Imprimarea 3D, cunoscută și sub denumirea de fabricație aditivă, poate fi imprimată strat cu strat prin proceduri prestabilite și modele digitale, folosind pulverizarea cu pulbere și alte metode și, în cele din urmă, obțineți produse tridimensionale de înaltă precizie. În comparație cu imprimarea plată convențională, imprimarea 3D poate oferi modele tridimensionale tridimensionale; comparativ cu procesarea obișnuită, imprimarea 3D are un grad mai mare de precizie și automatizare. Se bazează pe avantajele de mai sus, astfel încât tehnologia de imprimare 3D într-o perioadă scurtă de timp pentru a promova utilizarea rapidă. Desigur, tehnologia se confruntă, de asemenea, cu multe provocări de depășit, cum ar fi materialele, echipamentele, standardele industriei. Perspectiva pieței de imprimare 3D este largă, în înțelegerea și utilizarea tehnologiei de imprimare 3D, pe baza tehnologiei de imprimare 3D, și să exploreze în mod activ strategia de inovare și optimizare a tehnologiei de imprimare 3D a devenit, de asemenea, un subiect de cercetare popular.
1.Principii de bază și caracteristici tehnice ale imprimării 3D
Imprimarea 3D, ca tehnologie de ultimă oră în domeniul producției industriale, combină o varietate de tehnologii, inclusiv tehnologia de fabricație stratificată, inginerie mecanică, tehnologia CNC, CAD, tehnologia laser, tehnologia de inginerie inversă, știința materialelor etc. Poate direct , transformă rapid, automat și precis proiectarea unui model electronic într-un prototip cu funcție fixă sau fabrică direct piese, oferind astfel o metodă ieftină și eficientă pentru producerea de prototipuri de piese și verificarea noilor idei de proiectare. Principiul de bază al tehnologiei de imprimare 3D este procesul invers al tomografiei. Tomografia este ceva „tăiat” în nenumărate felii stivuite, imprimarea 3D se face prin suprapunerea continuă a stratului fizic, strat cu strat pentru a crește materialul pentru a genera tehnologie solidă tridimensională, astfel încât tehnologia de fabricație a imprimării 3D este cunoscută și ca „tehnologie de fabricație aditivă.
În comparație cu tehnologia tradițională de imprimare și procesul de fabricație, caracteristicile imprimării 3D sunt concentrate în următoarele aspecte: în primul rând, o finalizare unică a tipăririi, fără a fi nevoie de tăiere, șlefuire repetată, simplificarea procesului de producție a produsului, scurtarea ciclu de producție. Tehnicienii trebuie să obțină coordonatele tridimensionale și caracteristicile structurale ale produsului în avans, apoi să utilizeze software specific pe computer pentru a genera modele tridimensionale și, în final, de către imprimantele 3D controlate de computer pentru a finaliza imprimarea și fabricarea produselor. , realizând cu adevărat că „ceea ce vezi este ceea ce primești”. În al doilea rând, costul este mai mic, în special în producția de masă, în comparație cu procesarea tradițională și fabricarea are avantaje de cost mai semnificative. Din punct de vedere al modului de producție, tehnologia de imprimare 3D trebuie doar să obțină coordonatele tridimensionale ale produsului și să proiecteze un model tridimensional al produsului, restul lucrărilor este realizată automat de echipament, doar o singură persoană poate fi finalizată, costul forței de muncă și costurile de timp sunt scăzute. În cele din urmă, gradul de precizie al produsului este mai mare, în special la fabricarea pieselor de precizie, acuratețea produselor obținute prin imprimarea 3D poate ajunge la nivelul 0.01mm, iar suportul pentru 32-biți de culoare imprimare.
Echipamentele, materialele și tehnologia sunt cele trei elemente de bază ale imprimării 3D. În ceea ce privește echipamentul, acesta include în principal imprimante 3D, scanere 3D, gravoare laser 3D, laser trackere etc.; în ceea ce privește materialele, materialele utilizate în mod obișnuit includ rășina fotosensibilă, pulbere de plastic, pulbere de os, PLA etc.; în ceea ce privește tehnologia, include o varietate de tehnologii cheie, cum ar fi tehnologia 3DP, tehnologia FDM de turnare prin depunere prin depunere (FDM) și tehnologia de fotopolimerizare cu laser SLA. Metodele de operare, principiile de bază și avantajele de aplicare ale acestor tehnologii sunt destul de diferite, după cum urmează.
2. Tehnologia de imprimare 3DP
Tehnologia de imprimare tridimensională (3DP) este cea mai utilizată metodă de imprimare 3D în această etapă. Echipamentul folosit este o imprimantă cu jet de cerneală standard, care poate fi adaptată la o varietate de materiale de imprimare cu pulbere, cum ar fi pulbere ceramică, pulbere de plastic și pulbere de os. După preprogramare și modelare, un strat de pulbere este așezat sub controlul comenzilor computerului, iar apoi duza este mutată pentru a pulveriza adeziv prin duză în zona definită, astfel încât materialele pulbere să fie lipite între ele. După finalizarea primului strat de imprimare, puteți obține prototipul produsului și apoi continuați să repetați pașii de mai sus, după multe depuneri de pulbere, pulverizare, lipire și, în sfârșit, obțineți produsul dorit. Dacă aveți nevoie să imprimați produse color, puteți alege liantul color corespunzător.
SLA este realizat din rășină fotosensibilă, un material lichid care sub iradierea luminii UV cu o anumită lungime de undă (x=325nm) și intensitate (w=30mw) poate suferi rapid o reacție de fotopolimerizare, moleculara greutatea materialului crește dramatic, iar materialul este transformat din stare lichidă în stare solidă. Rezervorul de lichid va fi mai întâi umplut cu rășină fotosensibilă lichidă, laser cu heliu-cadmiu sau laser cu ioni de argon emis de fascicul laser UV în computer sub manipularea piesei de prelucrat în funcție de stratificarea datelor în secțiune transversală în scanarea suprafeței rășinii fotosensibile lichide. linie cu linie și punct cu punct, ceea ce face ca zona de scanare a stratului de rășină să producă polimerizare și întărire din formarea unui strat subțire al piesei de prelucrat. Odată ce un strat este întărit, masa este mutată în jos cu o grosime a stratului și un nou strat de rășină lichidă este aplicat pe suprafața de rășină întărită anterior până când se obține un model solid 3D.
Echipamentele utilizate în procesul SLS includ lasere, oglinzi de scanare și role de nivelare. Procesul tehnic este următorul: în primul rând, așezați pe masa de lucru un strat cu grosimea potrivită de material pulbere, acordând prioritate rășinii fotosensibile, pudrei de parafină, pudrei de plastic, în general nu folosiți pudră ceramică, pudră metalică. Apoi presetați programul, citiți modelul, în instrucțiunile de control al computerului, laserul va trimite un fascicul laser și, prin oglinda de scanare, iradierea materialului pulbere pe masă. Deoarece laserul are o energie foarte mare, va sinteriza materialul pulbere, formând mai întâi conturul exterior al produsului, apoi va continua să depună pulbere, sinterizarea pulberii din exterior spre interior și, după de multe ori, de multe ori de aplicare a pulberii. de sinterizare, formarea finală a produsului dorit. În comparație cu metodele de imprimare 3D de mai sus, procesul tehnologic de sinterizare selectivă cu laser bazat pe SLS este relativ simplu, iar viteza de producție a produsului este mai rapidă. Cu toate acestea, această tehnologie are, de asemenea, deficiențe, cum ar fi materialele de imprimare selective, pulbere metalică, pulbere ceramică în procesul de sinterizare trebuie să consume mai multă energie, ceea ce va duce la creșteri ale costurilor, astfel încât pentru metal, ceramică ca produse materiale principale, nu este potrivit pentru a alege această tehnologie.
Această tehnologie are o oarecare asemănare cu tehnologia de imprimare plată stereo SLA descrisă mai sus, principala diferență fiind utilizarea DLP (Digital Light Processor). După pregătirea fotopolimerului lichid, un procesor de lumină digital de înaltă precizie este instalat direct deasupra materialului, iar tehnicianul ajustează echipamentul, mută fasciculul de lumină la coordonatele (0.0) și finalizează iradierea sub controlul instrucțiunilor computerului, astfel încât materialul lichid să se întărească treptat. Procesul de fotopolimerizare este, de asemenea, întărire strat cu strat, dar viteza de polimerizare este mai rapidă, iar precizia de turnare a produsului este mai mare. În plus, are un avantaj față de alte tehnologii de imprimare 3D în ceea ce privește netezimea suprafeței. Cu toate acestea, există deficiențe, cum ar fi puritatea ridicată a fotopolimerului lichid, care poate afecta negativ performanța produsului final dacă este amestecat cu impurități.
Procesul LOM utilizează o foaie subțire de material, cum ar fi hârtie sau folie de plastic. Suprafața foii este acoperită în prealabil cu un adeziv topit la cald. În timpul prelucrării, rola de presare la cald presează la cald foaia pentru a o lega cu piesa de prelucrat formată de mai jos; laserul CO2 este folosit pentru a tăia conturul secțiunii transversale a piesei și cadrul exterior al piesei de prelucrat pe noul strat tocmai lipit și pentru a tăia grilele aliniate de sus și de jos în zona redundantă dintre conturul secțiunii transversale. și cadrul exterior; după finalizarea tăierilor cu laser, piesa de prelucrat formată este coborâtă de masa de lucru pentru a o separa de foaia de bandă (centrul de material); mecanismul de alimentare cu material rotește axa de preluare și axa de alimentare cu material pentru a muta centura de material, astfel încât produsul final să nu aibă performanțe negative. Mecanismul de alimentare rotește axa de preluare și axa de alimentare, conducând cureaua de material să se deplaseze, astfel încât noul strat să se deplaseze în zona de prelucrare; masa de lucru se ridică în planul de prelucrare; presiunea caldă a rolei de presiune fierbinte, numărul de straturi ale piesei de prelucrat crește cu un strat, iar înălțimea crește cu o grosime a materialului; și apoi decupează conturul secțiunii transversale pe noul strat. Acest lucru se repetă până când toate secțiunile piesei sunt lipite și tăiate, rezultând o piesă solidă fabricată în straturi.
PCM este o nouă tehnologie de imprimare 3D dezvoltată de Universitatea Tsinghua în 2013. Procesul de operare este următorul: în primul rând, modelul CAD al piesei este desenat în computer, iar apoi parametrii modelului sunt salvați sub formă de fișiere STL . Modelul CAD este convertit într-un model de turnare conform modelului piesei. Straturi de sus în jos, utilizarea echipamentelor de scanare, scanare strat cu strat, după finalizarea modelului de scanare a coordonatelor tridimensionale, și apoi începe de jos în partea de sus a nisipului, lipirea. În procesul de turnare au fost folosite două duze, una pentru a injecta liantul și cealaltă pentru a injecta catalizatorul. Cele două materiale sunt pulverizate simultan, iar la contact are loc o reacție coloidală, formând un strat puternic de material. După completarea primului strat, al doilea și al treilea strat sunt efectuate în succesiune până la obținerea produsului final.
3. Domenii de aplicare și limitări ale tehnologiei de imprimare 3D
De la apariția primei imprimante 3D comerciale în 1986, tehnologia de imprimare 3D a fost dezvoltată doar de mai bine de 30 de ani, dar a fost utilizată pe scară largă în multe domenii precum construcții, medicină și aviație. În industria construcțiilor, tehnologia de imprimare 3D este combinată cu tehnologia BIM pentru a construi un model 3D al unei clădiri într-un computer și apoi a-l imprima. Prin modelele de clădiri tridimensionale 3D, se oferă suport tehnic în afișarea clădirilor, referințe de construcție etc. În industria medicală, tehnologia de imprimare 3D este utilizată pentru a produce oase artificiale simulate, cu aplicație clinică ideală. În plus, medicii pot utiliza, de asemenea, tehnologia de imprimare 3D pentru a produce modele patologice, previzualizări chirurgicale în situații simulate, pentru a proiecta programe chirurgicale și pentru a îmbunătăți rata de succes a intervenției chirurgicale. În domeniul aerospațial, utilizarea imprimării 3D poate produce piese de înaltă precizie care îndeplinesc standardele de proiectare și cerințele de utilizare, cum ar fi paletele turbinei motorului, duzele de combustibil integrate etc., ceea ce contribuie, de asemenea, în mod pozitiv la îmbunătățirea performanței generale a navelor spațiale. În plus, precum și fabricarea matrițelor de injecție în producția industrială, precum și fabricarea de bunuri de larg consum personalizate etc., odată cu maturitatea tehnologiei de imprimare 3D și reducerea costului de utilizare, a fost promovată una după alta. .
Tehnologia de imprimare 3D în promovarea și utilizarea procesului, nu numai că evidențiază avantajele puternice ale aplicației, dar se confruntă și cu mai multe restricții. Din punctul de vedere al stadiului actual al condițiilor tehnice, factorii care limitează dezvoltarea și promovarea imprimării 3D includ în principal următoarele: În primul rând, materialul. Prin analiza de mai sus, se poate observa că actualele materiale de imprimare 3D sunt în principal rășini fotosensibile, ceramică, parafină și așa mai departe. În contextul extinderii domeniului de aplicare, numărul limitat de materiale evident nu poate îndeplini cerințele în unele domenii emergente. De exemplu, este imposibil să folosiți materiale metalice și aliaje pentru imprimarea 3D, ceea ce impune restricții privind aplicarea acesteia. În plus, prețul materialului este relativ scump, în tipărirea în lot, costul ridicat este, de asemenea, un factor limitativ. În al doilea rând, în ceea ce privește echipamentele, prețul echipamentului trebuie redus dacă tehnologia de imprimare 3D se dorește a fi pe deplin comercializată. În această etapă, prețul unei imprimante 3D obișnuite este de aproximativ 5,000 yuani, iar dacă există cerințe mai mari de precizie, prețul echipamentului variază de la 10,000 la câteva zeci de mii . Acesta este încă un consum mare pentru utilizatorii obișnuiți, ceea ce împiedică popularitatea deplină a imprimării 3D.
Tendință de dezvoltare a tehnologiei de imprimare 4.3D
Tehnologia de imprimare 3D are perspective largi de dezvoltare, în contextul amplorii pieței în expansiune, pentru a face imprimarea 3D poate fi standardizată și dezvoltare industrializată, este necesar să se consolideze standardele de design de nivel superior și de sunet al industriei. De către departamentele guvernamentale relevante, sau autoritatea industriei, cât mai curând posibil pentru a pregăti și introduce un sistem unificat de standarde, inclusiv standarde de producție de materiale, standarde de cercetare și dezvoltare a echipamentelor, standarde de evaluare a tehnologiei. Cu un sistem standard perfect, dezvoltarea tehnologiei de imprimare 3D pentru a oferi o garanție puternică. De exemplu, în ultimii ani, multe unități de cercetare au efectuat explorări aprofundate în nanomateriale, compozite polimerice și materiale cu gradient funcțional. După implementarea unui standard unificat, parametrii și standardele diferitelor tipuri de materiale vor fi reglementați, iar la achiziționarea de materiale de imprimare 3D, vom verifica dacă acestea sunt în conformitate cu specificațiile standard, pentru a pune capăt low- materiale de calitate, „cabana” și asigură performanța și calitatea produselor tipărite.
În prezent, tehnologia de imprimare 3D necesită un grad ridicat de specializare în proiectarea produsului și procesarea parametrilor atunci când este aplicată. Pe lângă creșterea sarcinii asupra personalului, aceasta aduce și problema pragului ridicat de intrare. Prin urmare, odată cu dezvoltarea tehnologiei AI și a tehnologiei big data, viitorul tehnologiei de imprimare 3D se va dezvolta în direcția inteligenței și simplității, oferind utilizatorilor o experiență mai bună. Calea de dezvoltare specifică include două aspecte: unul este hardware-ul, adică echipamentul de imprimare 3D. Pe lângă reducerea suplimentară a prețului echipamentului, ar trebui să ofere și funcții mai umane, cum ar fi funcțiile de vizualizare, pentru a afișa întregul proces de imprimare 3D, utilizatorii pot ajusta parametrii de imprimare în orice moment în funcție de ecranul în timp real, care este propice obținerii produselor imprimate dorite; al doilea este software-ul, care oferă software de proiectare, software de control al imprimării și alte software funcționale pentru a sprijini mai multe tipuri de nevoi de imprimare.
Echipamentele de imprimare și materialele de imprimare sunt cheia pentru aplicarea și dezvoltarea tehnologiei de imprimare 3D. R & D potrivite pentru nevoile de imprimare 3D de mai multe tipuri de materiale, dar, de asemenea, să devină următorul pas în dezvoltarea acestei inovații tehnologice este importantă. În plus față de materialele rășini fotosensibile mai frecvent utilizate, se preconizează că materialele din pulbere polimerică, cum ar fi materialele sub formă de pulbere de parafină, materialele din pulbere de nisip de acoperire, materialele din pulbere metalică, precum și materialele de sârmă topită, materialele compozite lemn-plastic etc. promovat în imprimarea 3D. Pe lângă furnizarea unei game mai bogate de materiale suport, performanța materialului, soliditatea și adaptabilitatea specială la mediu vor fi, de asemenea, mult îmbunătățite, astfel încât produsele de imprimare 3D să poată fi utilizate în diverse domenii și medii pentru a juca un avantaj evident al aplicației.
5. Rezumat
În ultimii ani, tehnologia de imprimare 3D a arătat avantaje puternice de aplicare în multe domenii, iar multe piese și produse de precizie bazate pe tehnologia de imprimare 3D au avut, de asemenea, impact pozitiv în promovarea dezvoltării și inovației industriei. Trebuie remarcat faptul că, odată cu extinderea domeniului de aplicare a tehnologiei de imprimare 3D, se confruntă și cu unele blocaje, în special în ceea ce privește materialele și echipamentele. În viitor, ar trebui să acordăm atenție cercetării și dezvoltării tehnologiilor de sprijin, să oferim mai multe materiale de imprimare alternative, precum și să reducem costul echipamentelor de imprimare, să îmbunătățim nivelul uman și inteligent al operațiunilor de imprimare, astfel încât să oferim suport tehnic pentru dezvoltarea socială și economică.
