ya bijartî: Awantaj: (1) Toz di dema pêvajoyê de bi tevahî dihele û ti materyalê girêdanê hewce nake. Ji ber vê yekê, rastbûn û taybetmendiyên mekanîkî yên parçeyên ku ji hêla pêvajoyê ve têne çêkirin ji yên ku ji hêla SLS ve têne çêkirin çêtir in. (2) Dendika bilind. Dirêjahiya tîrêjê ya lazerê baş e û dendika wê nêzî %100 e, ku hema hema bi metalurjiyê re wekhev e. (3) Ew dikare bi hêsanî û rasterast parçeyên metal ên bi şeklên tevlihev çêbike. Kêmasî ev in: (1) Amûrên biha û operasyona tevlihev. Profesyonel hewce ne ku kar bikin. (2) Pêvajoya paşîn a tevlihev. Pêvajoya SLM hewceyê lêzêdekirina piştgirîyan dike, û pêdivî ye ku parçeyên çêkirî werin paş-pêvajo kirin da ku piştgirîyan jêbirin.

1.3 Teknolojiya helbijartina helbijartina tîrêjê elektron (EBSM).

Du beşên herî girîng ên alavên EBSM çeka elektronîkî û odeya valahiya hene. Çeka elektronê anodek, katod, şebek, fîlament, kulmek veqetandinê, û kulîlkek baldar vedihewîne. Odeya valahiyê belavkerek tozê, pistonek û qutiyek hilanîna tozê vedigire. Prensîba xebatê ev e ku fîlamenta li jora çeka elektronê (bi gelemperî fîlamentek tungstenê) di bin şert û mercên germahiya bilind de hejmareke mezin elektronên germ li ser rûyê xwe çêdike û wan bi katodê diweşîne. Li serê torê qulikek piçûk heye. Helwesta têkildar a bi katodê re dikare mîqdara tîrêja elektronê ya ku tê de derbas dibe kontrol bike. Di bin lezbûna anodê de, ew enerjiyek kînetîk a pir bilind distîne, ku dikare bi qasî nîv heta sê parek leza ronahiyê were lezandin. Tîrêja elektronê ji hêla kulika balansê ve tê balkişandin û dûv re dikeve kulika defleksiyonê. Tîrêja elektronê dikare ji hêla kulikê veqetandinê ve were veguheztin û toz bi rengek bijartî di bin kontrola komputerê de tê şopandin. Toz di qutiya depokirina tozê de tê danîn. Di dema xebatê de, qatek toz ji hêla belavkerê tozê ve li ser nivîna tozê bi rengek wekhev tê belav kirin. Nivîna tozê ji hêla tîrêjek elektronîkî ya kêm-enerjî, bi leza şopandinê ve tê germ kirin da ku germahî li binê xala helînê ya toza metal bimîne. Dûv re, enerjiyek bilind û leza şopandinê ji bo helandina tozê tê bikar anîn. Dema ku tîrêja elektronê bi toza metalê re li hev dikeve, enerjiya wê ya kînetîk vediguhere enerjiya germahiyê ku toza metal bihelîne. Piştî qedandina qatek şopandinê, piston bi yek qatek dadikeve, û belavkerê tozê dîsa tozê belav dike da ku berê germ bike û qata toza nû bihelîne. Ev pêvajo tê dubare kirin heya ku beşa metal bi tevahî çêbibe. Divê were zanîn ku pêvajoya EBSM hewce ye ku di bin şert û mercên valahiyê de were meşandin. Piştî ku beş tê çêkirin, pêdivî ye ku amûr were guheztin nav alavên paş-pêvajoyê da ku toza derdorê bi fîşa gaza pêçandî ji holê rake da ku çapa paşîn bistîne, û toza mayî dikare ji nû ve were bikar anîn.

Taybetmendiyên helbijartina tîrêjê elektronîkî: Avantaj: (1) Teknolojiya EBSM di bin şert û mercên valahiyê de xwedan germahiyek pêş-germkirinê ya bilind e, ku dikare metalên xala helandinê ya bilind bihelîne, giraniya stresa termal kêm bike, û ji çewisandin û guheztina perçeyên şilandî dûr bixe. (2) Di dema pêvajoya şilkirinê de piştgirî ne hewce ye. Toza nesînterkirî wekî piştgirî tê bikar anîn, û piştî ku hilberandin qediya, tenê pêdivî ye ku toz were avêtin. Kêmasî: (1) Diyardeya "teqandina tozê". Toza ku li ser nivîna tozê ji hêla belavkerê tozê ve hatî belav kirin di binê çalakiya tîrêjê elektronîkî de pozîsyona pêş-sazkirî dihêle. Sedema vê yekê ew e ku tîrêja elektronê dibe sedem ku toza bi rêgeziya nebaş elektrîka statîk hilgire, û hêza vegerê ya elektrîka statîk dibe sedema hilweşîna toza. (2) Diyardeya “Spheroidization”. Ew tê wê wateyê ku metal bi tevahî nayê helandin û komek topên metal ên ji hev veqetandî pêk tê. (3) Pêdivî ye ku amûr di bin şert û mercên valahiyê de, bi lêçûnên lêçûnên bilind, were qedandin, û tîrêjên gamma dê di pêvajoya hilweşandina tîrêjê elektronîkî de werin hilberandin, ku dibe ku bibe sedema lehiyê û jîngehê qirêj bike.

1.4 Teknolojiya Laser Nêzîkî Teşeya Torê (LENS).

Ev teknolojî yekem car ji hêla Sandia National Laboratory li Dewletên Yekbûyî di sedsala borî de hate destnîşan kirin. Ev pêvajo teknolojiya pêlava lazerê bi teknolojiya hilberandina lazerê ya bijartî (SLS) re dike yek. Ew rêbazek xwarina toza hevoksîal bikar tîne da ku bi lazerê hewzek şilandî çêbike. Toza di hewza şilandî de dihele û hişk dibe ku hilberîna parçeyan bi dest bixe.

Taybetmendiyên lazerê yên nêzî şeklê torê: Avantajên: (1) Teknolojiya LENS helandina metal û hişkbûna bilez bikar tîne, û beşên ku bi şeklê têne wergirtin xwedan tîrêjek bilind û taybetmendiyên mekanîkî yên baş in. (2) Ne qalibek hewce ye, ku lêçûn xilas dike û dikare hilberandina materyalên heterojen pêk bîne. Kêmasî: (1) Qalîteya rûberê ya parçeyên çêkirî ne zêde ye, rûerd zirav e, stresa termalê di dema pêvajoya şilkirinê de mezin e, û şikestin bi hêsanî çêdibin. (2) Gaza parastinê di dema pêvajoyê de pêdivî ye. Di heman demê de, ji ber karanîna toza alloya titanium, lêçûn bi nisbeten bilind e.

1.5 Teknolojiya Rasterast Metal Laser Sintering (DMLS).

Teknolojiya DMLS şaxek teknolojiya SLS ye. Di salên 1990î de dest pê kir. Teknolojiya DMLS rasterast ji bo sinterkirinê toza metalê bikar tîne. Cûdahiya ji teknolojiya SLM ev e ku teknolojiya SLM hewce dike ku toza metal bi tevahî were helandin, dema ku DMLS tenê hewce dike ku bigihîje sinterkirinê.

Taybetmendiyên sinterkirina rasterast a lazerê ya metal: Awantaj: (1) Parçeyên metal rasterast dikarin werin rijandin (2) Cûreyek materyal dikare were bikar anîn. Mînakî, polayê zengarnegir, kobalt-based, nîkel-based, hwd. (3) Parçeya xebatê ya ku ji hêla pêvajoyê ve hatî çêkirin, xwedan avahiyek hişk û hêza girêdana bilind e. Kêmasî: (1) Diyardeya “Sferoîdbûnê”. (2) Zêdebûn û deformasyon hêsan e, û dendibûn ne zêde ye.

1.6 Teknolojiyên Nû

Mînakî, hilberîna lêzêdekirina kemera elektrîkê (WAAM), avakirina nanoparticle jet metal (NPJ) û hevgirtina ultrasonic (UAM), hwd., Van teknolojiyên di pêşerojê de ji bo pêşkeftinê cîhek mezin heye.

2 Perspektîfên pêşkeftina teknolojiya çapkirina 3D ya metal

2.1 Berfirehkirina qadên serîlêdanê

Îro, çapkirina 3D ya metal êdî ne bi qadên hilberandin û çêkirina qalibên mekanîkî ve sînorkirî ye, lê dikare li qadên din jî were sepandin. Ew dikare li qada hewayê were sepandin. Teknolojiya çapkirinê ya 3D ya metal dikare were bikar anîn da ku hin beşên zirardar biguhezîne, bi vî rengî ji guheztina lêçûn a tevahî makîneyê dûr dikeve û jiyana karûbarê wê dirêj dike. Di heman demê de ew dikare pêkhateyên sereke yên balafirê jî çap bike. Mînakî, di Mijdara 2018-an de, stûna motora çapkirî ya 3D ya metal ku ji hêla GE ve hatî pêşve xistin ji bo karanîna di çêkirina balafiran de hate pejirandin[7]. Ew dikare di warê perwerdehî û hînkirinê de were sepandin. Çapkirina 3D ya metal dikare wekî amûrek hînkirinê were bikar anîn da ku rêberiya xwendekaran bike ku vê teknolojiyê fam bikin. Di heman demê de ew dikare modelên hînkirinê çap bike da ku rêberiya xwendekaran bike ku modêlê bi rengek berbiçav fam bikin û kalîteya hînkirinê baştir bikin. Ew dikare li qada otomotîvê were sepandin. Di sala 2017-an de, kalibera frenê ya ku ji hêla Volkswagen ve hatî çap kirin ceribandinên profesyonel derbas kir û armancên giraniya herî kêm û hêza herî bilind pêk anî. Di heman demê de dikare ji bo tamîrkirina parçeyên otomotîvê jî were bikar anîn. Wekî din, ew dikare di warê bijîşkî de jî were bikar anîn. Aloya tîtanium materyalê ku herî zêde ji bo implantên diranan tê bikar anîn e. Rêbaza hilberîna kevneşopî ne tenê biha ye, lê di heman demê de yekane ye û nikare were kesane kirin. Naha ew dikare rasterast bi şopandina devê nexweş, sazkirina modelek implantasyona diranan were bikar anîn û dûv re rasterast çapkirina wê bi karanîna teknolojiya sinterkirina metal, ku pir lêçûn û gavên pêvajoyê kêm dike. Di heman demê de qadên serîlêdanê yên potansiyel ên wekî çêkirina hin alavên xanî, pêlîstok û modelên anîmasyonê jî hene.

2.2 Amûrên çapkirinê û pisporiya materyalê

Teknolojiya çapkirina 3D ya Metal di qonaxên destpêkê de ye, bi alavên çapkirinê yên hindik û bêkêmasî, û pêşkeftina wê di tengahiyê de ye. Ger ku ev rewş were başkirin, pêdivî ye ku amûrên biha-bandor werin afirandin û berfirehkirina mekanîzmaya çapkirinê berdewam bike. Mînakî, pêdivî ye ku lêkolînek kûr li ser mekanîzmayên çapkirina 3D yên metal ên wekî çapkirina paralel, çapkirina pir-materyal, çapkirina pir-nozzle, çapkirina perçeyên mezin, û çapkirina domdar lêkolînek kûr were kirin û li ser bingeha vê yekê li hilberîna hilberê were sepandin. . Sînorên materyalên çapkirinê jî heya radeyekê pêşkeftina çapkirina 3D ya metal sînordar dike. Di warê materyalên çapkirinê de, divê meriv materyalên cûda çap bike û ji bo cîhên cûda materyalên cûda çap bike. Wek nimûne, materyalên kobalt dikarin di turbînên gazê de bêne bikaranîn; materyalên nîkel dikarin di odeyên şewitandinê de bêne bikaranîn; metalên giranbiha dikarin di entegrasyona cîhaza elektronîkî de, û her weha hin materyalên metal ên rezîl ên wekî tungstenê werin bikar anîn. Rêbazên nû yên çapkirinê û çapkirina materyalên metal ên nû dê di pêşerojê de bibin xalên lêkolînê û balê dikişîne, bi mebesta başkirina kalîte û hilberîna çapkirina 3D ya metal ku di senaryo û şert û mercên cihêreng de hilberînê pêk bîne.