Spis treści
Metale są wykorzystywane niemal wszędzie w wielu sektorach przemysłu do różnych celów. Oprócz budownictwa i produkcji pojazdów, metale są również wykorzystywane głównie jako
Proces drukowania 3D z metali
Bezpośrednie laserowe spiekanie metali
Bezpośrednie laserowe spiekanie metali (DMLS, znane również jako LPBF – Laser Power Bed Fusion), które opiera się na procesie topienia opartym na złożu proszku, jest jednym z głównych procesów drukowania 3D z metali. W tym procesie metal jest przedstawiany jako proszek i topiony lokalnie z najwyższą dokładnością przez źródło energii, zwykle laser, w celu utworzenia struktury 3D.
W procesie CLAD (laser deposition welding lub cladding, znany również jako DED – dorect emergy deposition – proces), proszek metalowy jest nakładany z dyszy w procesie bardzo podobnym do koloru prawdziwej drukarki. Jednak proszek jest topiony bezpośrednio za pomocą lasera na wylocie dyszy, dzięki czemu płynny metal może być drukowany bezpośrednio.
Połączeniem wytwarzania addytywnego i przetwarzania addytywnego jest tak zwany proces cięcia na zimno lub natryskiwanie zimnym gazem. W tym przypadku drobne cząstki metalu są przeciskane przez cienką dyszę pod wysokim ciśnieniem za pomocą gazu nośnego (zwykle helu), dzięki czemu odkształcają się plastycznie, gdy uderzają w podłoże, tworząc warstwę, która może być przetwarzana bezpośrednio bez faktycznego topienia. Proces ten jest jednak rzadko stosowany ze względu na wysokie koszty.
Rozpylanie spoiw metalowych
Istnieje również metoda wtryskiwania spoiwa metalowego. Podobnie jak w przypadku procesu sproszkowanego tworzywa sztucznego, metal jest mieszany ze spoiwem i łączony w jednorodną masę. Powstała w ten sposób zielona część jest następnie uwalniana od spoiwa za pomocą procesów termicznych, tj. poprzez spalanie lub ogrzewanie laserowe, i formowana do ostatecznego kształtu.
Modelowanie osadzania topionego
Podobnie jak w przypadku tworzyw sztucznych, istnieje również modelowanie osadzania topionego (FDM), w którym metaliczny filament (zwykle wykonany z metali lub stopów o niskiej temperaturze topnienia) jest po prostu podgrzewany, aż zmięknie, a następnie nakładany warstwami za pomocą dyszy.
Cechą wspólną wszystkich tych procesów jest to, że nie działają one z każdym metalem. Powszechnie stosowanymi metalami w druku 3D są aluminium i jego stopy, stale i stopy żelaza, a także materiały takie jak gal, ind, tytan, kobalt czy chrom.
Pomimo stosunkowo wysokich kosztów, obecnie stosuje się również metale szlachetne, takie jak złoto i srebro. Jednak formowanie jest tutaj nieco trudniejsze. Metale ciężkie i bardzo twarde lub ogniotrwałe są używane rzadko lub wcale.
Zastosowania metalicznego druku 3D
Najczęstsze zastosowania druku 3D z metalu to przede wszystkim prototypowanie oraz prace badawczo-rozwojowe, zwłaszcza jeśli produkowane mają być tylko pojedyncze części, a nie serie. W tym przypadku wykonanie formy dla odlewanego elementu jest często bardzo kosztowne i można go sprytnie uniknąć dzięki drukowi 3D.
Nie bez znaczenia są również koszty energii zaoszczędzone w porównaniu z formowanym elementem. To samo dotyczy oszczędności materiałowych na często drogim surowcu metalicznym. Ponadto nie można zaprzeczyć zaletom druku 3D z metali, szczególnie w przypadku niestandardowych implantów w technologii medycznej lub specjalnie dostosowanych części zamiennych do maszyn.
W przeciwieństwie do ceramicznego lub polimerowego druku 3D, nie wszystkie kształty lub struktury można łatwo zrealizować za pomocą spiekania metali lub drukowania w zimnym gazie, ponieważ różne metale mają bardzo różne strefy topnienia i dlatego nie zawsze jest możliwe zastosowanie mieszanin lub określonych warstw. Niemniej jednak obecnie prowadzone są dalsze badania nad tymi metodami, aby w przyszłości otworzyć jeszcze bardziej elastyczne i różnorodne możliwości zastosowania.
Zalety druku 3D z metali:
- Nie jest wymagana budowa formy
- Oszczędność kosztów energii
- Oszczędność surowców metalicznych
- Możliwość produkcji poszczególnych części na zamówienie
Analiza termiczna metali drukowanych w 3D
- Za pomocą DSC temperatury topnienia i przejścia fazowe można określić, a stopy można zoptymalizować pod kątem zastosowania w druku 3D. ( Zastosowanie stali stopowej )
- Za pomocą dylatometria można wykazać rozszerzalność, twardość i przejścia fazowe. ( Zastosowanie z żelazem )
- Przewodność cieplną i właściwości przenoszenia ciepła zarówno utwardzonych produktów, jak i proszków i stopów można łatwo scharakteryzować za pomocą metod THB i błysku laserowego. ( Zastosowanie z miedzią i aluminium )
Właściwości termoelektryczne, takie jak opór elektryczny, przewodność i współczynnik Seebecka, można również precyzyjnie określić za pomocą nowoczesnych metod analizy termicznej. ( Zastosowanie z miedzią )
