การพิมพ์ 3D โลหะ
คำอธิบายสั้น:
การพิมพ์โลหะ 3D คือกระบวนการขึ้นรูปชิ้นส่วนโดยการให้ความร้อนการเผาการหลอมและการทำให้เย็นของผงโลหะด้วยการสแกนด้วยเลเซอร์หรือลำแสงอิเล็กตรอนภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์ การพิมพ์ 3 มิติไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์ขึ้นรูปได้เร็วต้นทุนสูงเหมาะสำหรับการผลิตตัวอย่างและจำนวนน้อย
การพิมพ์โลหะ 3 มิติ (3DP) เป็นเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบที่รวดเร็ว เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ไฟล์โมเดลดิจิทัลซึ่งใช้โลหะผงหรือพลาสติกและวัสดุกาวอื่น ๆ ในการสร้างวัตถุโดยการพิมพ์เลเยอร์ ความแตกต่างระหว่างการพิมพ์ 3 มิติแบบโลหะและการพิมพ์ 3 มิติแบบพลาสติก: เป็นเทคโนโลยีสองอย่าง วัตถุดิบในการพิมพ์ 3 มิติของโลหะคือผงโลหะซึ่งผลิตและพิมพ์โดยการเผาด้วยเลเซอร์ที่อุณหภูมิสูง วัสดุที่ใช้สำหรับการพิมพ์ 3 มิติแบบพลาสติกเป็นของเหลวซึ่งจะถูกแผ่ไปยังวัสดุที่เป็นของเหลวด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นต่างกันทำให้เกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันและการบ่ม
1. ลักษณะของการพิมพ์ 3 มิติโลหะ
1. ข้อดีของการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ
A. การสร้างต้นแบบชิ้นส่วนอย่างรวดเร็ว
เทคโนโลยีนี้สามารถใช้วัสดุผงโลหะบางเพื่อสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนซึ่งไม่สามารถรับรู้ได้ด้วยเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมเช่นการหล่อการปลอมและการแปรรูป
เมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมการพิมพ์ 3 มิติมีข้อดีหลายประการ ได้แก่ :
ก. อัตราการใช้วัสดุโดยรวมสูง
ข. ไม่จำเป็นต้องเปิดแม่พิมพ์กระบวนการผลิตน้อยลงและวงจรสั้น
C วงจรการผลิตสั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพิมพ์ชิ้นส่วน 3 มิติที่มีรูปร่างซับซ้อนใช้เวลาหนึ่งในห้าหรือแม้แต่หนึ่งในสิบของเวลาในการตัดเฉือนธรรมดา
ง. สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีโครงสร้างซับซ้อนได้เช่นช่องทางการไหลภายใน
จ. ออกแบบฟรีตามข้อกำหนดคุณสมบัติเชิงกลโดยไม่คำนึงถึงกระบวนการผลิต
ความเร็วในการพิมพ์ไม่สูงและมักใช้ในการผลิตชิ้นส่วนชุดเดียวหรือชิ้นเล็กอย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายและเวลาในการเปิดแม่พิมพ์ แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติจะไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก แต่ก็สามารถใช้สำหรับการผลิตแม่พิมพ์ต่างๆอย่างรวดเร็วสำหรับการผลิตจำนวนมาก
2. ข้อเสียของการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ
การพิมพ์โลหะ 3 มิตินำเสนอความเป็นไปได้ในการออกแบบใหม่ ๆ เช่นการรวมส่วนประกอบหลายอย่างในกระบวนการผลิตเพื่อลดการใช้วัสดุและต้นทุนการแปรรูปแม่พิมพ์
ก). โดยทั่วไปความเบี่ยงเบนของชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติที่เป็นโลหะจะมากกว่า + / -0.10 มม. และความแม่นยำไม่ดีเท่ากับเครื่องมือกลทั่วไป
B) คุณสมบัติในการรักษาความร้อนของการพิมพ์ 3 มิติของโลหะจะถูกเปลี่ยนรูป: จุดขายของการพิมพ์โลหะ 3 มิติส่วนใหญ่มีความแม่นยำสูงและมีรูปร่างแปลก ๆ หากการพิมพ์ 3 มิติของชิ้นส่วนเหล็กได้รับการอบชุบด้วยความร้อนชิ้นส่วนจะสูญเสียความแม่นยำหรือต้องผ่านกระบวนการใหม่ด้วยเครื่องมือกล
ส่วนหนึ่งของการตัดเฉือนลดวัสดุแบบดั้งเดิมสามารถสร้างชั้นชุบแข็งที่บางมากบนพื้นผิวของชิ้นส่วนได้ การพิมพ์ 3 มิติไม่ค่อยดีนัก ยิ่งไปกว่านั้นการขยายตัวและการหดตัวของชิ้นส่วนเหล็กมีความร้ายแรงในกระบวนการตัดเฉือน อุณหภูมิและแรงโน้มถ่วงของชิ้นส่วนจะส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อความแม่นยำ
2. วัสดุที่ใช้สำหรับการพิมพ์ 3 มิติโลหะ
ประกอบด้วยเหล็กกล้าไร้สนิม (AISI316L) อลูมิเนียมไทเทเนียม Inconel (Ti6Al4V) (625 หรือ 718) และเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก
1). เครื่องมือและเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก
2). สแตนเลส
3). โลหะผสม: โลหะผสมผงโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับวัสดุการพิมพ์ 3 มิติ ได้แก่ ไททาเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสมไททาเนียมโลหะผสมอลูมิเนียมอัลลอยด์ฐานนิกเกิลโลหะผสมโคบอลต์โครเมียมโลหะผสมฐานทองแดงเป็นต้น
ชิ้นส่วนการพิมพ์ทองแดง 3D
ชิ้นส่วนการพิมพ์เหล็ก 3D
ชิ้นส่วนการพิมพ์ 3D อลูมิเนียม
ใส่แม่พิมพ์พิมพ์ 3 มิติ
3. ประเภทของการพิมพ์ 3 มิติโลหะ
เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ 3 มิติมี 5 ชนิด ได้แก่ SLS, SLM, npj, เลนส์และ EBSM
1). การเผาด้วยเลเซอร์แบบเลือก (SLS)
SLS ประกอบด้วยกระบอกผงและกระบอกขึ้นรูป ลูกสูบของกระบอกผงสูงขึ้น แป้งจะถูกวางอย่างสม่ำเสมอบนกระบอกขึ้นรูปโดยเครื่องปูผิวผง คอมพิวเตอร์ควบคุมแทร็กการสแกนสองมิติของลำแสงเลเซอร์ตามแบบจำลองชิ้นส่วนของต้นแบบ วัสดุผงที่เป็นของแข็งจะถูกเลือกเผาเพื่อสร้างชั้นของชิ้นส่วน หลังจากเสร็จสิ้นชั้นหนึ่งลูกสูบทำงานจะลดความหนาลงหนึ่งชั้นระบบกระจายผงจะกระจายผงใหม่และควบคุมลำแสงเลเซอร์เพื่อสแกนและเผาชั้นใหม่ ด้วยวิธีนี้วงจรจะถูกทำซ้ำทีละชั้นจนกว่าจะเกิดชิ้นส่วนสามมิติ
2). การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก (SLM)
หลักการพื้นฐานของเทคโนโลยีการหลอมเลือกด้วยเลเซอร์คือการออกแบบแบบจำลองของแข็งสามมิติของชิ้นส่วนโดยใช้ซอฟต์แวร์การสร้างแบบจำลองสามมิติเช่น Pro / E, UG และ CATIA บนคอมพิวเตอร์จากนั้นจึงแบ่งแบบจำลองสามมิติผ่าน ซอฟต์แวร์หั่นรับข้อมูลโปรไฟล์ของแต่ละส่วนสร้างเส้นทางการสแกนการบรรจุจากข้อมูลโปรไฟล์และอุปกรณ์จะควบคุมการหลอมลำแสงเลเซอร์ที่เลือกตามเส้นการสแกนการบรรจุเหล่านี้วัสดุผงโลหะแต่ละชั้นจะค่อยๆเรียงซ้อนกันเป็นสามชั้น ชิ้นส่วนโลหะมิติ ก่อนที่ลำแสงเลเซอร์จะเริ่มทำการสแกนอุปกรณ์กระจายผงจะดันผงโลหะลงบนแผ่นฐานของกระบอกสูบขึ้นรูปจากนั้นลำแสงเลเซอร์จะละลายผงบนแผ่นฐานตามบรรทัดการสแกนการบรรจุของชั้นปัจจุบันและประมวลผล ชั้นปัจจุบันจากนั้นถังขึ้นรูปจะเคลื่อนลงมาตามระยะความหนาของชั้นถังผงจะเพิ่มระยะทางความหนาที่แน่นอนอุปกรณ์กระจายผงจะกระจายผงโลหะบนชั้นปัจจุบันที่ผ่านการประมวลผลและอุปกรณ์จะปรับป้อนข้อมูลของชั้นถัดไปสำหรับ การประมวลผลแล้วประมวลผลทีละชั้นจนกว่าจะประมวลผลส่วนทั้งหมด
3). อนุภาคนาโนสเปรย์ขึ้นรูปโลหะ (NPJ)
เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติธรรมดาของโลหะคือการใช้เลเซอร์ในการหลอมหรือเผาอนุภาคผงโลหะในขณะที่เทคโนโลยี npj ไม่ใช้รูปร่างผง แต่เป็นสถานะของเหลว โลหะเหล่านี้ถูกห่อด้วยท่อในรูปของของเหลวและสอดเข้าไปในเครื่องพิมพ์ 3 มิติซึ่งใช้ "เหล็กหลอม" ที่มีอนุภาคนาโนของโลหะในการพ่นให้เป็นรูปร่างเมื่อพิมพ์โลหะสามมิติ ข้อดีคือโลหะพิมพ์ด้วยเหล็กหลอมทั้งรุ่นจะมีความกลมกล่อมมากขึ้นและสามารถใช้หัวพิมพ์อิงค์เจ็ทธรรมดาเป็นเครื่องมือได้ เมื่อการพิมพ์เสร็จสิ้นห้องก่อสร้างจะระเหยของเหลวส่วนเกินออกโดยให้ความร้อนเหลือเพียงส่วนที่เป็นโลหะ
4). เลเซอร์ใกล้โครงร่างสุทธิ (เลนส์)
เทคโนโลยี Laser near net shaping (เลนส์) ใช้หลักการของเลเซอร์และการขนส่งผงในเวลาเดียวกัน โมเดล 3D CAD ของชิ้นส่วนจะถูกแบ่งโดยคอมพิวเตอร์และได้รับข้อมูลรูปร่างระนาบ 2 มิติของชิ้นส่วน จากนั้นข้อมูลเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นแทร็กการเคลื่อนไหวของโต๊ะทำงาน NC ในขณะเดียวกันผงโลหะจะถูกป้อนเข้าไปในพื้นที่โฟกัสของเลเซอร์ด้วยความเร็วในการป้อนที่กำหนดละลายและแข็งตัวอย่างรวดเร็วจากนั้นชิ้นส่วนรูปทรงตาข่ายที่อยู่ใกล้สามารถหาได้โดยการวางจุดเส้นและพื้นผิว ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องมีการประมวลผลเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เลนส์สามารถผลิตชิ้นส่วนโลหะโดยไม่ต้องใช้แม่พิมพ์และประหยัดค่าใช้จ่ายได้มาก
5). การหลอมลำแสงอิเล็กตรอน (EBSM)
เทคโนโลยีการถลุงด้วยลำแสงอิเล็กตรอนได้รับการพัฒนาและใช้โดย บริษัท arcam ในสวีเดนเป็นครั้งแรก หลักการของมันคือการใช้ปืนอิเล็กตรอนเพื่อยิงพลังงานความหนาแน่นสูงที่เกิดจากลำแสงอิเล็กตรอนหลังจากการโก่งตัวและโฟกัสซึ่งทำให้ชั้นผงโลหะที่สแกนสร้างอุณหภูมิสูงในพื้นที่ขนาดเล็กในท้องถิ่นซึ่งนำไปสู่การหลอมละลายของอนุภาคโลหะ การสแกนลำแสงอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่องจะทำให้แอ่งโลหะหลอมเหลวขนาดเล็กละลายและแข็งตัวซึ่งกันและกันและสร้างชั้นโลหะเชิงเส้นและพื้นผิวหลังจากการเชื่อมต่อ
ในบรรดาเทคโนโลยีการพิมพ์โลหะห้าประการข้างต้น SLS (การเผาด้วยเลเซอร์แบบเลือก) และ SLM (การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก) เป็นเทคโนโลยีการใช้งานหลักในการพิมพ์โลหะ
4. การประยุกต์ใช้การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ
มักใช้ในการผลิตแม่พิมพ์การออกแบบอุตสาหกรรมและสาขาอื่น ๆ เพื่อสร้างแบบจำลองจากนั้นจึงค่อยๆใช้ในการผลิตโดยตรงของผลิตภัณฑ์บางอย่างจากนั้นจึงค่อยๆใช้ในการผลิตโดยตรงของผลิตภัณฑ์บางอย่าง มีชิ้นส่วนที่พิมพ์โดยเทคโนโลยีนี้แล้ว เทคโนโลยีนี้มีการประยุกต์ใช้ในเครื่องประดับรองเท้าการออกแบบอุตสาหกรรมสถาปัตยกรรมวิศวกรรมและการก่อสร้าง (AEC) อุตสาหกรรมยานยนต์อวกาศทันตกรรมและการแพทย์การศึกษาระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์วิศวกรรมโยธาอาวุธปืนและสาขาอื่น ๆ
การพิมพ์โลหะ 3 มิติด้วยข้อดีของการขึ้นรูปโดยตรงไม่มีแม่พิมพ์การออกแบบเฉพาะบุคคลและโครงสร้างที่ซับซ้อนประสิทธิภาพสูงสิ้นเปลืองน้อยและต้นทุนต่ำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมปิโตรเคมีการบินและอวกาศการผลิตรถยนต์แม่พิมพ์ฉีดการหล่อโลหะผสมโลหะเบา , การรักษาพยาบาล, อุตสาหกรรมกระดาษ, อุตสาหกรรมไฟฟ้า, การแปรรูปอาหาร, เครื่องประดับ, แฟชั่นและสาขาอื่น ๆ
ผลผลิตการพิมพ์โลหะไม่สูงโดยปกติจะใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนชุดเดียวหรือชิ้นเล็กอย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายและเวลาในการเปิดแม่พิมพ์ แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติจะไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก แต่ก็สามารถใช้สำหรับการผลิตแม่พิมพ์ต่างๆอย่างรวดเร็วสำหรับการผลิตจำนวนมาก
1). ภาคอุตสาหกรรม
ในปัจจุบันแผนกอุตสาหกรรมหลายแห่งได้ใช้เครื่องพิมพ์ 3D โลหะเป็นเครื่องจักรประจำวัน ในการผลิตต้นแบบและการผลิตแบบจำลองแทบจะใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ ในขณะเดียวกันก็สามารถใช้ในการผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่บางชิ้นได้ด้วย
เครื่องพิมพ์ 3 มิติจะพิมพ์ชิ้นส่วนออกมาแล้วประกอบ เมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติสามารถลดระยะเวลาและลดต้นทุน แต่ยังสามารถผลิตได้มากขึ้น
2). ด้านการแพทย์
การพิมพ์โลหะ 3 มิติถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์โดยเฉพาะในด้านทันตกรรม ซึ่งแตกต่างจากการผ่าตัดอื่น ๆ การพิมพ์ 3D โลหะมักใช้ในการพิมพ์รากฟันเทียม ข้อดีที่สุดของการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติคือการปรับแต่ง แพทย์สามารถออกแบบรากฟันเทียมตามเงื่อนไขเฉพาะของคนไข้ ด้วยวิธีนี้กระบวนการรักษาของผู้ป่วยจะลดความเจ็บปวดและจะมีปัญหาน้อยลงหลังการผ่าตัด
3). เครื่องประดับ
ปัจจุบันผู้ผลิตเครื่องประดับหลายรายเปลี่ยนจากการพิมพ์เรซิ่น 3 มิติและการผลิตแม่พิมพ์แว็กซ์เป็นการพิมพ์โลหะ 3 มิติ ด้วยมาตรฐานความเป็นอยู่ที่ดีขึ้นอย่างต่อเนื่องของผู้คนความต้องการเครื่องประดับก็สูงขึ้นเช่นกัน ผู้คนไม่ชอบเครื่องประดับทั่วไปในตลาดอีกต่อไป แต่ต้องการมีเครื่องประดับที่ไม่เหมือนใคร ดังนั้นจึงเป็นแนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของอุตสาหกรรมเครื่องประดับที่จะตระหนักถึงการปรับแต่งโดยไม่ต้องใช้แม่พิมพ์ซึ่งการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะจะมีบทบาทสำคัญมาก
4). การบินและอวกาศ
หลายประเทศในโลกได้เริ่มใช้เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ 3 มิติเพื่อให้เกิดการพัฒนาด้านการป้องกันประเทศการบินและอวกาศและสาขาอื่น ๆ โรงพิมพ์ 3 มิติแห่งแรกของโลกของ GE ซึ่งสร้างขึ้นในอิตาลีมีหน้าที่รับผิดชอบในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับเครื่องยนต์เจ็ทแบบก้าวกระโดดซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงความสามารถในการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ
5). ยานยนต์
เวลาในการใช้งานการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะในอุตสาหกรรมรถยนต์นั้นไม่นานนัก แต่ก็มีศักยภาพที่ดีและมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในปัจจุบัน BMW, Audi และผู้ผลิตรถยนต์ที่มีชื่อเสียงอื่น ๆ กำลังศึกษาวิธีการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ 3D เพื่อปฏิรูปโหมดการผลิตอย่างจริงจัง
การพิมพ์โลหะ 3 มิติไม่ได้ถูก จำกัด ด้วยรูปร่างที่ซับซ้อนของชิ้นส่วนขึ้นรูปโดยตรงรวดเร็วและมีประสิทธิภาพและไม่ต้องลงทุนแม่พิมพ์สูงซึ่งเหมาะสำหรับการผลิตสมัยใหม่ จะได้รับการพัฒนาและนำไปใช้อย่างรวดเร็วทั้งในปัจจุบันและอนาคต หากคุณมีชิ้นส่วนโลหะที่ต้องการการพิมพ์ 3 มิติโปรดติดต่อเรา
การพิมพ์โลหะ 3 มิติไม่ได้ถูก จำกัด ด้วยรูปร่างที่ซับซ้อนของชิ้นส่วนขึ้นรูปโดยตรงรวดเร็วและมีประสิทธิภาพและไม่ต้องลงทุนแม่พิมพ์สูงซึ่งเหมาะสำหรับการผลิตสมัยใหม่ จะได้รับการพัฒนาและนำไปใช้อย่างรวดเร็วทั้งในปัจจุบันและอนาคต หากคุณมีชิ้นส่วนโลหะที่ต้องการการพิมพ์ 3 มิติกรุณาติดต่อเรา.
