Depuis l'avènement de la technologie d'impression 3D, elle a été progressivement appliquée à la fabrication de produits réels. Parmi eux, le développement de la technologie d'impression 3D pour les matériaux métalliques est particulièrement rapide. Dans le domaine de la défense nationale, les pays développés d'Europe et des États-Unis attachent une grande importance au développement de l'impression 3D métal et investissent des sommes colossales dans la recherche. L'impression 3D de pièces métalliques a toujours fait l'objet de recherches et d'applications. Non seulement il peut imprimer des moules et des vélos, mais il peut également imprimer de nouvelles armes sans précédent, et il peut même imprimer de gros équipements tels que des voitures et des avions. En tant que nouveau type de technologie de fabrication intelligente, l'impression 3D métallique a montré une très large perspective d'application et a montré une forte dynamique de développement dans d'autres domaines tels que la conception et la fabrication d'équipements, le support d'équipements et l'aérospatiale.
Caractéristiques de l'impression 3D métal
1) Haute précision. À l'heure actuelle, la précision des équipements d'impression 3D en métal peut être contrôlée en dessous de 0 0,05 mm.
2) Le cycle est court. L'impression 3D métal ne nécessite pas le processus de production de moules, ce qui raccourcit considérablement le temps de production du modèle. Généralement, un modèle peut être imprimé en quelques heures voire quelques dizaines de minutes.
3) Il peut être personnalisé. L'impression 3D métal n'a pas de limite au nombre de modèles imprimés, peu importe qu'un ou plusieurs puissent être produits au même coût.
4) Diversité des matériaux. Un système d'impression 3D métallique peut souvent réaliser l'impression de différents matériaux, et la diversité de ce matériau peut répondre aux besoins de différents domaines.
5) Le coût est relativement faible. Bien que les systèmes d'impression 3D métalliques et les matériaux métalliques pour l'impression 3D soient actuellement relativement chers, s'ils sont utilisés pour fabriquer des produits personnalisés, le coût de production est relativement faible.
Technologie d'impression 3D métal
En tant que technologie la plus avancée et la plus potentielle de tout le système d'impression 3D, la technologie d'impression 3D de pièces métalliques est une direction de développement importante de la technologie de fabrication avancée. Avec le développement de la science et de la technologie et les besoins de vulgarisation et d'application, la fabrication directe de pièces fonctionnelles métalliques par prototypage rapide est devenue la principale direction de développement du prototypage rapide. À l'heure actuelle, les méthodes de prototypage rapide qui peuvent être utilisées pour fabriquer directement des pièces fonctionnelles métalliques comprennent principalement : la fusion sélective par laser (SLM), la fusion sélective par faisceau d'électrons (EBSM), la mise en forme nette par laser (LENS) )attendre.
Fusion Laser Sélective (SLM)
Le SLM est une partie importante du domaine de l'impression 3D métal. Son processus de développement est passé par des étapes telles que le frittage de poudre non métallique à bas point de fusion, le frittage de poudre à point de fusion élevé revêtue à bas point de fusion et la fusion directe de poudre à point de fusion élevé. L'Université du Texas à Austin a déposé une première demande de brevet en 1986 et a développé avec succès le premier équipement SLM en 1988. Il utilise un point finement focalisé pour fondre rapidement dans un matériau en poudre prédéfini de 30-51 μm, et peut presque directement obtenir n'importe quelle forme. Ainsi que des pièces fonctionnelles avec collage métallurgique complet. La densité peut atteindre près de 100 %, la précision dimensionnelle peut atteindre 20-50 μm et la rugosité de surface peut atteindre 20-30 μm. C'est une technologie de prototypage rapide avec de grandes perspectives de développement.
Les matériaux de moulage SLM sont principalement des poudres métalliques à un seul composant, notamment de l'acier inoxydable austénitique, des alliages à base de nickel, des alliages à base de titane, des alliages cobalt-chrome et des métaux précieux. Le faisceau laser fait fondre rapidement la poudre métallique et obtient un canal de fusion continu, qui peut directement obtenir des pièces métalliques presque denses avec presque toutes les formes, une liaison métallurgique complète et une haute précision. C'est une technologie d'impression 3D de pièces métalliques avec de grandes perspectives de développement. Sa gamme d'applications a été étendue à l'aérospatiale, à la microélectronique, au traitement médical, à la bijouterie et à d'autres industries.
Il existe plus de 50 facteurs d'influence dans le processus SLM, et il existe six catégories qui ont un impact important sur l'effet de moulage : les propriétés des matériaux, les systèmes de chemin laser et optique, les caractéristiques de balayage, l'atmosphère de moulage, les caractéristiques géométriques de moulage et les facteurs d'équipement. À l'heure actuelle, les chercheurs nationaux et étrangers mènent principalement des recherches sur les processus et des applications sur les facteurs ci-dessus, dans le but de résoudre les défauts du processus de moulage et d'améliorer la qualité des pièces moulées. En termes de recherche de processus, les paramètres de processus importants dans le processus de formage SLM comprennent la puissance laser, la vitesse de balayage, l'épaisseur de la couche de poudre, la distance de balayage et la stratégie de balayage, etc. En combinant différents paramètres de processus, la qualité de formage peut être optimisée.
Les principaux défauts du processus de moulage SLM sont la sphéroïdisation et la déformation par gauchissement. La sphéroïdisation est la fusion insuffisante des couches supérieure et inférieure pendant le processus de moulage. En raison de l'effet de la tension superficielle, les gouttelettes fondues rouleront rapidement en une forme sphérique, entraînant une sphéroïdisation. Afin d'éviter la sphéroïdisation, l'énergie d'entrée doit être augmentée de manière appropriée. La déformation par gauchissement est causée par la contrainte thermique dans le processus de formage SLM dépassant la résistance du matériau, entraînant une déformation plastique. En raison de la difficulté à mesurer la contrainte résiduelle, les recherches actuelles sur la déformation par gauchissement du procédé SLM sont principalement menées à l'aide de la méthode des éléments finis, puis La fiabilité des résultats de simulation est vérifiée par des expériences. Le principe de base de la technologie SLM est le suivant : utilisez d'abord Pro/e, UG, CATIA et d'autres logiciels de modélisation 3D pour concevoir le modèle solide 3D de la pièce sur l'ordinateur, puis découpez et superposez le modèle 3D via le logiciel de découpage pour obtenir le données de contour de chaque section, le chemin de balayage de remplissage est généré à partir des données de contour, et l'équipement contrôlera le faisceau laser pour fondre sélectivement les matériaux en poudre métallique de chaque couche en fonction de ces lignes de balayage de remplissage, et les empiler progressivement en trois dimensions pieces en metal.