Seit dem Aufkommen der 3D-Drucktechnologie wurde die 3D-Drucktechnologie nach und nach auf die Herstellung tatsächlicher Produkte angewendet. Unter ihnen ist die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie für Metallmaterialien besonders schnell. Im Bereich der Landesverteidigung legen Industrieländer in Europa und den Vereinigten Staaten großen Wert auf die Entwicklung der Metall-3D-Drucktechnologie und investieren riesige Summen in die Forschung. Der 3D-Druck von Metallteilen steht seit jeher im Fokus von Forschung und Anwendung. Es kann nicht nur Formen und Fahrräder drucken, es kann auch beispiellose neue Waffen drucken und es kann sogar große Ausrüstung wie Autos und Flugzeuge drucken. Als neue Art intelligenter Fertigungstechnologie hat der Metall-3D-Druck eine sehr breite Anwendungsperspektive gezeigt und eine starke Entwicklungsdynamik in mehr Bereichen wie Gerätedesign und -herstellung, Geräteunterstützung und Luft- und Raumfahrt gezeigt.
1 Überblick über die Metall-3D-Drucktechnologie
1.1 Grundlegende Übersicht
Die Kernidee der Metall-3D-Drucktechnologie entstand erstmals Ende des 19. Jahrhunderts in den Vereinigten Staaten, nahm aber erst Mitte-1980s Gestalt an. 1986 erfand der Amerikaner Charles Hull den ersten 3D-Drucker. Mein Land begann 1991 mit dem Studium der 3D-Drucktechnologie. Um das Jahr 2000 herum begannen sich diese Prozesse allmählich von der Laborforschung zum Engineering und zur Produktion zu entwickeln. Damals hieß es Rapid Prototyping (RP), also Mock-Ups, bevor Muster entwickelt wurden. Jetzt spricht man auch von Rapid-Prototyping-Technologie, additiver Fertigung. Der Einfachheit halber wird diese neue Technologie jedoch kollektiv als 3D-Druck bezeichnet. 3D-Druck ist eine Art Rapid-Prototyping-Technologie. Es handelt sich um eine Technologie, die auf digitalem Modelldesign basiert, bei der verbindbare Materialien wie Metallpulver oder Harz verwendet werden und dreidimensionale Objekte durch „additives“ Drucken Schicht für Schicht konstruiert werden. Der Metall-3D-Druck wurde als „das Denken und die Technologie des letzten Jahrhunderts, der Markt dieses Jahrhunderts“ bezeichnet. Darüber hinaus hat mein Land kürzlich einen Durchbruch im 3D-Metalldruck in der Luft- und Raumfahrt erzielt. Chinas Luft- und Raumfahrt hat einen neuen Durchbruch erzielt, und das Gewicht von 3D-gedruckten Metallteilen wurde von 3 kg auf 600 g reduziert, was einer Gewichtsreduzierung von 80 Prozent entspricht.
1.2 Merkmale des Metall-3D-Drucks
1) Hohe Präzision. Derzeit kann die Genauigkeit von Metall-3D-Druckgeräten grundsätzlich unter 0,05 mm gesteuert werden.
2) Der Zyklus ist kurz. Der Metall-3D-Druck erfordert keinen Produktionsprozess von Formen, was die Produktionszeit des Modells erheblich verkürzt. Im Allgemeinen kann ein Modell in wenigen Stunden oder sogar mehreren zehn Minuten gedruckt werden.
3) Es kann personalisiert werden. Beim Metall-3D-Druck ist die Anzahl der gedruckten Modelle unbegrenzt, unabhängig davon, ob eines oder mehrere zu denselben Kosten hergestellt werden können.
4) Materialvielfalt. Ein Metall-3D-Drucksystem kann oft den Druck verschiedener Materialien realisieren, und die Vielfalt dieses Materials kann die Anforderungen verschiedener Bereiche erfüllen.
5) Die Kosten sind relativ niedrig. Obwohl Metall-3D-Drucksysteme und Metallmaterialien für den 3D-Druck heute relativ teuer sind, sind die Produktionskosten relativ niedrig, wenn sie zur Herstellung personalisierter Produkte verwendet werden.
Selektives Laserschmelzen (SLM)
SLM ist ein wichtiger Bestandteil im Bereich des Metall-3D-Drucks. Seine Entwicklungsgeschichte hat Phasen wie das Sintern von nichtmetallischem Pulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das Sintern von mit niedrigem Schmelzpunkt beschichtetem Pulver mit hohem Schmelzpunkt und das direkte Schmelzen von Pulver mit hohem Schmelzpunkt durchlaufen. Die University of Texas at Austin meldete erstmals 1986 ein Patent an und entwickelte 1988 erfolgreich die erste SLM-Ausrüstung. Sie verwendet einen fein fokussierten Punkt, um schnell in ein voreingestelltes Pulvermaterial von 30-51 μm zu schmelzen, und kann fast direkt jede Form erhalten. Sowie Funktionsteile mit vollständiger metallurgischer Verbindung. Die Dichte kann fast 100 Prozent erreichen, die Maßgenauigkeit kann 20-50 μm erreichen und die Oberflächenrauheit kann 20-30 μm erreichen. Es handelt sich um eine Rapid-Prototyping-Technologie mit großen Entwicklungsperspektiven.
SLM-Formmaterialien sind meist Einkomponenten-Metallpulver, einschließlich austenitischem Edelstahl, Legierungen auf Nickelbasis, Legierungen auf Titanbasis, Kobalt-Chrom-Legierungen und Edelmetalle. Der Laserstrahl schmilzt das Metallpulver schnell und erhält einen kontinuierlichen Schmelzkanal, der direkt nahezu dichte Metallteile mit nahezu jeder Form, vollständiger metallurgischer Bindung und hoher Präzision erhalten kann. Es ist eine 3D-Drucktechnologie für Metallteile mit großen Entwicklungsperspektiven. Sein Anwendungsbereich wurde auf Luft- und Raumfahrt, Mikroelektronik, medizinische Behandlung, Schmuck und andere Industrien erweitert.
Es gibt mehr als 50 Einflussfaktoren im SLM-Prozess, und es gibt sechs Kategorien, die einen wichtigen Einfluss auf den Formungseffekt haben: Materialeigenschaften, Laser- und optische Pfadsysteme, Scanmerkmale, Formatmosphäre, Formteilgeometriemerkmale und Ausrüstungsfaktoren . Derzeit betreiben Forscher im In- und Ausland hauptsächlich Prozess- und Anwendungsforschung zu den oben genannten Einflussfaktoren mit dem Ziel, Fehler im Formprozess zu beheben und die Qualität von Formteilen zu verbessern. Aus Sicht der Prozessforschung sind die wichtigen Prozessparameter im SLM-Umformprozess Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Pulverschichtdicke, Scanabstand, Scanstrategie usw. Durch die Kombination verschiedener Prozessparameter kann die Umformqualität optimiert werden.
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