Metall-3D-Druck

Kürzlich haben wir eine Demonstration von Metall gemacht3D-Druck, und wir haben es sehr erfolgreich abgeschlossen. Was ist also Metall?3D-Druck? Was sind die Vor- und Nachteile?

Metall-3D-Druck ist eine additive Fertigungstechnologie, die dreidimensionale Objekte durch schichtweises Auftragen von Metallmaterialien erzeugt. Hier ist eine detaillierte Einführung in den Metall-3D-Druck:

Technisches Prinzip
Selektives Lasersintern (SLS): Dabei werden hochenergetische Laserstrahlen zum selektiven Schmelzen und Sintern von Metallpulvern verwendet. Dabei wird das Pulvermaterial auf eine Temperatur knapp unter seinem Schmelzpunkt erhitzt, sodass sich metallurgische Bindungen zwischen den Pulverpartikeln bilden und das Objekt Schicht für Schicht aufgebaut wird. Beim Druckvorgang wird zunächst eine gleichmäßige Schicht Metallpulver auf die Druckplattform gelegt. Anschließend tastet der Laserstrahl das Pulver entsprechend der Querschnittsform des Objekts ab, sodass das abgetastete Pulver schmilzt und zusammen erstarrt. Nach Abschluss des Drucks einer Schicht senkt sich die Plattform um eine bestimmte Distanz ab und verteilt dann eine neue Pulverschicht. Der obige Vorgang wird wiederholt, bis das gesamte Objekt gedruckt ist.
Selektives Laserschmelzen (SLM): Ähnlich wie SLS, jedoch mit höherer Laserenergie, kann das Metallpulver vollständig geschmolzen werden, wodurch eine dichtere Struktur entsteht. Dadurch werden höhere Dichte und bessere mechanische Eigenschaften erreicht. Die Festigkeit und Genauigkeit der gedruckten Metallteile ist höher und erreicht nahezu die gleiche oder sogar höhere Genauigkeit wie bei herkömmlichen Herstellungsverfahren. SLM eignet sich für die Herstellung von Teilen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und anderen Bereichen, die hohe Präzision und Leistung erfordern.
Elektronenstrahlschmelzen (EBM): Die Nutzung von Elektronenstrahlen als Energiequelle zum Schmelzen von Metallpulvern. Der Elektronenstrahl zeichnet sich durch eine hohe Energiedichte und hohe Scangeschwindigkeit aus, wodurch Metallpulver schnell geschmolzen und die Druckeffizienz verbessert werden kann. Durch das Drucken in einer Vakuumumgebung kann die Reaktion von Metallmaterialien mit Sauerstoff während des Druckvorgangs vermieden werden. Dies eignet sich für den Druck von Titanlegierungen, Nickellegierungen und anderen sauerstoffempfindlichen Metallmaterialien, die häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und anderen High-End-Bereichen eingesetzt werden.
Metallextrusion (ME): Ein auf Materialextrusion basierendes Herstellungsverfahren, bei dem das Metallmaterial in Form von Seide oder Paste durch den Extrusionskopf extrudiert und gleichzeitig erhitzt und ausgehärtet wird, um eine schichtweise Formgebung zu erreichen. Im Vergleich zur Laserschmelztechnologie sind die Investitionskosten geringer, flexibler und komfortabler und eignen sich besonders für die frühe Entwicklung im Büro- und Industrieumfeld.
Gängige Materialien
Titanlegierung: hat die Vorteile hoher Festigkeit, geringer Dichte, guter Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, bei medizinischen Geräten, in der Automobilindustrie und in anderen Bereichen verwendet, beispielsweise bei der Herstellung von Flugzeugtriebwerksschaufeln, künstlichen Gelenken und anderen Teilen.
Edelstahl: hat eine gute Korrosionsbeständigkeit, gute mechanische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften, ist relativ kostengünstig, ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien im 3D-Metalldruck und kann zur Herstellung einer Vielzahl von mechanischen Teilen, Werkzeugen, medizinischen Geräten usw. verwendet werden.
Aluminiumlegierung: geringe Dichte, hohe Festigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, geeignet für die Herstellung von Teilen mit hohen Gewichtsanforderungen, wie z. B. Zylinderblöcke von Automotoren, Strukturteile für die Luft- und Raumfahrt usw.
Nickelbasierte Legierung: Aufgrund ihrer hervorragenden Hochtemperaturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit wird sie häufig bei der Herstellung von Hochtemperaturkomponenten wie Flugzeugtriebwerken und Gasturbinen verwendet.
Vorteil
Hoher Grad an Designfreiheit: Die Fähigkeit, komplexe Formen und Strukturen wie Gitterstrukturen, topologisch optimierte Strukturen usw. herzustellen, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nur schwer oder gar nicht zu erreichen sind, bietet größeren Innovationsspielraum für das Produktdesign und ermöglicht die Herstellung leichterer, leistungsfähigerer Teile.
Reduzieren Sie die Anzahl der Teile: Mehrere Teile können zu einem Ganzen integriert werden, wodurch der Verbindungs- und Montageprozess zwischen den Teilen reduziert wird, die Produktionseffizienz verbessert wird, die Kosten gesenkt werden, aber auch die Zuverlässigkeit und Stabilität des Produkts verbessert wird.
Rapid Prototyping: Damit kann in kurzer Zeit ein Prototyp eines Produkts erstellt, der Produktentwicklungszyklus beschleunigt, die Forschungs- und Entwicklungskosten gesenkt und Unternehmen dabei unterstützt werden, Produkte schneller auf den Markt zu bringen.
Kundenspezifische Produktion: Entsprechend den individuellen Bedürfnissen der Kunden können einzigartige Produkte hergestellt werden, die den speziellen Anforderungen verschiedener Kunden gerecht werden und für medizinische Implantate, Schmuck und andere kundenspezifische Bereiche geeignet sind.
Einschränkung
Schlechte Oberflächenqualität: Die Oberflächenrauheit der gedruckten Metallteile ist relativ hoch und es ist eine Nachbehandlung wie Schleifen, Polieren, Sandstrahlen usw. erforderlich, um die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern, was die Produktionskosten und -zeit erhöht.
Innere Defekte: Während des Druckvorgangs können innere Defekte wie Poren, nicht verschmolzene Partikel und unvollständige Verschmelzung auftreten, die die mechanischen Eigenschaften der Teile beeinträchtigen, insbesondere bei der Anwendung hoher Belastungen und zyklischer Belastungen. Das Auftreten innerer Defekte muss durch Optimierung der Druckprozessparameter und Anwendung geeigneter Nachbearbeitungsmethoden reduziert werden.
Materialbeschränkungen: Obwohl immer mehr Arten von für den 3D-Druck aus Metall verfügbaren Materialien verfügbar sind, bestehen im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren immer noch gewisse Materialbeschränkungen. Außerdem sind einige Hochleistungsmetallmaterialien schwieriger zu drucken und teurer.
Kostenprobleme: Die Kosten für Geräte und Materialien zum 3D-Drucken von Metall sind relativ hoch und die Druckgeschwindigkeit ist langsam. Dadurch ist das Verfahren nicht so kosteneffizient wie herkömmliche Herstellungsverfahren für die Produktion im großen Maßstab und eignet sich derzeit hauptsächlich für Kleinserien, kundenspezifische Produktion und Bereiche mit hohen Anforderungen an Produktleistung und -qualität.
Technische Komplexität: Der 3D-Druck von Metall umfasst komplexe Prozessparameter und Prozesssteuerung, die professionelle Bediener und technischen Support sowie ein hohes technisches Niveau und Erfahrung der Bediener erfordern.
Anwendungsfeld
Luft- und Raumfahrt: Wird zur Herstellung von Triebwerksschaufeln, Turbinenscheiben, Flügelstrukturen, Satellitenteilen usw. verwendet, wodurch das Gewicht der Teile reduziert, die Kraftstoffeffizienz verbessert, die Produktionskosten gesenkt und die hohe Leistung und Zuverlässigkeit der Teile sichergestellt werden kann.
Automobil: Herstellung von Zylinderblöcken, Getriebegehäusen, leichten Strukturteilen usw. für Automobilmotoren, um eine Leichtbauweise der Automobile zu erreichen und so den Kraftstoffverbrauch und die Leistung zu verbessern.
Medizin: Die Herstellung von medizinischen Geräten, künstlichen Gelenken, Zahnorthesen, implantierbaren medizinischen Geräten usw. erfolgt entsprechend den individuellen Unterschieden der Patienten durch kundenspezifische Fertigung, um die Eignung der medizinischen Geräte und die Behandlungseffekte zu verbessern.
Formenbau: Durch die Herstellung von Spritzgussformen, Druckgussformen usw. wird der Formenbauzyklus verkürzt, die Kosten gesenkt und die Genauigkeit und Komplexität der Form verbessert.
Elektronik: Herstellung von Kühlern, Gehäusen, Leiterplatten für elektronische Geräte usw., um eine integrierte Herstellung komplexer Strukturen zu erreichen und die Leistung und Wärmeableitungswirkung elektronischer Geräte zu verbessern.
Schmuck: Je nach Kreativität des Designers und den Kundenwünschen kann eine Vielzahl einzigartiger Schmuckstücke hergestellt werden, um die Produktionseffizienz zu verbessern und die Produkte zu personalisieren.