3D プリント技術の登場以来、実際の製品の製造に徐々に適用されています。 その中でも、金属材料の3Dプリント技術の開発は特に急速です。 国防の分野では、欧米の先進国が金属3Dプリンターの開発を重視し、研究に巨額の投資を行っています。 3D プリント金属部品は、常に研究と応用の焦点となっています。 金型や自転車だけでなく、今までにない新しい武器、さらには車や飛行機などの大型装備までプリントできます。 新しいタイプのインテリジェントな製造技術として、金属 3D 印刷は非常に幅広いアプリケーションの見通しを示しており、機器の設計と製造、機器のサポート、航空宇宙など、より多くの分野で強力な開発の勢いを示しています。
金属 3D プリント機能
1) 高精度。 現在、金属3Dプリンターの精度は基本的に0.05mm以下に抑えられています。
2) サイクルが短い。 金属 3D プリントは金型の製作工程を必要としないため、モデルの製作時間が大幅に短縮されます。 通常、モデルは数時間または数十分で印刷できます。
3) それは個人化することができます。 金属 3D プリントでは、同じコストで 1 つまたは複数のモデルを作成できる場合でも、プリント モデルの数に制限はありません。
4) 素材の多様性。 金属 3D 印刷システムは、多くの場合、さまざまな材料の印刷を実現できます。この材料の多様性は、さまざまな分野のニーズを満たすことができます。
5) コストが比較的低い。 現在、金属 3D 印刷システムと 3D 印刷用の金属材料は比較的高価ですが、それらを使用してパーソナライズされた製品を作成する場合、生産コストは比較的低くなります。
金属3D印刷技術
金属部品の 3D プリント技術は、3D プリント システム全体で最も最先端で最も潜在的な技術であり、高度な製造技術の重要な開発方向です。 科学技術の発展と普及と応用のニーズにより、ラピッドプロトタイピングによる金属機能部品の直接製造は、ラピッドプロトタイピングの主な開発方向になりました。 現在、金属機能部品を直接製造するために使用できるラピッド プロトタイピング方法には、主に、選択的レーザー溶融 (SLM)、電子ビーム選択的溶融 (EBSM)、レーザー エンジニアリング ネット シェーピング (LENS) があります。
選択的レーザー溶融 (SLM)
SLM は、金属 3D 印刷の分野の重要な部分です。 その開発プロセスは、低融点非金属粉末の焼結、低融点コーティングされた高融点粉末の焼結、高融点粉末の直接溶融などの段階を経てきました。 テキサス大学オースティン校は、1986 年に最初に特許を申請し、1988 年に最初の SLM 装置の開発に成功しました。これは、細かく集束されたスポットを使用して、30-51 μm のプリセット粉末材料にすばやく溶解し、ほぼ直接任意の形状を取得します。 完全な金属結合を備えた機能部品と同様。 密度はほぼ 100% に達し、寸法精度は 20-50 μm に達し、表面粗さは 20-30 μm に達します。 これは、開発の見込みが非常に高いラピッド プロトタイピング技術です。
SLM 成形材料は、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基合金、チタン基合金、コバルト クロム合金、貴金属など、ほとんどが単一成分の金属粉末です。 レーザービームは金属粉末を素早く溶かし、連続的な溶融チャネルを取得します。これにより、ほぼすべての形状、完全な冶金学的結合、および高精度のほぼ高密度の金属部品を直接得ることができます。 これは、発展の見込みが大きい金属部品の 3D プリント技術です。 その適用範囲は、航空宇宙、マイクロエレクトロニクス、医療、ジュエリー、その他の産業にまで拡大されています。
SLM プロセスには 50 を超える影響要因があり、成形効果に重要な影響を与える 6 つのカテゴリがあります。材料特性、レーザーおよび光路システム、スキャン機能、成形雰囲気、成形形状機能、および装置要因です。 現在、国内外の研究者は、成形プロセスの欠陥を解決し、成形部品の品質を向上させることを目的として、主に上記の要因に関するプロセス研究とアプリケーション研究を行っています。 プロセス研究に関しては、SLM 成形プロセスにおける重要なプロセス パラメータには、レーザー出力、スキャン速度、粉末層の厚さ、スキャン距離、およびスキャン戦略などがあります。さまざまなプロセス パラメータを組み合わせることで、成形品質を最適化できます。
SLM成形プロセスの主な欠陥は、球状化と反り変形です。 球状化とは、成形工程で上層と下層の溶融が不十分になることです。 表面張力の影響により、溶融液滴は急速に球状に転がり、球状化します。 球状化を回避するには、入力エネルギーを適切に増加させる必要があります。 反り変形は、SLM 成形プロセスでの熱応力が材料の強度を超え、塑性変形が発生することによって発生します。 残留応力の測定が難しいため、SLM プロセスの反り変形に関する現在の研究は主に有限要素法を使用して行われ、シミュレーション結果の信頼性は実験によって検証されます。 SLM テクノロジーの基本原理は、まず Pro/e、UG、CATIA およびその他の 3D モデリング ソフトウェアを使用して、コンピューター上でパーツの 3D ソリッド モデルを設計し、次にスライス ソフトウェアを介して 3D モデルをスライスおよびレイヤー化して、各セクションの輪郭データ、輪郭データから充填スキャン パスが生成され、装置はレーザー ビームを制御して、これらの充填スキャン ラインに従って各層の金属粉末材料を選択的に溶融し、徐々にそれらを 3 次元に積み重ねます。金属部品。