Αρχές και Ταξινόμηση τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων
Στοιβάζοντας μεταλλικές σκόνες ή σύρματα στρώμα προς στρώμα, οι τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων μετατρέπουν τα μοντέλα CAD σε πραγματικά μοντέλα. Το Direct Metal Laser Sintering (DMLS), το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας μετάλλων τρισδιάστατης εκτύπωσης, αποκτήθηκε τη δεκαετία του 1990 από την EOS Γερμανίας. Αυτές οι τέσσερις τεχνικές - η σύντηξη κρεβατιού σε σκόνη, ο ψεκασμός κόλλας, η άμεση εναπόθεση ενέργειας και η εξώθηση υλικού - καθορίζουν κυρίως την τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων όπως είναι τώρα.
Το DMLS, η επιλεκτική τήξη με λέιζερ (SLM) και η τήξη δέσμης ηλεκτρονίων (EBM) μαζί συνιστούν σύντηξη κλίνης σκόνης. Αυτές οι τεχνολογίες κατασκευές στρώμα προς στρώμα χρησιμοποιώντας δέσμες λέιζερ ή ηλεκτρονίων, λιώνοντας μεταλλική σκόνη. Ενώ το EBM μπορεί να παράγει σχεδόν οποιοδήποτε γεωμετρικό σχήμα με μεγάλη ακρίβεια, συμπεριλαμβανομένης της πρόκλησης υλικών μηχανικής όπως κράματα τιτανίου και κράματα νικελίου υψηλής θερμοκρασίας, το DMLS μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αντικειμένων από σχεδόν οποιοδήποτε κράμα μετάλλων, το SLM δημιουργεί τυπωμένα αντικείμενα που είναι αρκετά πυκνά και ισχυρά .
Χρησιμοποιώντας inkjet για να ρίξετε κόλλα πάνω από ένα στρώμα μεταλλικής σκόνης, ψεκασμός κόλλας-όπως σύντηξη πολλαπλών πίδακα (MJF) και ψεκασμός νανοσωματιδίων (NPJ-σταδιακά στερεοποιεί τη σκόνη στρώμα προς στρώμα, παράγοντας έτσι ολόκληρο το προϊόν. Με αυτήν τη μέθοδο μπορούν να παραχθούν μεγαλύτερα μέρη , που μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασία δωματίου χωρίς την απαίτηση δομών στήριξης.
Η άμεση εναπόθεση ενέργειας περιλαμβάνει την εναπόθεση υλικού λέιζερ (LMD), την κατασκευή προσθέτων τόξου (WAAM) και την άμεση εναπόθεση μετάλλων (DED). Αυτές οι μέθοδοι εξωθούν μεταλλική σκόνη ή σύρμα και το εφαρμόζουν αμέσως σε κρούση υψηλής ενέργειας, τήξη και δόμηση στρώμα προς στρώμα. Ενώ η LMD μπορεί να χρησιμοποιήσει αποτελεσματικά υλικά για να επιτύχει εκτύπωση υψηλής πυκνότητας και υψηλής μηχανικής απόδοσης, η DED μπορεί να αποκαταστήσει σπασμένα μεταλλικά μέρη και να προσθέσει νέα εξαρτήματα.
Χρησιμοποιώντας νημάτια πολυμερούς ή σύρματα εμποτισμένα με μικρά μεταλλικά σωματίδια για εκτύπωση στρώμα-στρώμα και στη συνέχεια τήξη των μεταλλικών σωματιδίων σε στερεό μέταλλο με διαδικασίες απολίπανσης και πυροσυσσωμάτωσης, εξώθηση υλικού-όπως μοντελοποίηση λιωμένης εναπόθεσης (FDM) και κατασκευή ασφαλειών (FFF-επιτρέπει αυτό).
Μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση που εφαρμόζεται σε ελαφρύ σχεδιασμό
Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων, που αντιπροσωπεύεται κυρίως στα ακόλουθα χαρακτηριστικά, έχει μεγάλα πλεονεκτήματα στον ελαφρύ σχεδιασμό των αεροναυτικών εξαρτημάτων.
Σχεδιασμός δομικής βελτιστοποίησης: Πολύπλοκα γεωμετρικά σχήματα εξαρτημάτων, συμπεριλαμβανομένων κοίλων δικτυωτών δομών, κοίλων σάντουιτς/ενισχυμένων κατασκευών με λεπτά τοιχώματα, ολοκληρωμένες δομές και βελτιστοποιημένες δομές τοπολογίας, μπορούν να κατασκευαστούν απευθείας με μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση. Αυτές οι δομικές μορφές μειώνουν τη χρήση υλικού, ενώ διατηρούν ή ενισχύουν τη δομική αντοχή, επιτυγχάνοντας έτσι ελαφρύ σχεδιασμό.
Αποτελούμενη από λεπτά πάνελ και χοντρούς πυρήνες, η κούφια σάντουιτς/ενισχυμένη κατασκευή με λεπτά τοιχώματα μπορεί να κατανείμει τις εξωτερικές τάσεις, να αυξήσει την ακαμψία και την αντοχή κάμψης και να εξοικονομήσει βάρος.
Κενή κατασκευή δικτυωτού πλέγματος: Μπορεί κανείς να εξισορροπήσει την αντοχή, την ακαμψία και τη σκληρότητα μεταβάλλοντας τη σχετική πυκνότητα και τη διάταξη κυψελών μονάδας του πλέγματος, μειώνοντας επομένως το βάρος περισσότερο από 70%.
Δομημένη ολιστικά Δομή βελτιστοποίησης τοπολογίας: Χρήση μαθηματικών μεθόδων για την εύρεση του βέλτιστου δομικού σχεδιασμού, αλλάζοντας την εσωτερική δομή του αντικειμένου, ελαχιστοποιώντας τη χρήση υλικού διατηρώντας παράλληλα τη δομική αντοχή. Συγχωνεύστε πολλά μέρη σε μια οντότητα, μειώνοντας έτσι τις δομές σύνδεσης όπως φλάντζες και συγκολλήσεις, απλοποιώντας τη διαδικασία συναρμολόγησης και βελτιστοποιώντας τη λειτουργική σχεδίαση.
Βελτίωση της απόδοσης και επιλογή υλικών: Οι αεροδιαστημικές χρήσεις θα ταίριαζαν πολύ σε μια ποικιλία ελαφρών κραμάτων μετάλλων, συμπεριλαμβανομένων των κραμάτων τιτανίου και των κραμάτων αλουμινίου, τα οποία έχουν υψηλή αντοχή και χαμηλή πυκνότητα και επομένως είναι αρκετά κατάλληλα για τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων. Επιπλέον, βελτιώνονται οι μηχανικές ιδιότητες και η ανθεκτικότητα των υλικών μέσω βέλτιστων παραμέτρων εκτύπωσης και τεχνικών θερμικής επεξεργασίας.
γρήγορη δημιουργία πρωτοτύπων και επισκευή: Η ταχεία κατασκευή πρωτότυπων εξαρτημάτων που κατέστη δυνατή χάρη στην τεχνολογία μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης βοηθά τους σχεδιαστές να επιβεβαιώσουν νέες ιδέες σχεδίασης. Ταυτόχρονα, μπορεί επίσης να συντομεύσει τους κύκλους επισκευής, να μειώσει το κόστος παραγωγής, να επιτύχει γρήγορη κατασκευή εξαρτημάτων και ακριβή επισκευή κατεστραμμένων εξαρτημάτων.
Ειδικές καταστάσεις εφαρμογής
Χρησιμοποιώντας μεταλλική τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης, για παράδειγμα, οι κινητήρες αεροσκαφών μπορούν να παράγουν περίπλοκα δομικά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων των θαλάμων καύσης και των πτερυγίων του στροβίλου. Αυτά τα εξαρτήματα έχουν τελειοποιηθεί για να μειώσουν την κατανάλωση υλικού, ενώ παράλληλα ενισχύουν την απόδοση και την ανθεκτικότητα. Επιπλέον, είναι εφικτό με σημαντικά εξαρτήματα, όπως εξοπλισμό προσγείωσης και βραχίονες αεροσκάφους. Αυτά τα εξαρτήματα όχι μόνο έχουν μικρό βάρος αλλά αυξάνουν επίσης τη φέρουσα ικανότητα και την ανθεκτικότητα μέσω της βελτιστοποίησης του δομικού σχεδιασμού. Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων μπορεί επίσης να ελαχιστοποιήσει το κόστος παραγωγής, να απλοποιήσει τις τεχνικές κατασκευής και να κόψει τις δομές συναρμολόγησης και την πολυπλοκότητα.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-compact-heat-exchanger.html