Η τρισδιάστατη εκτύπωση, γνωστή και ως Additive Manufacturing (AM), είναι μια «μεταμορφωτική» μέθοδος για την παραδοσιακή βιομηχανική παραγωγή. Η παραδοσιακή διαδικασία αφαιρετικής κατασκευής αναφέρεται στη χρήση υπαρχόντων τεμαχίων εργασίας με γεωμετρικά μοντέλα και στη χρήση εργαλείων για τη σταδιακή κοπή, γυάλισμα και χάραξη υλικών για να γίνουν τελικά τα απαιτούμενα μέρη. Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι ακριβώς το αντίθετο. Με τη βοήθεια εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης, το ψηφιακό τρισδιάστατο μοντέλο τοποθετείται σε στρώσεις και ειδικά υλικά όπως σκόνη μετάλλου, θερμοπλαστικά υλικά και ρητίνες συσσωρεύονται συνεχώς και συγκολλούνται στρώμα-στρώμα και, τέλος, τοποθετούνται πάνω σε ένα τρισδιάστατο σύνολο. . Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια διεπιστημονική τεχνολογία, που καλύπτει μηχανήματα, υλικά, όραση υπολογιστών, λογισμικό, ηλεκτρονικά και άλλους κλάδους και η βασική τεχνολογία βρίσκεται στην κατασκευή τρισδιάστατων εκτυπωτών, η οποία έχει επίσης ειδικές απαιτήσεις για υλικά, λογισμικό, σχεδιασμό κ.λπ.
Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές διαδικασίες παραγωγής, η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει τα χαρακτηριστικά σχηματισμού σύνθετων δομών, συντόμευσης του κύκλου υλοποίησης του προϊόντος, υψηλής αντοχής προϊόντος, ελαφρού βάρους και υψηλού ποσοστού χρήσης υλικού, αλλά το κόστος της είναι επίσης σχετικά υψηλό. Τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι τα εξής:
(1) Μπορούν να κατασκευαστούν εξαρτήματα με σύνθετες γεωμετρικές δομές για την επίτευξη ολοκληρωμένης παραγωγής και η πολυπλοκότητα της δομής δεν θα επιφέρει πρόσθετο κόστος. Οι σχεδιαστές δεν δεσμεύονται πλέον από τις παραδοσιακές διαδικασίες κατασκευής και μπορούν να δημιουργούν εξαρτήματα πιο ελεύθερα.
(2) Συντομεύστε τον κύκλο ανάπτυξης και υλοποίησης νέων προϊόντων. Κατά την ανάπτυξη νέων προϊόντων στην παραδοσιακή τεχνολογία, είναι απαραίτητο να σχεδιάζονται και να παράγονται νέα καλούπια και να καθιερώνεται μια διαδικασία συναρμολόγησης, ενώ η τρισδιάστατη εκτύπωση δεν απαιτεί καλούπια και η διαδικασία είναι σύντομη.
(3) Το προϊόν έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής αντοχής και του ελαφρού βάρους. Τα εξαρτήματα τρισδιάστατης εκτύπωσης μπορούν να συνειδητοποιήσουν τη δομή του δικτυωτού πλέγματος κηρήθρας που είναι δύσκολο να επεξεργαστεί από την παραδοσιακή τεχνολογία και μπορεί να μειώσει σημαντικά το βάρος υπό την προϋπόθεση της διασφάλισης απόδοσης. Με βάση τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας της ταχείας στερεοποίησης της τρισδιάστατης εκτύπωσης, μπορούν να επιτευχθούν καλές μηχανικές ιδιότητες, διασφαλίζοντας έτσι αύξηση της αντοχής.
(4) Το ποσοστό χρησιμοποίησης των υλικών έχει βελτιωθεί σημαντικά. Δεδομένου ότι τα υλικά υπερτίθενται στρώμα-στρώμα, δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου απόβλητα υλικών στη διαδικασία παραγωγής και το ποσοστό χρησιμοποίησης του υλικού φτάνει πάνω από το 90 τοις εκατό. (5) Το κόστος εξοπλισμού και το κόστος υλικών είναι υψηλό. Ο εξοπλισμός τρισδιάστατης εκτύπωσης βιομηχανικής ποιότητας είναι ακριβός και κυμαίνεται από ένα έως δύο εκατομμύρια γιουάν έως δεκάδες εκατομμύρια γιουάν. Επιπλέον, λόγω της ειδικής διαδικασίας, η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει ειδικές απαιτήσεις για υλικά και τα συνηθισμένα υλικά πρέπει να προσαρμοστούν. Ωστόσο, η έρευνα και η ανάπτυξη υλικών είναι δύσκολη και δαπανηρή, γεγονός που περιορίζει την ανάπτυξη της τρισδιάστατης εκτύπωσης σε κάποιο βαθμό.
Μετά από περισσότερα από 30 χρόνια ανάπτυξης, η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης βελτιώνεται συνεχώς και έχουν διαμορφωθεί διάφοροι τρόποι εκτύπωσης όπως η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση, η εκτύπωση οργανικών υλικών και η εκτύπωση μετάλλων. Η τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων χρησιμοποιεί γενικά πηγές ενέργειας λέιζερ και δέσμης ηλεκτρονίων για την τήξη της μεταλλικής σκόνης, έτσι ώστε η μεταλλική σκόνη να πυροσυσσωματώνεται και να συσσωρεύεται για να σχηματίσει μια συνολική δομή. Υπάρχουν δύο μέθοδοι εισαγωγής σκόνης μετάλλου σε όλη τη διαδικασία, η επάλειψη σκόνης και η τροφοδοσία σε σκόνη. Σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους τροφοδοσίας σκόνης, η αρχή της διαδικασίας τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων χωρίζεται σε κατευθυντική εναπόθεση ενέργειας (επίσης γνωστή ως τροφοδοσία σκόνης) και επιλεκτική τήξη κλίνης σκόνης (ονομάζεται επίσης διασπορά σκόνης). Η επίστρωση σε σκόνη αναφέρεται στην εξάπλωση μεταλλικής σκόνης στο υπόστρωμα για να σχηματιστεί ένα λεπτό στρώμα, το οποίο στη συνέχεια συντήκεται μεταξύ τους με τήξη με λέιζερ συγκεκριμένες περιοχές στο λεπτό στρώμα. Σε σύγκριση με το άπλωμα σκόνης, η τροφοδοσία σκόνης δεν σχηματίζει ένα λεπτό στρώμα και η σκόνη παραδίδεται απευθείας στη λιωμένη δεξαμενή που σχηματίζεται από το λέιζερ στο υπόστρωμα μέσω του ακροφυσίου σκόνης και συντήκεται για να σχηματίσει ένα σύνολο. Η κύρια τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων μπορεί χονδρικά να χωριστεί σε τεχνολογία επιλεκτικής τήξης λέιζερ (SLM), σχηματισμό τήξης δέσμης ηλεκτρονίων (EBM), τεχνολογία διαμόρφωσης δικτύου λέιζερ (LENS), τεχνολογία εναπόθεσης νήματος σύντηξης δέσμης ηλεκτρονίων (EBF) και ούτω καθεξής.
Υπάρχουν τρεις σημαντικοί παράγοντες στην ανάπτυξη της τεχνολογίας, του εξοπλισμού, του υλικού και της διαδικασίας κατασκευής πρόσθετων μετάλλων. Επί του παρόντος, υπάρχει ακόμη περιθώριο βελτίωσης σε αυτές τις τρεις πτυχές. Προκειμένου να επεκταθεί η κλίμακα εφαρμογής της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης, η τεχνολογία κατασκευής πρόσθετων μετάλλων αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση του χαμηλού κόστους, του μεγάλου μεγέθους, του πολλαπλού υλικού, της υψηλής ακρίβειας και της υψηλής απόδοσης.
(1) Ο εξοπλισμός πρόσθετων μετάλλων αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση της μεγάλης κλίμακας και της εξειδίκευσης. Με την αυξανόμενη ζήτηση για εκτύπωση κατασκευών μεγάλης κλίμακας και συγκεκριμένα πεδία, ο μεταλλικός εξοπλισμός τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει γίνει μια τάση προς μεγάλης κλίμακας και επαγγελματική ανάπτυξη.
(2) Οι εκτυπώσιμες πρώτες ύλες συνεχίζουν να αυξάνονται και η εκτύπωση σύνθετου υλικού αρχίζει να εμφανίζεται. Προς το παρόν, οι τύποι πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων είναι σχετικά μικροί και η ποιότητα των υλικών δεν είναι υψηλή. Με τη συνεχή διείσδυση της κατασκευής προσθέτων στον βιομηχανικό τομέα, η ζήτηση της αγοράς για μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση που μπορεί να επιτύχει μικτή εκτύπωση πολλαπλών υλικών αυξάνεται σταδιακά. Επιπλέον, αρχίζει να εμφανίζεται η ταυτόχρονη εκτύπωση πολλαπλών σύνθετων υλικών, η οποία μπορεί να συνδυάσει τα πλεονεκτήματα διαφορετικών υλικών.
(3) Ανάπτυξη νέων τεχνολογιών κατασκευής πρόσθετων μετάλλων. Η παραδοσιακή τεχνολογία κατασκευής πρόσθετων μετάλλων έχει προβλήματα όπως το υψηλό κόστος και η χαμηλή απόδοση, μεταξύ των οποίων η χαμηλή απόδοση είναι επίσης ένας από τους βασικούς παράγοντες που περιορίζουν την κατασκευή προσθέτων από την αντικατάσταση της παραδοσιακής αφαιρετικής κατασκευής σε πολλούς τομείς. Αναμένεται ότι με τη σταδιακή ωρίμανση αυτής της τεχνολογίας στο μέλλον, όπως η αύξηση της ισχύος λέιζερ και η βελτιστοποίηση της διαδρομής εκτύπωσης, μπορεί να βελτιωθεί ο ρυθμός παραγωγής της παραγωγής προσθέτων.