İçindekiler
Metaller, birçok sanayi sektöründe çok çeşitli amaçlar için hemen hemen her yerde kullanılmaktadır. İnşaat ve araç imalatının yanı sıra, metaller öncelikle şu amaçlarla da kullanılmaktadır iletkenler ve yarı iletkenlerkaplama, elektronik bileşenler veya elektrik mühendisliğinde muhafaza parçaları. Özellikle burada otomobil, tıp ve havacılık ve uzay sektörü uygulamalar genellikle çok özeldir ve küçük, tam oturan yapılar gerektirir. Bunları gerçekleştirmek için, geçmişte her biri daha düşük maliyetlerle daha yüksek hassasiyet ve aynı zamanda daha düşük malzeme tüketimi ile sonuçlanan daha modern üretim yöntemleri geliştirilmiştir. Özellikle 3D baskı olarak adlandırılan süreçler bu konuda önemli bir gelişme adımını temsil etmektedir.
Metallerle 3D baskı süreci
Doğrudan Lazer Metal Sinterleme
Toz yatağı tabanlı eritme işlemine dayanan Doğrudan Lazer Metal Sinterleme (DMLS, LPBF – Lazer Güç Yatağı Füzyonu olarak da bilinir), metallerle yapılan ana 3D baskı işlemlerinden biridir. Bu süreçte metal bir toz olarak sunulur ve 3D bir yapı oluşturmak için genellikle bir lazer olan bir enerji kaynağı tarafından nokta hassasiyetiyle yerel olarak eritilir.
CLAD’de (lazer biriktirme kaynağı veya kaplama, DED – dorect emergy deposition – işlemi olarak da bilinir), gerçek bir yazıcının rengine çok benzer bir işlemle bir nozülden metal tozu uygulanır. Ancak toz, nozül çıkışında doğrudan bir lazerle eritilir, böylece sıvı metal doğrudan basılabilir.
Katmanlı üretim ve katmanlı işlemenin bir kombinasyonu, soğuk kesim işlemi veya soğuk gaz püskürtme olarak adlandırılır. Burada, ince metal parçacıklar bir taşıyıcı gazla (genellikle helyum) yüksek basınçta ince bir nozülden bastırılır, böylece bir alt tabakaya çarptıklarında plastik olarak deforme olurlar ve aslında erimeden doğrudan işlenebilen bir katman oluştururlar. Ancak bu işlem yüksek maliyetleri nedeniyle nadiren kullanılmaktadır.
Metal Bağlayıcı Jetting
Ayrıca metal bağlayıcı püskürtme de vardır. Plastik toz yatağı işlemine benzer şekilde, metal bir bağlayıcı ile karıştırılır ve homojen bir kütle oluşturmak için bağlanır. Ortaya çıkan yeşil parça daha sonra termal işlemler kullanılarak , yani yakılarak veya lazerle ısıtılarak bağlayıcıdan kurtarılır ve nihai şekline göre kalıplanır.
Kaynaşmış biriktirme modellemesi
Plastik sürecine benzer şekilde, metalik bir filamentin (genellikle düşük erime noktalı metallerden veya alaşımlardan yapılır) yumuşayana kadar basitçe ısıtıldığı ve ardından bir nozül aracılığıyla katmanlar halinde uygulandığı kaynaşmış biriktirme modellemesi (FDM) de vardır.
Tüm bu süreçlerin ortak noktası, her metalle çalışmamalarıdır. Metalik 3D baskı için yaygın metaller alüminyum ve alaşımları, çelikler ve demir alaşımlarının yanı sıra galyum, indiyum, titanyum, kobalt veya krom gibi malzemelerdir.
Nispeten yüksek maliyetlere rağmen, altın ve gümüş gibi değerli metaller de artık kullanılmaktadır. Ancak burada kalıplama biraz daha zordur. Ağır metaller ve çok sert veya refrakter metaller çok az kullanılmakta veya hiç kullanılmamaktadır.
Metalik 3D baskı uygulamaları
Metalik 3D baskının en yaygın uygulamaları öncelikle prototipleme ve araştırma ve geliştirmedir, özellikle de sadece bireysel parçalar üretilecek ve seri üretilmeyecekse. Burada, döküm bir iş parçası için kalıp yapımı genellikle çok pahalıdır ve 3D baskı ile akıllıca önlenebilir.
Kalıplanmış bir iş parçasına kıyasla tasarruf edilen enerji maliyetleri de önemsiz değildir. Aynı durum, genellikle pahalı olan metalik hammaddeden sağlanan malzeme tasarrufu için de geçerlidir. Ayrıca, özellikle tıbbi teknolojide özelleştirilmiş implantlar veya özel olarak uyarlanmış makine yedek parçaları söz konusu olduğunda, metallerle 3D baskının avantajları inkar edilemez.
Seramik veya polimer 3D baskının aksine, farklı metaller çok farklı erime bölgelerine sahip olduğundan ve bu nedenle karışımları veya belirli katmanları uygulamak her zaman mümkün olmadığından, tüm şekiller veya yapılar metal sinterleme veya soğuk gaz baskı ile kolayca gerçekleştirilemez. Bununla birlikte, gelecekte daha da esnek ve çeşitli uygulama olanaklarının önünü açmak için bu yöntemler üzerinde daha fazla araştırma yapılmaktadır.
Metallerle 3D baskının avantajları:
- Kalıp yapımına gerek yok
- Enerji maliyetlerinden tasarruf
- Metalik hammadde tasarrufu
- Münferit parçaların özelleştirilmiş üretimi mümkün
3D baskılı metallerin termal analizi
- DSC aracılığıyla erime noktaları ve faz geçişleri belirlenebilir ve alaşımlar bu nedenle 3D baskıda kullanım için optimize edilebilir. (Alaşımlı çelik uygulamaları)
- vasıtasıyla dilatometri genleşme davranışı, sertlik ve faz geçişleri gösterilebilir. (Demir ile uygulama)
- Hem kürlenmiş ürünlerin hem de tozların ve alaşımların termal iletkenlik ve ısı transfer özellikleri THB ve lazer flaş yöntemleri kullanılarak kolayca karakterize edilebilir. (Bakır ve alüminyum ile uygulama)
Elektrik direnci, iletkenlik ve Seebeck katsayısı gibi termo-elektriksel özellikler de modern termal analiz yöntemleri kullanılarak hassas bir şekilde belirlenebilir. (Bakır ile uygulama)
