In kim loại 3D, còn được gọi là sản xuất phụ gia, đã cách mạng hóa cách chúng ta nghĩ về việc sản xuất các bộ phận và linh kiện kim loại. Bài viết này nhằm mục đích đi sâu vào sự phức tạp của in 3D kim loại, khám phá các cơ chế, ứng dụng và lợi ích của nó. Với những tiến bộ trong công nghệ, phương pháp này đã ngày càng dễ tiếp cận và hiệu quả cho các ngành công nghiệp khác nhau.

In 3D kim loại hoạt động bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận từng lớp để xây dựng một phần từ mô hình kỹ thuật số bằng cách sử dụng bột kim loại hoặc các sợi được tan chảy và hợp nhất với nhau. Quá trình này cho phép độ chính xác cao và hình học phức tạp rất khó đạt được với các phương pháp sản xuất truyền thống.

Hãy đi sâu hơn vào các khía cạnh khác nhau của in 3D kim loại bao gồm các loại, vật liệu được sử dụng, lợi thế so với các phương pháp truyền thống, các ứng dụng phổ biến và xu hướng trong tương lai.

Các loại in 3D kim loại

Có một số loại công nghệ in 3D kim loại có sẵn ngày hôm nay. Mỗi loại có cơ chế duy nhất nhưng thường tuân theo cùng một nguyên tắc thêm lớp vật liệu từng lớp.

1. Sự tan chảy laser chọn lọc (SLM) / thiêu kết laser kim loại trực tiếp (DMLS):

  - Các quy trình này sử dụng laser công suất cao để làm tan chảy và hợp nhất các loại bột kim loại với nhau.

  - Laser có chọn lọc các khu vực được xác định bởi mô hình CAD kỹ thuật số.

  - Sau khi hoàn thành một lớp, nền tảng xây dựng giảm nhẹ để cho phép lớp bột tiếp theo được trải trên nó.

  - Điều này tiếp tục cho đến khi toàn bộ đối tượng được xây dựng.

2. Tia điện tử tan chảy (EBM):

  - Tương tự như SLM/DMLS nhưng sử dụng chùm electron thay vì laser.

  - Hoạt động trong môi trường chân không làm cho nó phù hợp với các kim loại phản ứng như titan.

  - Cung cấp tốc độ xây dựng nhanh hơn so với các hệ thống dựa trên laser do mật độ năng lượng cao hơn.

3. Binder phun:

  - Liên quan đến việc lắng đọng một chất liên kết chất lỏng vào các lớp bột kim loại.

  - Sau mỗi lớp được liên kết với nhau bởi chất kết dính, một lớp bột khác được trải trên đầu.

  - Quá trình lặp lại cho đến khi phần được hình thành đầy đủ.

  - Có thể cần phải xử lý các bước như thiêu kết hoặc xâm nhập với một kim loại khác.

4. Định hướng năng lượng định hướng (DED):

  - Sử dụng năng lượng nhiệt tập trung từ laser hoặc dầm electron để cầu chì vật liệu khi chúng được lắng đọng.

  - Vật liệu có thể được cho ăn trong dây hoặc dạng bột trực tiếp vào khu vực lắng đọng.

  - Thường được sử dụng để sửa chữa các bộ phận hiện có hoặc thêm các tính năng vào các thành phần được hình thành sẵn.

Vật liệu được sử dụng trong in 3D kim loại

Sự lựa chọn vật liệu đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định các thuộc tính và hiệu suất của phần in cuối cùng. Các vật liệu thường được sử dụng bao gồm:

1. Thép không gỉ:

  - Được biết đến với sức mạnh và khả năng chống ăn mòn.

  - Được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị y tế, các thành phần hàng không vũ trụ và các công cụ công nghiệp.

2. Hợp kim Titan:

  -Cung cấp tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng tuyệt vời và khả năng tương thích sinh học.

  - Lý tưởng cho các ứng dụng hàng không vũ trụ và cấy ghép y tế.

3. Hợp kim nhôm:

  - Nhẹ với tính chất cơ học tốt.

  - Thường được sử dụng trong các bộ phận ô tô và các cấu trúc nhẹ.

4. Hợp kim niken:

   -Kháng nhiệt độ cao làm cho chúng phù hợp với lưỡi tuabin và môi trường căng thẳng cao khác.

5. Hợp kim coban-chrom:

   - Được biết đến với khả năng chống mài mòn; thường được sử dụng trong cấy ghép nha khoa và các thiết bị chỉnh hình.

6. Thép công cụ:

   - Mức độ cứng cao làm cho chúng lý tưởng để cắt các công cụ và khuôn.

Ưu điểm so với các phương pháp truyền thống

In 3D kim loại cung cấp một số lợi thế so với các kỹ thuật sản xuất thông thường như đúc hoặc gia công:

1. Hình học phức tạp:

   - Cho phép tạo ra các thiết kế phức tạp mà không thể hoặc quá tốn kém với các phương pháp truyền thống.

   - Cho phép các kênh bên trong, cấu trúc mạng và các tính năng phức tạp khác mà không có các bước lắp ráp bổ sung.

2. Hiệu quả vật chất:

   - Giảm thiểu chất thải vì chỉ có thể thêm vật liệu cần thiết trong quá trình xây dựng thay vì bị loại bỏ khỏi các khối lớn hơn như trong các quy trình trừ như gia công CNC.

3. Tùy chỉnh & Tính linh hoạt:

   - Các thiết kế dễ dàng có thể tùy chỉnh được thiết kế riêng theo yêu cầu riêng lẻ mà không cần thay đổi khuôn mới hoặc công cụ mỗi khi cần sửa đổi thiết kế

   - Khả năng tạo mẫu nhanh cho phép lặp lại nhanh chóng trong các chu kỳ phát triển sản phẩm

4. Giảm thời gian và chi phí dẫn đầu:

    - Thời gian sản xuất ngắn hơn do chủ yếu là do không cần các quy trình sản xuất khuôn đắt tiền liên quan

    - Chi phí lao động thấp hơn vì nhiều tự động hóa liên quan trong toàn bộ quá trình

5. Sản xuất theo yêu cầu:

    - Các bộ phận được sản xuất chính xác khi cần giảm đáng kể chi phí lưu trữ hàng tồn kho

Các ứng dụng phổ biến

In kim loại 3D tìm thấy ứng dụng trên các ngành công nghiệp khác nhau do tính linh hoạt được cung cấp bởi chính công nghệ:

1. Công nghiệp hàng không vũ trụ:

    - Các thành phần nhẹ nhưng mạnh mẽ quan trọng đảm bảo hiệu quả nhiên liệu trong khi duy trì tính toàn vẹn cấu trúc trong điều kiện khắc nghiệt trong các hoạt động bay

2. Lĩnh vực y tế:

     -Bộ phận giả phù hợp tùy chỉnh được thiết kế riêng đặc biệt theo giải phẫu bệnh nhân cải thiện chức năng thoải mái

     - Các dụng cụ phẫu thuật được thiết kế tối ưu hóa các quy trình cụ thể về hiệu suất nâng cao kết quả tổng thể

3. Lĩnh vực ô tô:

      - Kiểm tra nguyên mẫu Các mô hình xe mới được tăng tốc cho phép thời gian nhập cảnh thị trường nhanh hơn giảm chi phí phát triển thực chất  

      -Các bộ phận hậu mãi tăng cường hiệu suất được tùy chỉnh theo sở thích của khách hàng dễ dàng đạt được  

4. Sản xuất công nghiệp:  

       - Đồ chơi đồ đạc công cụ được tạo ra nhanh chóng cho phép thiết lập thời gian thiết lập nhanh hơn tăng năng suất tổng thể  

       -Phụ tùng thay thế được sản xuất theo yêu cầu giảm đáng kể các hoạt động bảo trì thời gian ngừng hoạt động  

5. Thiết kế trang sức:  

        - Các mô hình phức tạp các bản khắc chi tiết đạt được một cách dễ dàng dẫn đến các phần độc đáo được tìm kiếm rất nhiều sau khi khách hàng sành điệu  

Xu hướng tương lai

Khi công nghệ tiếp tục phát triển nhanh chóng, do đó, tác động tiềm năng cũng cảm nhận được trên nhiều lĩnh vực trên toàn cầu:

1. Tăng áp dụng trong các ngành công nghiệp:  

        - Nhiều công ty có khả năng áp dụng các lợi ích đã được chứng minh đã được chứng minh sớm những người chấp nhận hàng đầu thị trường chính thống hơn  

2. Cải thiện tính chất vật liệu:  

         - Nghiên cứu đang thực hiện nhằm phát triển các hợp kim nhẹ hơn mới hơn  

3. Khả năng của máy nâng cao:    

          -Các máy thế hệ tiếp theo dự kiến ​​cung cấp độ phân giải cao hơn tốc độ in nhanh hơn độ tin cậy lớn hơn cuối cùng làm giảm đáng kể quyền sở hữu chi phí    

4. Tích hợp IoT AI Technologies:

           -Các thiết bị được kết nối thông minh có khả năng giám sát có khả năng tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất Cơ sở thời gian thực đảm bảo hiệu suất tối đa thời gian ngừng hoạt động tối thiểu có thể    

5. Các sáng kiến ​​bền vững:

            -Tập trung chuyển sang thực hành thân thiện với môi trường giảm thiểu tác động môi trường thông qua các sáng kiến ​​tái sử dụng tái chế    

Câu hỏi thường gặp

1. In 3D kim loại là gì?

L in 3D kim loại liên quan đến việc tạo ra các đối tượng bằng cách thêm từng lớp vật liệu dựa trên các mô hình kỹ thuật số sử dụng các sợi kim loại được kết hợp với nhau tạo thành cấu trúc rắn cuối cùng.

2. Mất bao lâu để in một cái gì đó bằng phương pháp này?

l Thời gian được thực hiện phụ thuộc phần lớn đối tượng kích thước độ phức tạp được in ở bất cứ đâu vài giờ trong vài ngày hoàn thành thông thường.

3. Có cần phải xử lý hậu kỳ sau khi hoàn thành không?

l Có hầu hết các trường hợp yêu cầu một số điều trị hoàn thiện hình thức cải thiện chất lượng bề mặt Loại bỏ các cấu trúc hỗ trợ tăng cường tính chất cơ học sản phẩm cuối cùng cho phù hợp.

Bằng cách hiểu cách in 3D kim loại hoạt động cùng với việc khám phá các khía cạnh khác nhau liên quan đến công nghệ hy vọng người đọc đạt được các hiệu ứng biến đổi tiềm năng đánh giá cao hơn có thể có cảnh quan sản xuất trong tương lai tiến về phía trước!