A 3D nyomtatás egy gyorsan fejlődő technológia, amelyet jelenleg a kis sorozatú gyártás jövőjeként ismernek el.
Azonban nem mindig volt ilyen optimista a helyzet. Amikor a 3D nyomtatás megjelent néhány évtizeddel ezelőtt, inkább lenyűgöző, de lassú érdekességnek tartották, amely nem talál valódi alkalmazást. Néha használták tervezésre és prototípuskészítésre, de soha nem szánták az alapvető gyártási módszerek egyikévé.
Azonban azok, akik nem jósoltak fényes jövőt a 3D nyomtatóknak, nem is tévedhettek volna nagyobbat. Az elmúlt 10 évben a 3D nyomtatási technológia - fémben is - olyan mértékben fejlődött, hogy számos vezető gyártó figyelmét felkeltette, és egyre újabb ipari területeken talál alkalmazást.
3D Fém Nyomtatók
Az elmúlt néhány évben éles növekedés volt tapasztalható mind a 3D fém nyomtatók kínálatában, mind a keresletben. A gyártók folyamatosan új megoldásokat vezetnek be a fémek additív gyártásához, amelyek gyorsabbak, könnyebben használhatók és hatékonyabbak, valamint lehetővé teszik több különböző fém használatát.
Emiatt egyre több vállalat használja a 3D fém nyomtatási technológiákat fém alkatrészek és prototípusok gyártására, kihasználva az additív nyomtatás alapelvéből eredő megnövekedett tervezési szabadságot is. A fém 3D nyomtatókat jelenleg különböző iparágakban használják, mint például az űripar, a repülés, az autóipar, az orvosi eszközök, a szerszámgyártás és azon túl.
3D Nyomtatás
A 3D nyomtatás, más néven additív technológia, egy háromdimenziós tárgy nulláról, rétegről rétegre történő létrehozásának folyamata. Általában a rész digitális, háromdimenziós modelljével kezdődik, amelyet a szoftver digitálisan "szeletekre" bont, sok nagyon vékony rétegre, ahol a rétegek vastagsága a termék alakjától és a felhasznált anyag típusától függ.
Ezután a nyersanyagot, általában por vagy granulátum formájában, betöltik a nyomtatóba. A legnépszerűbb anyag természetesen a műanyag, de egyre inkább használnak fémeket is, mint az alumínium, titán, szerszám- és rozsdamentes acél, nikkel, réz, bronz, kobalt és nemesfémek (arany, ezüst, platina). A nyersanyagot felmelegítik az olvadási hőmérsékletre, és a gép rétegről rétegre viszi fel a munkafelületre, amíg a teljes termék ki nem nyomtatódik.
3D Fém Nyomtatás
Amikor az additív technológia növekvő számú ipari és kereskedelmi alkalmazását nézzük, a fém 3D nyomtatás mindig az élen jár. Ez az egyik leggyorsabban növekvő gyártási technológia. Jelenleg más technikákkal együtt használható prototípuskészítésre és kis sorozatú gyártásra. Egyes esetekben a 3D-nyomtatott fém tárgyak minősége és a nyomtatási hatékonyság már összehasonlítható, vagy akár magasabb is, mint a hagyományos technológiáké.
A 3D fém nyomtatást prototípuskészítésre és kis sorozatú gyártásra használják az űriparban, a repülésben, az autóiparban, a mérnöki munkában, valamint az orvosi és laboratóriumi rendszerek gyártásában.
Hogyan Működik a 3D Fém Nyomtatás?
A 3D fém nyomtatás egy átfogó kifejezés több technológia családjára. Egyszerűen fogalmazva, bármely gyártási technológia, amely lehetővé teszi fém tárgyak rétegről rétegre történő létrehozását olvasztás, hegesztés vagy szinterezés útján, 3D fém nyomtatási folyamatnak nevezhető. Valóban sok megoldás létezik, amely lehetővé teszi a fémben való nyomtatást, de érdemes - mint mindig - megismerni a leggyakrabban használtakat.
Alapvető 3D Nyomtatási Technológiák
Három fő technológiát használnak a 3D fém nyomtatásban:
- DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
- SLM (Selective Laser Melting)
- EBM (Electron Beam Melting)
DMLS 3D Nyomtatás
A Direct Metal Laser Sintering vagy DMLS a 3D fém nyomtatás legnépszerűbb módszere. A lézert használják a fémpor szinterezésére, rétegről rétegre, a nyomtatott alkatrész létrehozásához.
Az ebben a nyomtatási technikában használt anyagok közé tartozik a fémötvözetek széles skálája, mint például a maraging acél, alumínium, Inconel 625 nikkel-króm ötvözetek, kobalt-króm ötvözetek és titán.
A DMLS technikát prototípusok és gépalkatrészek létrehozására használják. Alkalmazható alámetszésekkel, mélyedésekkel és különböző dőlésszögekkel rendelkező elemek gyártására. Ezek közé tartoznak az orvosi eszközök, műszerek, prototípusok és szerszámok.
SLM 3D Nyomtatás
A Selective Laser Melting vagy SLM, ahogy a neve is sugallja, az anyag olvasztását foglalja magában. A 3D nyomtatás inert gáz környezetben történik. Emiatt az SLM 3D nyomtatás minősége nagyon közel áll az öntéssel vagy kovácsolással gyártott alkatrészek minőségéhez.
Az SLM 3D nyomtatási technológiával készült tárgyak nagyon tartósak. Emiatt ez a technológia használható mechanikai alkatrészek, például propellerek és fogaskerekek, valamint az autóiparban, az orvostudományban és a repülőgépiparban használt termékek gyártására.
EBM 3D Nyomtatás
Az Electron Beam Melting vagy EBM technika hasonló az SLM nyomtatáshoz, de lézer helyett elektronsugarakat használ. Ez a technológia gyorsabb és pontosabb, mint a lézerrel segített nyomtatás, és az ezzel nyomtatott termékek általában tartósabbak, mint a más fém nyomtatási folyamatokban kapott alkatrészek.
Az EBM módszert főként titánból és kobaltból készült tárgyak gyártására használják, beleértve a repülőgépek, űrsiklók, rakéták és motorok alkatrészeit és komponenseit.
A 3D Fém Nyomtatás Előnyei
A 3D fém nyomtatás nagy előnye a tervezési szabadság. A 3D nyomtatás lehetővé teszi a gyártók számára, hogy rendkívüli geometriai összetettségű elemeket állítsanak elő, amelyeket vagy nem lehet elkészíteni, vagy nagyon nehéz elkészíteni hagyományos megmunkálási technikákkal.
Minimális hulladék: A legtöbb esetben az egyetlen anyag, amelyre szükség van egy termék nyomtatásához, az, amelyet a kész termékben használnak. Emellett gyakorlatilag nincs felesleges anyag, és minden maradék újrafelhasználható vagy újrahasznosítható. Ez természetesen a gyártási folyamat alacsonyabb költségét jelenti.
Egylépéses gyártás: a 3D nyomtatási folyamat során a gép automatikusan működik, kezelői felügyelet nélkül. Ez azt jelenti, hogy egy kezelő egyidejűleg több nyomtatót is üzemeltethet, ami lehetővé teszi a munkaerőköltségek csökkentését. Csökken a függőség más hagyományos gyártási folyamatoktól is, mint például a vágás, marás és hegesztés, mert az egész gyártási folyamat egy gépben zajlik.
Emellett a fém 3D nyomtatók sokkal kisebbek, mint a legtöbb fejlett CNC gép, ami azt jelenti, hogy kevesebb helyet foglalnak el a gyártócsarnokban. Lehetővé teszik a gyártási folyamat idejének lerövidítését is.
Ezen kívül a 3D fém nyomtatás:
- Lehetővé teszi a komplex alkatrészek gyorsabb gyártását a hagyományos gyártási módszerekhez képest.
- A 3D fém nyomtatás olcsóbb, mint a hagyományos technikák
- A választott technológiától függően a 3D fém nyomtatás lehetővé teszi a nagyon összetett geometriájú tárgyak pontos gyártását.
- Még nagyon összetett tervek esetén is rendkívül nagy szilárdságú alkatrészeket kapunk. Ez az egyik oka annak, hogy a 3D-nyomtatott komponensek iránt nagy a kereslet a repülési, űr- és katonai iparágakban.
- A 3D fém nyomtatás nem generál anyaghulladékot, ellentétben a hagyományos gyártási módszerekkel.
Röviden, a 3D fém nyomtatás ideális technika olyan összetett alkatrészek létrehozására, amelyeket nehéz hagyományos technológiákkal előállítani, vagy amikor az ilyen gyártás nem lenne hatékony.
A 3D Nyomtatás Jövője
A jövőben a 3D nyomtatás sok "hátrányát" minimalizálják vagy teljesen megszüntetik, ahogy a technológia egyre elterjedtebbé válik. És mivel a tervezők nem tétlenkednek, és az innovációk úgy jelennek meg, mint eső után a gomba, maguknak a 3D nyomtatóknak a költsége is csökkenni fog.
Az új nyomtatók több típusú anyagot is képesek lesznek használni, és gyorsabbá válnak. Ezért azok a projektek, amelyek jelenleg napokig tartanak, órák vagy akár percek alatt befejeződnek.
Az elkövetkező években a 3D nyomtatás továbbra is fejlődni fog és megváltoztatja a gyártási tájképet. Ez lesz az egyedi és kis sorozatú gyártás alapja. Számos iparágban, például az autóiparban, a repülésben, az egészségügyben és azon túl is használni fogják a tömeggyártásban.