פריצת דרך של חומרי הדפסת תלת מימד מתכת היא הבסיס לפיתוח

פריצת דרך של חומרי הדפסת תלת מימד מתכת היא הבסיס לפיתוח

חומרי הדפסת תלת מימד מתכת הם בסיס חומרי חשוב לפיתוח טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת. במידה מסוימת, פיתוח החומרים קובע אם ניתן להשתמש בהדפסה תלת מימדית יותר. כיום, חומרי הדפסת תלת מימד מתכת כוללים בעיקר פלסטיק הנדסי, שרפים רגישים לאור, חומרי גומי, חומרי מתכת וחומרים קרמיים. השדה הוחל. חומרי גלם אלו המשמשים בהדפסת תלת מימד מתכת פותחו במיוחד עבור ציוד ותהליכי הדפסת תלת מימד מתכת, השונים מפלסטיק רגיל, גבס, שרפים וכו', וצורותיהם בדרך כלל אבקתיות, חוטיות, למלריות ונוזליות. לַחֲכוֹת. בדרך כלל, בהתאם לסוג ציוד ההדפסה ולתנאי ההפעלה, גודל החלקיקים של אבקת חומרי ההדפסה התלת-ממדיים המתכתיים בהם נעשה שימוש נע בין 1 ל-100 מיקרומטר, וכדי לשמור על נזילות טובה של האבקה, לרוב האבקה נדרשת להיות בעלת רמה גבוהה של כדוריות. .

המחקר והפיתוח ופריצת הדרך של חומרי הדפסת תלת מימד מתכת הם הבסיס לקידום ויישום של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת, וגם הערובה הבסיסית להדפסה מספקת. האחת היא לחזק את המחקר והפיתוח של חומרים וליצור מערכת חומרי הדפסה שלמה. בשנים האחרונות, חומרי הדפסת תלת מימד מתכת התפתחו במהירות. בשנת 2013, הדפסת חומרי מתכת עלתה ב-28 אחוזים, ובשנת 2014 היא הגיעה ליותר מ-30 אחוזים, המהווים כ-12 אחוזים מחומרי ההדפסה התלת מימדית המתכתית. חומרי מתכת הם בעיקר טיטניום, אלומיניום, פלדה וניקל. סגסוגות טיטניום, סגסוגות בטמפרטורה גבוהה, נירוסטה, פלדת מתכת, פלדה בעלת חוזק גבוה, סגסוגת פלדה וסגסוגות אלומיניום יכולות לשמש כחומרי הדפסה, והן נמצאות בשימוש נרחב בייצור ותיקון וייצור מחדש של ציוד. עם זאת, אין כיום מערכת חומרי הדפסה תלת מימדית ממתכת, והחומרים הקיימים רחוקים מלספק את הצרכים של הדפסת תלת מימד מתכת.

החומרים המשמשים לסטריאופורמציה בלייזר הם בעיקר חומרים אינרטיים מתכתיים, והשלב הבא הוא לנסות חומרי הדפסה מתכתיים פעילים אחרים. אבקות מתכת בשימוש מסורתי במטלורגיית אבקות אינן יכולות לעמוד במלואן בדרישות של הדפסת תלת מימד, וכיום ישנם מעט סוגי חומרי מתכת שניתן להשתמש בהם להדפסה, והמחיר גבוה יחסית. היו כמה חברות זרות המתמחות באבקת מתכת להדפסת תלת מימד, כמו Sulzer Metco בארצות הברית וסנדוויק בשבדיה, אבל הן יכולות לספק רק כמה אבקות מתכת קונבנציונליות. המחקר והפיתוח של חומרים מקומיים נמצאים בפיגור יחסית, ואבקת ההדפסה יקרה מדי. מכיוון שמחזור המחקר והפיתוח של החומרים הוא ארוך והמחקר והפיתוח קשים יותר מזה של ציוד, ארגונים אינם ששים לערוך מחקר ופיתוח חומרים מתוך מקסום אינטרסים. Huanghe Cyclone Co., Ltd היא אחת מהמפעלים המקומיים הבודדים העוסקים בייצור מיקרו-אבקת יהלומים ומיקרו-אבקת CBN. המחקר האוניברסיטאי מעוניין גם בציוד ותוכנה להדפסה בתלת מימד, ולכן חומרי הדפסה מגבילים במידה רבה את הפיתוח והיישום של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת.

אבקות מתכת

אבקות מתכת המשמשות בהדפסת תלת מימד דורשות בדרך כלל טוהר גבוה, כדוריות טובה, חלוקת גודל חלקיקים צרה ותכולת חמצן נמוכה. כיום, חומרי אבקת המתכת המשמשים בהדפסת תלת מימד כוללים בעיקר סגסוגות טיטניום, סגסוגות קובלט-כרום, חומרי נירוסטה וסגסוגת אלומיניום, בנוסף לזהב, כסף וחומרי אבקת מתכת יקרים אחרים המשמשים להדפסת תכשיטים. אבקת מתכת להדפסת תלת מימד, בתור החוליה החשובה ביותר בשרשרת תעשיית ההדפסה התלת מימדית של חלקי מתכת, היא גם המקום שבו נמצא הערך הגדול ביותר.

ב"כנס 2013 World 3D Printing Technology Industry", נתנו מומחים מוסמכים בתעשיית ההדפסה התלת מימדית בעולם הגדרה ברורה של אבקת מתכת להדפסת תלת מימד, המתייחסת לקבוצת חלקיקי המתכת שגודלם קטן מ-1 מ"מ. כולל אבקת מתכת בודדת, אבקת סגסוגת וכמה אבקת תרכובת עקשנית בעלת תכונות מתכתיות. כיום, חומרי אבקת מתכת להדפסת תלת מימד כוללים סגסוגת כרום קובלט, נירוסטה, פלדה תעשייתית, סגסוגת ברונזה, סגסוגת טיטניום וסגסוגת אלומיניום ניקל וכו'. עם זאת, בנוסף לפלסטיות טובה, אבקת מתכת להדפסת תלת מימד חייבת לעמוד גם בדרישות של עדין גודל חלקיקי אבקה, חלוקת גודל חלקיקים צרה, כדוריות גבוהה, נזילות טובה וצפיפות צבר גבוהה.

הדפסת תלת מימד מסגסוגת טיטניום

לסגסוגת טיטניום יש את היתרונות של עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה גבוהה, חוזק גבוה, צפיפות נמוכה ותאימות ביולוגית, והיא הייתה בשימוש נרחב בתעופה וחלל, בתעשייה הכימית, בתעשייה הגרעינית, בציוד ספורט וציוד רפואי ותחומים אחרים. חלקי סגסוגת טיטניום שהוכנו על ידי טכניקות פרזול ויציקה מסורתיות היו בשימוש נרחב בתחומי ההייטק. כמות הטיטניום בשימוש במטוס בואינג 747 מגיעה ל-42.7ט. עם זאת, ייצור חלקי סגסוגת טיטניום גדולים על ידי שיטות חישול ויציקה מסורתיות הפריע ליישום הרחב יותר בשל גורמים שליליים כגון עלות מוצר גבוהה, תהליך מסובך, קצב ניצול חומרים נמוך ועיבוד קשה לאחר מכן. טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת יכולה לפתור את הבעיות הללו באופן יסודי, ולכן טכנולוגיה זו הפכה בשנים האחרונות לטכנולוגיה חדשה לייצור ישיר של חלקי סגסוגת טיטניום. הפיתוח של סגסוגות חדשות מבוססות טיטניום הוא הכיוון העיקרי של מחקר היישום של סגסוגת טיטניום SLM. בשל מדד התקשות המתח הנמוך של טיטניום וסגסוגות טיטניום (בערך 0.15), העמידות בפני עיוות גזירה פלסטית ועמידות בפני שחיקה ירודה, מה שמגביל את השימוש בחלקיו בתנאי טמפרטורה גבוהים ותנאי בלאי קורוזיבי.

הדפסת תלת מימד מנירוסטה

לנירוסטה יש מאפיינים של עמידות בפני קורוזיה כימית, עמידות בטמפרטורה גבוהה ותכונות מכניות טובות. בשל יכולת יצירת האבקה הטובה שלו, תהליך ההכנה הפשוט והעלות הנמוכה, זהו החומר המוקדם ביותר בשימוש בהדפסת מתכת תלת מימדית. לדוגמה, אוניברסיטת Huazhong למדע וטכנולוגיה, אוניברסיטת נאנג'ינג לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה, אוניברסיטת Northeastern ומוסדות אחרים ערכו מחקר מעמיק על הדפסת תלת מימד מתכת. המחקר הנוכחי מתמקד בעיקר בהפחתת נקבוביות, הגדלת חוזק ומנגנון הכדוריות של אבקת מתכת בתהליך ההיתוך. Li Ruidi et al. השתמשו בפרמטרים שונים של תהליך לעריכת מבחני יצירת SLM על אבקת נירוסטה 304L, השיגה נוסחה אמפירית לצפיפות של נירוסטה 304L וסיכמה את מנגנון צמיחת הגרגרים.

הדפסת תלת מימד של סגסוגות על

סגסוגות-על מתייחסות לסוג של חומרי מתכת המבוססים על ברזל, ניקל וקובלט שיכולים לעבוד לאורך זמן בטמפרטורות גבוהות מעל 600 מעלות ובסביבות מתח מסוימות. יש לו חוזק בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה תרמית טובה וחמצון, וגמישות וקשיחות טובה. נכון להיום, לפי סוג מטריצת הסגסוגת, ניתן לחלק אותה באופן גס לשלושה סוגים: סגסוגות על בסיס ברזל, על בסיס ניקל ועל בסיס קובלט. סגסוגות בטמפרטורה גבוהה משמשות בעיקר במנועים בעלי ביצועים גבוהים. במנועי אוויר מתקדמים מודרניים, כמות חומרי הסגסוגת בטמפרטורה גבוהה מהווה 40 אחוז עד 60 אחוז מהמסה הכוללת של המנוע. לפיתוח מנועי אוויר מודרניים עתירי ביצועים יש דרישות גבוהות יותר ויותר לגבי טמפרטורת השירות והביצועים של סגסוגות-על. לתהליך המתכתי המסורתי של המטיל יש קצב קירור איטי, הפרדה חמורה של אלמנטים מסוימים ושלבים שניים במטיל, יכולת עבודה נמוכה בחום, מבנה לא אחיד וביצועים לא יציבים. טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת הפכה לשיטה חדשה לפתור את צוואר הבקבוק הטכני ביצירת סגסוגות על. נאס"א טענה כי במבחן ההצתה בטמפרטורה גבוהה שנערך ב-22 באוגוסט 2014, פיית מנוע הרקטות המיוצרת בטכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת הפיקה דחף שיא של 9ט.

הדפסת תלת מימד מסגסוגת אלומיניום

כסגסוגת המבנית הקלה ביותר, לסגסוגת האלומיניום יש את האפשרות להחליף פלדה וסגסוגת אלומיניום בתחומי יישומים רבים בשל תכונות החוזק והשיכוך המיוחדות שלה. לדוגמה, יישום קל משקל של סגסוגות אלומיניום ברכיבי רכב ומטוסים יכול להפחית את צריכת הדלק ואת פליטת הפליטה. לסגסוגת אלומיניום יש התכלות במקום, מודול יאנג נמוך, חוזק קרוב לעצם האדם, תאימות ביולוגית מעולה, ויש לה יותר סיכויי יישום מאשר סגסוגות מסורתיות בהשתלה כירורגית.

מאז הופעתה של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת בשנות ה-199, ההדפסה של חומרים פולימריים התמקדה בהדרגה בהדפסה של אבקות מתכת, ופותחו מספר רב של טכנולוגיות חדשות, ציוד חדש וחומרים חדשים. מיושם. נכון להיום, קצב החדשנות בטכנולוגיית המידע ממשיך להתקדם, והייצור התעשייתי נכנס לשלב חדש של מודיעין ודיגיטליזציה. בשנת 2014, גרמניה הציעה את תוכנית הפיתוח "Industry 4.0", שאמורה לגרום לשינויים וחידושים משבשים בתחום התעשייתי, וטכנולוגיית הדפסת תלת מימד תהיה דחף רב עוצמה לפיתוח מודיעין תעשייתי. טכנולוגיית הדפסת תלת מימד אבקת מתכת השיגה תוצאות מסוימות, אך צוואר הבקבוק של החומר ישפיע בהכרח על קידום טכנולוגיית הדפסת תלת מימד, וטכנולוגיית הדפסת תלת מימד מציבה דרישות גבוהות יותר לחומרים. ישנם סוגים רבים של חומרי מתכת המתאימים להדפסת תלת מימד תעשייתית, אך רק חומרי אבקה מיוחדים יכולים לעמוד בדרישות הייצור התעשייתי.

לכיוון הפיתוח העתידי של חומרי מתכת להדפסת תלת מימד יש בעיקר שלושה היבטים:

האחת היא כיצד לחזק את המחקר על הקשר בין מבנה ותכונות החומר על בסיס חומרים קיימים, לייעל עוד יותר את פרמטרי התהליך בהתאם לתכונות החומרים, להגביר את מהירות ההדפסה, להפחית נקבוביות ותכולת חמצן, ולשפר את איכות פני השטח;

השני הוא פיתוח חומרים חדשים כדי שיתאימו להדפסת תלת מימד מתכת, כמו פיתוח חומרים חדשים בעלי עמידות מצוינת בפני קורוזיה, עמידות בטמפרטורות גבוהות ותכונות מכניות מקיפות;

השלישי הוא לתקן ולשפר את מערכת הסטנדרטים הטכניים של חומרי אבקת מתכת להדפסת תלת מימד כדי לממש את המיסוד והנורמליזציה של תקנים טכניים להדפסת חומרי מתכת.