La impressió 3D, també coneguda com a fabricació additiva, es pot imprimir capa per capa mitjançant procediments preestablerts i models digitals, utilitzant polvorització de pols i altres mètodes i, finalment, obtenir productes tridimensionals d'alta precisió. En comparació amb la impressió plana convencional, la impressió 3D pot proporcionar models tridimensionals tridimensionals; en comparació amb el processament normal, la impressió 3D té un grau de precisió i automatització més alt. Es basa en els avantatges anteriors, de manera que la tecnologia d'impressió 3D en un curt període de temps per promoure l'ús de ràpid. Per descomptat, la tecnologia també s'enfronta a molts reptes per superar, com ara material, equipament, estàndards de la indústria. La perspectiva del mercat d'impressió 3D és àmplia, en la comprensió i l'ús de la tecnologia d'impressió 3D, basada en la tecnologia d'impressió 3D, i explorar activament l'estratègia d'innovació i optimització de la tecnologia d'impressió 3D també s'ha convertit en un tema de recerca popular.
Principis bàsics i característiques tècniques de la impressió 1.3D
La impressió 3D, com a tecnologia d'avantguarda en el camp de la fabricació industrial, combina una varietat de tecnologies, com ara tecnologia de fabricació en capes, enginyeria mecànica, tecnologia CNC, CAD, tecnologia làser, tecnologia d'enginyeria inversa, ciència dels materials, etc. Pot directament. , transforma de manera ràpida, automàtica i precisa el disseny d'un model electrònic en un prototip amb una funció fixa o fabrica directament peces, proporcionant així un mètode de baix cost i eficaç per a la producció de prototips de peces i la verificació de noves idees de disseny. El principi bàsic de la tecnologia d'impressió 3D és el procés invers de la tomografia. La tomografia és quelcom "tallat" en innombrables rodanxes apilades, la impressió 3D es fa mitjançant la superposició de capa física contínua, capa per capa per augmentar el material per generar tecnologia sòlida tridimensional, de manera que la tecnologia de fabricació d'impressió 3D també es coneix com "tecnologia de fabricació additiva.
En comparació amb la tecnologia d'impressió i el procés de fabricació tradicionals, les característiques de la impressió 3D es concentren en els aspectes següents: primer, una finalització única de la impressió, sense necessitat de tall repetit, mòlta, simplificació del procés de producció del producte, escurçament del cicle de producció. Els tècnics han d'obtenir les coordenades tridimensionals i les característiques estructurals del producte amb antelació, i després utilitzar un programari específic a l'ordinador per generar models tridimensionals i, finalment, per les impressores 3D controlades per ordinador per completar la impressió i la fabricació de productes. , adonar-se de veritat que "el que veus és el que obtens". En segon lloc, el cost és més baix, especialment en la producció en massa, en comparació amb el processament tradicional i la fabricació té avantatges de costos més significatius. Des del punt de vista del mode de producció, la tecnologia d'impressió 3D només necessita obtenir les coordenades tridimensionals del producte i dissenyar un model tridimensional del producte, la resta del treball es fa automàticament per l'equip, només es pot completar una persona, el cost de la mà d'obra i els costos de temps són baixos. Finalment, el grau de precisió del producte és més elevat, especialment en la fabricació de peces de precisió, la precisió dels productes obtinguts per impressió 3D pot arribar a un nivell de 0,01 mm i suport per a 32-bit color impressió.
L'equip, els materials i la tecnologia són els tres elements bàsics de la impressió 3D. Pel que fa als equipaments, inclou principalment impressores 3D, escàners 3D, gravadors làser 3D, rastrejadors làser, etc.; Pel que fa als materials, els materials d'ús habitual inclouen resina fotosensible, pols de plàstic, pols d'os, PLA, etc.; pel que fa a la tecnologia, inclou una varietat de tecnologies clau, com ara la tecnologia 3DP, la tecnologia d'emmotllament per deposició de fusió FDM (FDM) i la tecnologia de curat per llum làser SLA. Els mètodes d'operació, els principis bàsics i els avantatges d'aplicació d'aquestes tecnologies són força diferents, de la manera següent.
2. Tecnologia d'impressió 3DP
La tecnologia d'impressió tridimensional (3DP) és el mètode d'impressió 3D més utilitzat en aquesta etapa. L'equip utilitzat és una impressora d'injecció de tinta estàndard, que es pot adaptar a una varietat de materials d'impressió en pols, com ara pols de ceràmica, pols de plàstic i pols d'os. Després de la preprogramació i el modelatge, s'estableix una capa de pols sota el control de les ordres de l'ordinador i, a continuació, el broquet es mou per polvoritzar l'adhesiu a través del broquet fins a l'àrea definida, de manera que els materials en pols s'uneixen entre si. Després d'haver acabat la primera capa d'impressió, podeu obtenir el prototip del producte i, a continuació, continuar repetint els passos anteriors, després de moltes instal·lacions de pols, polvorització, unió i, finalment, obtenir el producte desitjat. Si necessiteu imprimir productes en color, podeu triar l'enquadernador de color adequat.
SLA està fet de resina fotosensible, un material líquid que sota la irradiació de llum UV d'una determinada longitud d'ona (x=325nm) i intensitat (w=30mw) pot experimentar ràpidament una reacció de fotopolimerització, la molecular El pes del material augmenta dràsticament i el material es transforma d'un estat líquid a un estat sòlid. El dipòsit de líquid s'omplirà primer amb resina fotosensible líquida, làser d'heli-cadmi o làser d'ions d'argó emès pel raig làser UV a l'ordinador sota la manipulació de la peça d'acord amb la capa de dades de la secció transversal a l'escaneig de superfícies de resina fotosensible líquida. línia per línia i punt per punt, que fa que l'àrea d'escaneig de la capa de resina produeixi polimerització i curat a partir de la formació d'una capa fina de la peça. Un cop curada una capa, la taula es mou cap avall un gruix de capa i s'aplica una nova capa de resina líquida a la superfície de resina curada prèviament fins que s'obté un model sòlid 3D.
L'equip utilitzat en el procés SLS inclou làsers, miralls d'escaneig i corrons d'anivellament. El procés tècnic és el següent: en primer lloc, col·loqueu una capa de gruix adequat de material en pols a la taula de treball, donant prioritat a la resina fotosensible, la pols de parafina, la pols de plàstic, generalment no utilitzeu pols ceràmica, pols metàl·lica. A continuació, predefiniu el programa, llegiu el model, a les instruccions de control de l'ordinador, el làser enviarà un raig làser i, a través del mirall d'escaneig, la irradiació del material en pols a la taula. Com que el làser té una energia molt alta, sinteritzarà el material en pols, primer formant el contorn extern del producte, i després continuarà posant pols, sinteritzant la pols des de l'exterior cap a l'interior, i després de moltes vegades de posar la pols, moltes vegades. de sinterització, la formació final del producte desitjat. En comparació amb els mètodes d'impressió 3D anteriors, el procés de tecnologia de sinterització làser selectiva basat en SLS és relativament senzill i la velocitat de producció del producte és més ràpida. Tanmateix, aquesta tecnologia també té deficiències, com ara materials d'impressió selectiva, pols metàl·lic, pols de ceràmica en el procés de sinterització necessita consumir més energia, la qual cosa comportarà augments de costos, de manera que per al metall, la ceràmica com a productes materials principals, no és adequat per triar aquesta tecnologia.
Aquesta tecnologia té una certa similitud amb la tecnologia d'impressió plana estèreo SLA descrita anteriorment, amb la diferència principal que és l'ús de DLP (Digital Light Processor). Després de preparar el fotopolímer líquid, s'instal·la un processador de llum digital d'alta precisió directament a sobre del material i el tècnic ajusta l'equip, mou el feix de llum a la coordenada (0.0) i completa la irradiació sota el control de les instruccions de l'ordinador, de manera que el material líquid es cura gradualment. El procés de fotopolimerització també es cura capa per capa, però la velocitat de curat és més ràpida i la precisió de modelat del producte és més alta. A més, té un avantatge respecte a altres tecnologies d'impressió 3D pel que fa a la suavitat de la superfície. Tanmateix, hi ha deficiències, com ara l'alta puresa del fotopolímer líquid, que pot afectar negativament el rendiment del producte final si es barreja amb impureses.
El procés LOM utilitza una làmina fina de material, com ara paper o film plàstic. La superfície de la làmina està prèviament recoberta amb un adhesiu de fusió en calent. Durant el processament, el corró de premsa en calent prem la làmina per unir-la amb la peça de treball formada a continuació; el làser de CO2 s'utilitza per tallar el contorn de la secció transversal de la peça i el marc exterior de la peça de treball a la nova capa acabada d'unir, i per tallar les quadrícules alineades superior i inferior a l'àrea redundant entre el contorn de la secció transversal. i el marc exterior; un cop finalitzats els talls làser, la peça formada baixa per la taula de treball per separar-la de la làmina de cinta (el cinturó de material); el mecanisme de subministrament de material gira l'eix de recollida i l'eix de subministrament de material per moure el cinturó de material de manera que el producte final no tingui un rendiment negatiu. El mecanisme d'alimentació gira l'eix de presa i l'eix d'alimentació, impulsant el cinturó de material per moure's, de manera que la nova capa es mou a l'àrea de processament; la taula de treball puja al pla de processament; la pressió calenta del rodet de pressió calenta, el nombre de capes de la peça augmenta en una capa i l'alçada augmenta en un gruix de material; i després talla el contorn de la secció transversal a la nova capa. Això es repeteix fins que totes les seccions de la peça s'uneixen i es tallen, donant com a resultat una peça sòlida fabricada en capes.
PCM és una nova tecnologia d'impressió 3D desenvolupada per la Universitat de Tsinghua el 2013. El procés de funcionament és el següent: en primer lloc, el model CAD de la peça es dibuixa a l'ordinador i, a continuació, els paràmetres del model es guarden en forma de fitxers STL . El model CAD es converteix en un model de fosa segons el model de la peça. Capes de dalt a baix, l'ús d'equips d'escaneig, escaneig de capa per capa, després de la finalització del model d'escaneig de les coordenades tridimensionals, i després començar des de la part inferior fins a la part superior de la sorra, unint-se. En el procés de colada es van utilitzar dos broquets, un per injectar l'aglutinant i l'altre per injectar el catalitzador. Els dos materials es ruixen simultàniament i, en contacte, es produeix una reacció col·loïdal, formant una capa forta de material. Després de completar la primera capa, la segona i la tercera capa es realitzen en seqüència fins a obtenir el producte final.
3. Àmbits d'aplicació i limitacions de la tecnologia d'impressió 3D
Des de l'aparició de la primera impressora 3D comercial l'any 1986, la tecnologia d'impressió 3D només s'ha desenvolupat durant més de 30 anys, però s'ha utilitzat àmpliament en molts camps com la construcció, la medicina i l'aviació. A la indústria de la construcció, la tecnologia d'impressió 3D es combina amb la tecnologia BIM per construir un model 3D d'un edifici en un ordinador i després imprimir-lo. A través de models d'edificis tridimensionals en 3D, es proporciona suport tècnic en la visualització d'edificis, referència de construcció, etc. En la indústria mèdica, la tecnologia d'impressió 3D s'utilitza per produir ossos artificials simulats, amb una aplicació clínica ideal. A més, els metges també poden utilitzar la tecnologia d'impressió 3D per produir models patològics, visualitzacions prèvies quirúrgiques en situacions simulades, dissenyar programes quirúrgics i millorar la taxa d'èxit de la cirurgia. En l'àmbit aeroespacial, l'ús de la impressió 3D pot produir peces d'alta precisió que compleixin els estàndards de disseny i els requisits d'ús, com ara les pales de la turbina del motor, els broquets de combustible integrats, etc., que també contribueixen positivament a millorar el rendiment global de les naus espacials. A més, com ara la fabricació de motlles d'injecció en la fabricació industrial, així com la fabricació de béns de consum personalitzats, etc., amb la maduresa de la tecnologia d'impressió 3D i la reducció del cost d'ús, també s'ha impulsat una darrere l'altra. .
La tecnologia d'impressió 3D en la promoció i l'ús del procés, no només destaca els forts avantatges de l'aplicació, sinó que també s'enfronta a més restriccions. Des del punt de vista de l'estat actual de les condicions tècniques, els factors que limiten el desenvolupament i la promoció de la impressió 3D inclouen principalment els següents: En primer lloc, el material. A través de l'anàlisi anterior, es pot veure que els materials d'impressió 3D actuals són principalment resina fotosensible, ceràmica, parafina, etc. En el context de l'expansió del camp d'aplicació, el nombre limitat de materials, òbviament, no pot complir els requisits en alguns camps emergents. Per exemple, és impossible utilitzar materials metàl·lics i aliatges per a la impressió 3D, cosa que imposa restriccions a la seva aplicació. A més, el preu del material és relativament car, en la impressió per lots, l'alt cost també és un factor limitant. En segon lloc, pel que fa als equips, s'ha de reduir el preu dels equips si es vol comercialitzar totalment la tecnologia d'impressió 3D. En aquesta etapa, el preu d'una impressora 3D normal és d'uns 5 000 iuans, i si hi ha requisits més elevats de precisió, el preu de l'equip oscil·la entre 10,000 i diverses desenes de milers. . Aquest és encara un consum elevat per als usuaris normals, cosa que impedeix la plena popularitat de la impressió 3D.
Tendència de desenvolupament de tecnologia d'impressió 4.3D
La tecnologia d'impressió 3D té àmplies perspectives de desenvolupament, en el context de l'escala del mercat en expansió, per tal que la impressió 3D es pugui estandarditzar i el desenvolupament industrialitzat, cal enfortir els estàndards de disseny i so de la indústria de primer nivell. Pels departaments governamentals pertinents, o l'autoritat de la indústria, tan aviat com sigui possible per preparar i introduir un sistema unificat d'estàndards, incloses normes de producció de materials, estàndards d'investigació i desenvolupament d'equips, estàndards d'avaluació de tecnologia. Amb un sistema estàndard perfecte, el desenvolupament de la tecnologia d'impressió 3D per oferir una gran garantia. Per exemple, en els darrers anys, moltes unitats de recerca han dut a terme exploracions en profunditat en nanomaterials, compostos de polímers i materials de gradient funcional. Després de la implementació d'una norma unificada, es regularan els paràmetres i estàndards de diversos tipus de materials i, en comprar materials d'impressió 3D, comprovarem si s'ajusten a les especificacions estàndard, per tal de posar fi a la baixa qualitat. qualitat, materials "cottage" i garantir el rendiment i la qualitat dels productes impresos.
Actualment, la tecnologia d'impressió 3D requereix un alt grau d'especialització en el disseny del producte i el processament de paràmetres quan s'aplica. A més d'augmentar la càrrega del personal, també comporta el problema de l'alt llindar d'entrada. Per tant, amb el desenvolupament de la tecnologia d'IA i la tecnologia de big data, el futur de la tecnologia d'impressió 3D es desenvoluparà en la direcció de la intel·ligència i la simplicitat, proporcionant als usuaris una millor experiència. El camí de desenvolupament específic inclou dos aspectes: un és el maquinari, és a dir, l'equip d'impressió 3D. A més de reduir encara més el preu de l'equip, també hauria de proporcionar funcions més humanes, com ara funcions de visualització, per mostrar tot el procés d'impressió 3D, els usuaris poden ajustar els paràmetres d'impressió en qualsevol moment segons la pantalla en temps real, que és afavoreix l'obtenció dels productes d'impressió desitjats; el segon és el programari, que proporciona programari de disseny, programari de control d'impressió i un altre programari funcional per donar suport a més tipus de necessitats d'impressió.
Els equips d'impressió i els materials d'impressió són la clau per a l'aplicació i el desenvolupament de la tecnologia d'impressió 3D. R + D adequat per a les necessitats d'impressió 3D de múltiples tipus de materials, però també es converteix en el següent pas en el desenvolupament d'aquesta tecnologia, la innovació és important. A més dels materials de resina fotosensibles més utilitzats, s'espera que siguin materials en pols de polímer, com ara materials en pols de parafina, materials en pols de sorra de recobriment, materials en pols metàl·liques, així com materials de filferro fos, materials compostos fusta-plàstic, etc. promogut en la impressió 3D. A més de proporcionar una gamma més rica de materials de suport, també es millorarà molt el rendiment del material, la solidesa i l'adaptabilitat ambiental especial, de manera que els productes d'impressió 3D es poden utilitzar en diversos camps i entorns per tenir un avantatge evident d'aplicació.
5. Resum
En els darrers anys, la tecnologia d'impressió 3D ha mostrat forts avantatges d'aplicació en molts camps, i moltes peces i productes de precisió basats en la tecnologia d'impressió 3D també han tingut impactes positius en la promoció del desenvolupament i la innovació de la indústria. Cal tenir en compte que, amb l'ampliació de l'àmbit d'aplicació de la tecnologia d'impressió 3D, també s'enfronta a alguns colls d'ampolla, sobretot pel que fa a materials i equipaments. En el futur, hauríem de prestar atenció a la investigació i desenvolupament de tecnologies de suport, proporcionar més materials d'impressió alternatius, així com reduir el cost dels equips d'impressió, millorar el nivell humà i intel·ligent de les operacions d'impressió, per tal de proporcionar suport tècnic per a desenvolupament social i econòmic.
