Od nástupu technológie 3D tlače sa postupne začala používať pri výrobe skutočných produktov. Medzi nimi je vývoj technológie 3D tlače pre kovové materiály obzvlášť rýchly. V oblasti národnej obrany pripisujú vyspelé krajiny v Európe a Spojených štátoch veľký význam rozvoju kovovej 3D tlače a investujú obrovské sumy peňazí do výskumu. 3D tlač kovových dielov bola vždy stredobodom výskumu a aplikácií. Dokáže tlačiť nielen formy a bicykle, ale dokáže tlačiť aj nové bezprecedentné zbrane a dokonca dokáže tlačiť aj veľké vybavenie, ako sú autá a lietadlá. Ako nový typ inteligentnej výrobnej technológie sa kovová 3D tlač ukázala ako veľmi široká perspektíva použitia a preukázala silný vývojový impulz vo viacerých oblastiach, ako je dizajn a výroba zariadení, podpora zariadení a letecký priemysel.
Kovové funkcie 3D tlače
1) Vysoká presnosť. V súčasnosti možno presnosť kovových zariadení na 3D tlač v zásade kontrolovať pod 0,05 mm.
2) Cyklus je krátky. Kovová 3D tlač nevyžaduje proces výroby foriem, čo značne skracuje čas výroby modelu. Vo všeobecnosti možno model vytlačiť v priebehu niekoľkých hodín alebo dokonca desiatok minút.
3) Dá sa prispôsobiť. Kovová 3D tlač nemá žiadny limit na počet tlačených modelov, bez ohľadu na to, že jeden alebo viac je možné vyrobiť za rovnakú cenu.
4) Rozmanitosť materiálov. Kovový 3D tlačový systém môže často realizovať tlač rôznych materiálov a rozmanitosť tohto materiálu môže spĺňať potreby rôznych oblastí.
5) Náklady sú relatívne nízke. Hoci kovové 3D tlačové systémy a kovové materiály pre 3D tlač sú v súčasnosti relatívne drahé, ak sa používajú na výrobu personalizovaných produktov, výrobné náklady sú relatívne nízke.
Kovová technológia 3D tlače
Ako najmodernejšia a najpotenciálnejšia technológia v celom systéme 3D tlače je technológia 3D tlače kovových dielov dôležitým smerom vývoja pokročilých výrobných technológií. S rozvojom vedy a techniky a potrebami popularizácie a aplikácie sa priama výroba kovových funkčných častí rýchlym prototypovaním stala hlavným vývojovým smerom rýchleho prototypovania. V súčasnosti medzi metódy rýchleho prototypovania, ktoré sa dajú použiť na priamu výrobu kovových funkčných dielov, patria najmä: selektívne tavenie laserom (SLM), selektívne tavenie elektrónovým lúčom (EBSM), laserom upravené tvarovanie siete (LENS)).
Selektívne tavenie laserom (SLM)
SLM je dôležitou súčasťou oblasti kovovej 3D tlače. Jeho vývojový proces prešiel fázami, ako je spekanie nekovového prášku s nízkou teplotou topenia, spekanie potiahnutého prášku s nízkou teplotou topenia s vysokou teplotou topenia a priame topenie prášku s vysokou teplotou topenia. Texaská univerzita v Austine prvýkrát požiadala o patent v roku 1986 a úspešne vyvinula prvé zariadenie SLM v roku 1988. Používa jemne zaostrené miesto na rýchle roztavenie na vopred nastavený práškový materiál s veľkosťou 30-51 μm a dokáže takmer priamo získať akýkoľvek tvar. Rovnako ako funkčné diely s kompletnou metalurgickou väzbou. Hustota môže dosiahnuť takmer 100 percent, rozmerová presnosť môže dosiahnuť 20-50 μm a drsnosť povrchu môže dosiahnuť 20-30 μm. Ide o technológiu rýchleho prototypovania s veľkou perspektívou vývoja.
Formovacie materiály SLM sú väčšinou jednozložkové kovové prášky, vrátane austenitickej nehrdzavejúcej ocele, zliatin na báze niklu, zliatin na báze titánu, zliatin kobaltu a chrómu a drahých kovov. Laserový lúč rýchlo roztaví kovový prášok a získa kontinuálny taviaci kanál, ktorý môže priamo získať takmer husté kovové časti takmer akéhokoľvek tvaru, úplné metalurgické spojenie a vysokú presnosť. Ide o technológiu 3D tlače kovových dielov s veľkou perspektívou vývoja. Jeho rozsah použitia bol rozšírený o letecký priemysel, mikroelektroniku, lekárske ošetrenie, šperky a ďalšie odvetvia.
V procese SLM existuje viac ako 50 ovplyvňujúcich faktorov a existuje šesť kategórií, ktoré majú dôležitý vplyv na účinok formovania: vlastnosti materiálu, systémy laserových a optických dráh, skenovacie prvky, formovacia atmosféra, geometrické vlastnosti formovania a faktory zariadenia. V súčasnosti sa výskumníci doma i v zahraničí zaoberajú predovšetkým procesným výskumom a aplikačným výskumom vyššie uvedených faktorov s cieľom vyriešiť chyby v procese lisovania a zlepšiť kvalitu lisovaných dielov. Z hľadiska procesného výskumu medzi dôležité procesné parametre v procese SLM tvárnenia patrí výkon lasera, rýchlosť skenovania, hrúbka vrstvy prášku, vzdialenosť skenovania a stratégia skenovania atď. Kombináciou rôznych parametrov procesu je možné optimalizovať kvalitu tvarovania.
Hlavnými defektmi v procese tvarovania SLM sú sféroidizácia a deformácia deformácie. Sferoidizácia je nedostatočné natavenie hornej a spodnej vrstvy počas procesu tvarovania. Vplyvom povrchového napätia sa roztavené kvapôčky rýchlo zrolujú do guľovitého tvaru, čo vedie k sféroidizácii. Aby sa zabránilo sféroidizácii, vstupná energia by sa mala primerane zvýšiť. Deformácia deformácie je spôsobená tepelným napätím v procese tvárnenia SLM presahujúcim pevnosť materiálu, čo vedie k plastickej deformácii. Vzhľadom na náročnosť merania zvyškového napätia sa súčasný výskum deformačnej deformácie procesu SLM vykonáva hlavne metódou konečných prvkov a následne sa spoľahlivosť výsledkov simulácie overuje experimentmi. Základným princípom technológie SLM je: najprv použite Pro/e, UG, CATIA a ďalší softvér na 3D modelovanie na navrhnutie 3D objemového modelu dielu na počítači a potom rozdeľte a navrstvite 3D model pomocou softvéru na rezanie, aby ste získali obrysové údaje každej sekcie, dráha snímania plnenia sa generuje z údajov obrysu a zariadenie bude riadiť laserový lúč, aby selektívne roztavil kovové práškové materiály každej vrstvy podľa týchto plniacich snímacích línií a postupne ich naskladal do trojrozmerných kovové časti.