3D-tulostustekniikan luokitus

Valmistavan teollisuuden vallankumouksellinen 3D-tulostustekniikka erottuu merkittävästi materiaaliominaisuuksien eroista johtuen. Muovausmateriaalien fysikaalisten ominaisuuksien perusteella nykyiset valtavirran tekniikat voidaan selvästi jakaa kahteen pääjärjestelmään: ei--metalliseen ja metalliseen. Nämä järjestelmät eroavat toisistaan ​​jyrkästi teknisten periaatteiden, laiterakenteen ja sovellusskenaarioiden suhteen.

Ei--metallisesta 3D-tulostuksesta, joka perustuu polymeerimateriaaleihin, keraamisiin jauheisiin, valoherkkiin hartseihin ja muihin materiaaleihin, on tullut yleinen valinta kuluttajamarkkinoilla ja kevyen teollisuuden aloilla alhaisten laitekustannusten ja materiaalien yhteensopivuuden vuoksi. Esimerkiksi fused deposition modeling (FDM) sulattaa termoplastisia filamentteja, kuten PLA:ta ja ABS:ää, lämmityslaitteen läpi ja puristaa ne sitten kerros kerrokselta, jolloin muodostuu hammastahnaa puristamalla. Alhainen lähtökohta (pöytäkonemallit maksavat tuhansia yuaneja), materiaalien käyttöaste ylittää 90 %, FDM:ää käytetään laajalti opetusmateriaalien tuotannossa ja tuotteiden prototyyppien valmistuksessa.

Stereolitografia (SLA) ja digitaalinen valoprosessointi (DLP) käyttävät ultraviolettivaloa nestemäisten valoherkkien hartsien kovettumiseen, jolloin saavutetaan alle 0,05 mm:n tarkkuus ja sileät pinnat. Niitä käytetään yleisesti lääketieteen alalla hammaslääketieteellisten mallien ja tarkkuusinstrumenttikomponenttien prototyyppituotannossa. Selektiivinen lasersintraus (SLS) ja monisuihkufuusio (MJF) käyttävät laser- tai lämpösuutinta aktivoimaan jauhehiukkasten välisen sidoksen. Ilman tukirakenteita niillä voidaan tulostaa onttoja tai sisäkkäisiä rakenteita, ja niitä käytetään yleisesti autoteollisuudessa moottorin imusarjan prototyyppien valmistukseen.

Metalli 3D-tulostus vastaa korkealuokkaisen-tuotannon tarpeisiin ilmailualalla, lääkinnällisissä laitteissa ja muilla aloilla ja voitetaan monimutkaisten rakenteiden ja tehokkaiden materiaalien muodostamiseen liittyvät haasteet, joita on vaikea saavuttaa perinteisellä koneistuksella. Selektiivinen lasersulatus (SLM) käyttää suuritehoista kuitulaseria metallijauheiden, kuten titaaniseosten ja ruostumattoman teräksen, täydelliseen sulattamiseen 0,02 mm:n tarkkuudella, mikä mahdollistaa millimetrin -ohuiden rakenteiden luomisen. Airbus A350:n titaaniseoksesta valmistetut siipikiinnikkeet on valmistettu tätä tekniikkaa käyttäen, jolloin saavutetaan 15 % painonpudotus ja korkeat lujuusvaatimukset. Elektronisuihkusulatus (EBM) käyttää elektronisuihkua metallijauheen lämmittämiseen tyhjiöympäristössä. Se sopii reaktiivisille metalleille, joilla on korkea sulamispiste. Materiaalia esilämmitetään jatkuvasti (500-700 astetta) painoprosessin aikana, mikä vähentää merkittävästi jännitystä ja muodonmuutoksia. Sitä käytetään yleisesti kriittisissä kuormituksessa{17}}kantavissa osissa, kuten ilmailu- ja avaruusmoottorien juoksupyörissä. Suora energiapinnoitus (DED) sulattaa metallilangan tai jauheen laserin/kaaren avulla ja levittää sen samanaikaisesti alustalle, mikä mahdollistaa suurten komponenttien nopean valmistuksen ja korjaamisen (mittari{23}}mittakaava). General Electric käyttää tätä tekniikkaa lentokoneiden moottoreiden siipien korjaamiseen, mikä vähentää kustannuksia 70 % verrattuna uusien osien vaihtamiseen. Esimerkiksi UnionTechin Muees-sarjan metalliset 3D-tulostimet (kuten Muees 430) käyttävät monilaserjärjestelmää, jonka rakennusala on jopa 430 × 340 × 400 mm ja skannausnopeus jopa 6 m/s. Tämä tarjoaa tehokkaita tuotantoratkaisuja metallimuoteille, ilmailukomponenteille ja muille sovelluksille.

Tämän teknologisen eron takana ei--metallisten tekniikoiden taustalla on "universalisointi", joka laajenee kuluttajasovelluksiin materiaaliinnovaatioiden (kuten biohajoavan PLA:n ja johtavan nailonin) kautta. Metalliteknologiat puolestaan ​​tavoittelevat "parempaa suorituskykyä" ja tunkeutuvat korkealaatuisiin-valmistussovelluksiin ilmailu-, energia- ja muilla aloilla. Nämä kaksi tekniikkaa eroavat toisistaan ​​huomattavasti taustalla: ei--metallit ovat riippuvaisia ​​faasimuutoksista (sulava-jähmettyminen/valoherkkä reaktio), kun taas metallit metallurgiseen sidokseen (sulava-sintraus), mikä johtaa merkittäviin eroihin laitteiden monimutkaisuuden ja prosessin vaikeudessa. Materiaalitieteen (kuten nano-parannetut hartsit ja ultrahienot metallijauheet) ja laitteiden älykkyyden (AI-optimoidut tulostuspolut) ansiosta nämä kaksi teknologista järjestelmää luovat synergiaa useammilla aloilla ja nopeuttavat 3D-tulostuksen kehitystä "prototyypeistä" "massatuotantoon".

Muovisista leluista lentokonekomponentteihin erilaiset tekniset lähestymistavat ovat kuin tarkkuusvaihteita, jotka yhdessä ohjaavat valmistusvallankumouksen vaihteita. Kuluttajamarkkinoita valloittaa värihartsitulostuksen luova ansaitseminen, mutta teollisuus käyttää titaaniseosjauhetta lentokoneiden tulevaisuuden muokkaamiseen. Tämä materiaaliominaisuuksien ohjaama teknologinen erilaistuminen on merkki 3D-tulostusteollisuuden ekosysteemin kypsyydestä.