เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถพิมพ์สแตนเลสได้หรือไม่?

คำถามที่ว่า "เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถพิมพ์สเตนเลสสตีลได้หรือไม่" ดูเหมือนจะง่าย แต่คำตอบนั้นเปิดโลกของเทคโนโลยีอุตสาหกรรมที่แตกต่างจากเครื่องพิมพ์พลาสติกบนโต๊ะของนักสะสมทั่วไป คำตอบสั้นๆ ก็คือคำตอบที่ชัดเจน ใช่คำตอบแบบยาวก็คือ ต้องใช้เครื่องจักรขนาดตู้เย็น เลเซอร์ที่มีกำลังมากพอที่จะตัดแผ่นเหล็ก และการควบคุมกระบวนการในระดับที่ทำให้วิศวกรของ NASA ต้องภาคภูมิใจ

นี่ไม่ได้เกี่ยวกับการหลอมเส้นใย แต่เป็นการเชื่อมโลหะผงด้วยไมโครในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนและมีการควบคุม ก่อนที่เราจะเจาะลึกถึงฟิสิกส์อันน่าทึ่ง นี่คือบทสรุปคำตอบของวิธีการหลักๆ ในการทำ

สรุป: สแตนเลสสตีลพิมพ์ 3 มิติได้อย่างไร

เรื่องราวของไคลฟ์: ท่อร่วมที่ "เป็นไปไม่ได้"

ผมเป็นช่างเครื่องมา 25 ปีแล้ว จนกระทั่งวิศวกรหนุ่มคนหนึ่งที่เพิ่งเรียนจบมหาวิทยาลัย เดินเข้ามาในร้านของผม เขายื่นแท็บเล็ตที่มีโมเดล 3 มิติมาให้ผม ซึ่งทำให้ผมหัวเราะเสียงดัง มันเป็นท่อร่วมไอดีของไหลสำหรับรถแข่ง แต่มันดูเหมือนแนวปะการังมากกว่า ส่วนเครื่องยนต์มันมีช่องทางภายในที่บิดเบี้ยวและแตกแขนงออกไปซึ่งรวมและแยกออกจากกันในลักษณะที่คุณไม่สามารถเจาะหรือบดได้เลย

"นี่มันตลกใช่มั้ย" ฉันพูด "นายทำแบบนี้ไม่ได้หรอก มันเป็นไปไม่ได้"

เขาเพียงแค่ยิ้ม “คุณทำไม่ได้ เครื่อง มัน ไคลฟ์ แต่คุณทำได้ พิมพ์ มัน."

นั่นคือการได้รู้จักกับการพิมพ์โลหะ 3 มิติอย่างแท้จริงครั้งแรกของผม มันไม่ใช่การสร้างชิ้นส่วนเดิมๆ ด้วยวิธีการที่แตกต่างออกไป แต่เป็นการผลิตวัตถุประเภทใหม่ทั้งหมดที่เคยถูกจำกัดอยู่แค่บนหน้าจอคอมพิวเตอร์ มันคือวันที่ผมตระหนักว่าโลกของการผลิตแบบลบของผมมีคู่หูใหม่ที่ทรงพลัง

แล้วเครื่องจักรจะ “พิมพ์” แท่งเหล็กกล้าแข็งได้อย่างไร?

วิธีที่พบมากที่สุดและมีประสิทธิภาพสูงสุดเรียกว่า การเผาด้วยเลเซอร์โลหะโดยตรง (DMLS)หรือกระบวนการที่คล้ายกันมากที่เรียกว่า Selective Laser Melting (SLM) ลืมทุกสิ่งที่คุณรู้เกี่ยวกับพลาสติกไปได้เลย การพิมพ์ FDM. นี่เป็นสัตว์ร้ายอีกตัวหนึ่งโดยสิ้นเชิง

ลองนึกภาพห้องสร้างที่ปิดกั้นจากโลกภายนอกและเต็มไปด้วยก๊าซเฉื่อยเช่นอาร์กอน ป้องกันโลหะ จากการเกิดออกซิเดชัน (สนิม) ที่อุณหภูมิสูง กระบวนการเริ่มต้นขึ้นภายในห้องนี้

ขั้นตอน DMLS/SLM คืออะไร?

1. เตียงแป้ง: ใบมีดเคลือบจะกวาดชั้นบางๆ ของกระดาษที่มีความละเอียดมาก (นึกถึงน้ำตาลไอซิ่ง) 316L หรือ 17-4 PH เหล็กกล้าไร้สนิม ผงเคลือบลงบนแผ่นรองพื้น ชั้นนี้อาจบางได้ถึง 20 ไมครอน (เส้นผมของมนุษย์มีความหนาประมาณ 70 ไมครอน)
2. เลเซอร์: เลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูง ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 400 ถึง 1000 วัตต์ จะถูกควบคุมโดยชุดกระจก เลเซอร์จะยิงไปที่ชั้นผงโลหะ เพื่อตรวจสอบพื้นที่หน้าตัดแรกของแบบจำลอง 3 มิติ พลังงานนี้มีความเข้มข้นสูงมากจนสามารถหลอมและหลอมอนุภาคผงโลหะให้หลอมรวมกันเป็นชั้นแข็ง
3. การหยดและการเคลือบซ้ำ: แผ่นรองพื้นจะเลื่อนลงมาตามความสูงของชั้นหนึ่ง ใบมีดเคลือบจะปัดผงใหม่บางๆ ทับลงบนชั้นที่เพิ่งเคลือบเสร็จ
4. ทำซ้ำหลายพันครั้ง: การขอ เลเซอร์เริ่มทำงาน อีกครั้งหนึ่ง โดยการหลอมผงชั้นใหม่เข้ากับชั้นแข็งที่อยู่ด้านล่าง กระบวนการนี้ทำซ้ำทีละชั้นอย่างพิถีพิถัน เป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน ผงแข็ง ชิ้นส่วนโลหะ ค่อยๆ โผล่ออกมาจากกองแป้งฝุ่น

เมื่อสร้างเสร็จและเย็นตัวลง ห้องจะถูกเปิดออก และชิ้นส่วนจะถูกขุดขึ้นมาจากผงเหมือนฟอสซิล นี่คือกระบวนการที่ดิบและทรงพลัง ที่สร้างชิ้นส่วนโลหะที่มีความหนาแน่นสูงแต่แข็งแกร่งอย่างเหลือเชื่อจากฝุ่นและแสงเท่านั้น

ตอนนี้เราเข้าใจกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลักแล้ว แล้วทางเลือกอื่นๆ ที่เข้าถึงได้ง่ายกว่าล่ะ? ในหัวข้อถัดไป เราจะนำพลังทางอุตสาหกรรมของ DMLS มาพิจารณา การประลองตัวต่อตัวกับ Bound ที่เป็นมิตรในออฟฟิศ กระบวนการสะสมโลหะเพื่อดูการแลกเปลี่ยนที่สำคัญในด้านต้นทุนคุณภาพ และความซับซ้อน

ไม่กี่สัปดาห์หลังจากที่ผมได้พบกับวิศวกรหนุ่ม ลังไม้ลังหนึ่งก็มาถึงร้าน ข้างในนั้นบุด้วยโฟม มันคือท่อร่วมที่ “เป็นไปไม่ได้” ของเขา มันให้ความรู้สึกหนักแน่น แข็งแรง และดูเหมือนเหล็กอย่างไม่ต้องสงสัย แต่มันไม่ใช่ชิ้นส่วนที่แวววาวและสมบูรณ์แบบอย่างที่ผมคาดหวังไว้ พื้นผิวมีพื้นผิวที่หยาบและด้าน และผมมองเห็นเส้นบางๆ ของชั้นต่างๆ ที่มันสร้างขึ้นมา ที่สำคัญกว่านั้น มันยังคงยึดติดกับแผ่นฐานเหล็กหนาด้วยโครงรองรับที่ประณีต มันยังไม่เสร็จสมบูรณ์ มันเป็นชิ้นส่วนดิบที่ยังต้องการการสัมผัสจากช่างเครื่อง มันต้องถูกตัดออกจากแผ่นอย่างระมัดระวัง จุดสัมผัสของตัวรองรับต้องถูกกลึงให้เรียบ และทั้งหมดต้องผ่านการอบชุบด้วยความร้อนเพื่อบรรเทาแรงเค้นภายในจากกระบวนการพิมพ์

นั่นคือตอนที่ผมได้เรียนรู้บทเรียนที่สองของการพิมพ์โลหะ 3 มิติ นั่นคือ งานยังไม่จบถ้าเครื่องพิมพ์หยุดทำงาน “มนตร์” ของการพิมพ์นั้นมีจริง แต่ตามมาด้วยงานหนักหลังการพิมพ์

กระบวนการพิมพ์โลหะ 3 มิติแบบใดที่เหมาะกับการใช้งานของคุณ?

ท่อร่วมของวิศวกรถูกสร้างขึ้นด้วย DMLS เพราะเป็นวิธีเดียวที่จะบรรลุรูปทรงเรขาคณิตภายในที่ซับซ้อนด้วยความหนาแน่นและความแข็งแรงสูงสุด แต่นี่ไม่ใช่เกมเดียวที่มีอยู่ การเติบโตของเทคโนโลยีที่เข้าถึงได้ง่ายขึ้น เช่น Bound Metal Deposition (BMD) ได้เปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ โดยนำเสนอทางเลือกระหว่างต้นทุน ความสะดวกสบาย และประสิทธิภาพสูงสุด

มาลองทดสอบสามวิธีหลักแบบตัวต่อตัวกันดีกว่า

การเปรียบเทียบ: DMLS/SLM เทียบกับ Bound Metal Deposition เทียบกับ Binder Jetting

กระบวนการสะสมโลหะผูกมัด (BMD) ทำงานอย่างไรจริงๆ?

ไม่กี่ปีหลังจากเห็นท่อร่วม DMLS พนักงานขายอีกคนก็เข้ามาที่ร้านของผม เขาอ้างว่าเขามีเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบโลหะที่สามารถวางในเครื่องของเราได้ การควบคุมคุณภาพ แล็บ ฉันพร้อมที่จะหัวเราะเยาะเขาออกจากอาคารโดยนึกถึง เครื่อง DMLS ในระดับอุตสาหกรรมแต่เขาไม่ได้ขายระบบที่ใช้เลเซอร์ เขาขายระบบ BMD ซึ่งมันเป็นวิธีการที่แตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิง

กระบวนการ BMD เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ชาญฉลาดและมีหลายขั้นตอนเพื่อหลีกเลี่ยง ต้นทุนและความซับซ้อนของเลเซอร์กำลังสูง และเตียงแป้ง

ขั้นตอนที่ 1: การพิมพ์ (ส่วน “สีเขียว”)

ลองนึกภาพเครื่องพิมพ์ 3 มิติ FDM ทั่วไป แทนที่จะใช้หลอดพลาสติกล้วนๆ เส้นใยจะทำจากวัสดุละเอียด เหล็กกล้าไร้สนิม ผงพลาสติกถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยขี้ผึ้งและสารยึดเกาะโพลิเมอร์ เครื่องพิมพ์จะอัดเส้นใยนี้ออกมา สร้างชิ้นส่วนของคุณทีละชั้นเหมือนกับเครื่องพิมพ์พลาสติก เมื่อเสร็จแล้ว คุณจะได้สิ่งที่เรียกว่าชิ้นส่วน "สีเขียว" มันมีรูปร่างที่ถูกต้อง แต่เปราะบาง แข็งแรงพอๆ กับดินสอสี และประกอบด้วยโลหะและพลาสติก

ขั้นตอนที่ 2: การถอดปก (ส่วน “สีน้ำตาล”)

จากนั้นชิ้นส่วนสีเขียวจะถูกส่งไปยังสถานีล้างสารยึดเกาะ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือการล้างด้วยสารเคมีเฉพาะทาง ชิ้นส่วนจะถูกแช่ในของเหลวเฉพาะทางที่ละลายสารยึดเกาะโพลีเมอร์หลักเกือบทั้งหมด หลังจากขั้นตอนนี้ ชิ้นส่วนจะถูกเรียกว่าชิ้นส่วน "สีน้ำตาล" เนื่องจากมีรูพรุนและบอบบางมาก ยึดติดกันด้วยสารยึดเกาะรองที่เหลืออยู่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 3: การเผาผนึก (ส่วนโลหะแข็ง)

ขั้นตอนสุดท้ายคือเตาเผา ส่วนสีน้ำตาลจะถูกนำไปวางในเตาเผาเผาอุณหภูมิสูง เตาเผาจะค่อยๆ ร้อนขึ้น โดยเผาสารยึดเกาะที่เหลือออกก่อน จากนั้นจึงเพิ่มอุณหภูมิให้ต่ำกว่า จุดหลอมเหลวของสแตนเลส (ประมาณ 1300°C / 2372°F) ที่อุณหภูมินี้ อนุภาคโลหะแต่ละชิ้นจะหลอมรวมกันผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการเผาผนึก (sintering) ซึ่งทำให้ชิ้นส่วนมีความหนาแน่นขึ้นและเปลี่ยนเป็นโลหะแข็ง ในระหว่างกระบวนการนี้ ชิ้นส่วนจะหดตัวลงตามที่คาดการณ์ไว้ ประมาณ 15-20% ซึ่งซอฟต์แวร์จะคำนวณโดยอัตโนมัติเมื่อตัดโมเดล

คุณจะเหลือเพียงชิ้นส่วนโลหะที่แทบจะแข็งโดยไม่ต้องใช้เลเซอร์หรือจัดการดินปืนเลย

การแลกเปลี่ยนที่ซ่อนอยู่ที่คุณต้องพิจารณาคืออะไร?

กระบวนการ BMD นั้นยอดเยี่ยม แต่ก็ไม่ใช่เวทมนตร์ ขั้นตอนการเผาผนึกเป็นข้อจำกัดที่สำคัญที่สุด ชิ้นส่วนต้องมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะคงรูปทรงของตัวเองในเตาเผาขณะที่กำลังเพิ่มความหนาแน่น ซึ่งหมายความว่าคุณไม่สามารถมีส่วนยื่นขนาดใหญ่ที่ไม่ได้รับการรองรับ หรือส่วนที่ละเอียดอ่อนมากซึ่งอาจหย่อนหรือแตกหักที่อุณหภูมิสูงได้ ท่อร่วมที่ "เป็นไปไม่ได้" ซึ่งมีช่องทางภายในที่บิดเบี้ยวนั้นไม่สามารถสร้างขึ้นด้วย BMD ได้ เนื่องจากโครงสร้างภายในจะพังทลายลงในระหว่างการเผาผนึก

ซึ่งนำเราไปสู่ส่วนที่สำคัญที่สุดของสมการ คุณรู้จักเทคโนโลยีอยู่แล้ว แต่จะออกแบบชิ้นส่วนอย่างไรให้ไม่ฉีกขาดจากแรงเค้นความร้อนในเครื่อง DMLS หรือยุบตัวเป็นกองในเตาเผาผนึก ในส่วนสุดท้าย เราจะสำรวจ บัญญัติสำคัญ 5 ประการของการออกแบบเพื่อ การผลิตแบบเติม (ดฟ.ม.) สำหรับโลหะซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อคศักยภาพที่แท้จริงของเครื่องจักรอันน่าทึ่งเหล่านี้

เราได้พิสูจน์แล้วว่าใช่ คุณสามารถพิมพ์สเตนเลสสตีลแบบ 3 มิติได้ และเราได้เห็นเทคโนโลยีต่างๆ ที่ทำให้สิ่งนี้เป็นไปได้ แต่ท่อร่วม DMLS อันแรกที่ผมถือไว้เมื่อหลายปีก่อนได้สอนบทเรียนที่สำคัญที่สุดให้กับผม วิศวกรผู้ออกแบบมันไม่ได้แค่ใช้แบบจำลอง CAD เพื่อ ส่วนเครื่องจักร แล้วส่งมันไปที่เครื่องพิมพ์ เขาต้องคิดทบทวนการออกแบบชิ้นส่วนนี้ใหม่ทั้งหมดเพื่อให้รอดพ้นจากความรุนแรงของการสร้าง ชิ้นส่วนนั้นถูกปกคลุมไปด้วยเส้นโค้งที่ดูแปลกประหลาด ส่วนที่กลวง และมีรอยบากตรงจุดที่ผมไม่เคยใส่ มันดูเหมือนกระดูกมากกว่าเครื่องจักร

เขาอธิบายว่าความพยายามสองสามครั้งแรกล้มเหลวอย่างย่อยยับ บิดเบี้ยวและฉีกขาดออกจากแผ่นสร้างเนื่องจากความเครียดจากความร้อนมหาศาล เขาต้องเรียนรู้ที่จะ "พูด" ภาษาเลเซอร์” ออกแบบชิ้นส่วนไม่ให้ถูกตัดแต่จะต้องเติบโต เขาต้องออกแบบกระบวนการนี้

คุณจะต้องออกแบบชิ้นส่วนต่าง ๆ อย่างไรสำหรับการพิมพ์โลหะแบบ 3 มิติ?

นี่คืออุปสรรคใหญ่ที่สุดสำหรับ วิศวกรใหม่ด้านการผลิตแบบเติมแต่งคุณไม่สามารถใช้เครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติเหมือนกล่องวิเศษได้ คุณต้องปฏิบัติตามหลักการชุดหนึ่งที่เรียกว่า การออกแบบเพื่อการผลิตแบบเติมแต่ง (DfAM)การเพิกเฉยต่อกฎเหล่านี้เป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการสร้างรายได้หกหลัก เครื่องจักรกลายเป็นเศษโลหะที่มีราคาแพงมาก เครื่องกำเนิดไฟฟ้า นี่คือบัญญัติห้าประการที่ห้ามฝ่าฝืน

บัญญัติข้อที่ 1: จงลดส่วนรองรับและส่วนยื่นให้เหลือน้อยที่สุด

ในโลกของการหลอมรวมผงด้วยเลเซอร์ แต่ละชั้นถูกสร้างขึ้นบนชั้นแข็งที่อยู่ข้างใต้ หากคุณออกแบบส่วนที่ยื่นออกมาในอวกาศโดยไม่มีอะไรอยู่ด้านล่าง หรือส่วนที่ยื่นออกมา มันจะล้มเหลว เลเซอร์จะพยายามเชื่อมผงเข้ากับผงที่หลวมขึ้น ทำให้เกิดก้อนหลอมเหลวที่ห้อยลง โก่งงอ และพังเสียหาย

• กฎ 45 องศา: ตามหลักทั่วไปแล้ว ส่วนยื่นใดๆ ที่มีมุมน้อยกว่า 45 องศาจากฐานรองจะต้องมีโครงสร้างรองรับ โครงสร้างเหล่านี้คือนั่งร้านโลหะที่บอบบางซึ่งพิมพ์ไว้พร้อมกับชิ้นส่วนสำหรับรองรับ
• ทำไมการสนับสนุนจึงเป็นศัตรู: In การพิมพ์โลหะตัวรองรับเหล่านี้ไม่ใช่โครงสร้างแบบแยกออกง่ายๆ เหมือนในการพิมพ์พลาสติก พวกมันเชื่อมติดกับชิ้นส่วนของคุณอย่างสมบูรณ์ การถอดออกนั้นเป็นขั้นตอนหลังการประมวลผลด้วยมือที่ยาก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการตัด การเจียร หรือ เครื่องจักรซีเอ็นซีพวกมันสิ้นเปลืองวัสดุราคาแพง เสียเวลาแรงงานหลายชั่วโมง และทิ้งรอยตำหนิไว้บนพื้นผิวของชิ้นส่วน นักออกแบบ DfAM ที่ดีจะให้ความสำคัญกับการวางชิ้นส่วนบนแผ่นพิมพ์ และใช้เทคนิคการออกแบบที่ชาญฉลาด (เช่น การปาดมุมแทนการใช้ก้นแบนเป็นรู) เพื่อกำจัดส่วนรองรับให้ได้มากที่สุด

บัญญัติข้อที่ 2: เจ้าต้องจัดการกับความเครียดจากความร้อน

ลองจินตนาการถึงการเอาจุดเล็กๆ บนแผ่นเหล็กไปเผาจนร้อน จุดหลอมเหลว (ประมาณ 1400°C) แล้วปล่อยให้เย็นลงภายในเสี้ยววินาที ทำแบบนี้หลายล้านครั้ง นี่คือกระบวนการ DMLS การให้ความร้อนและความเย็นอย่างรวดเร็วก่อให้เกิดความเครียดภายในชิ้นส่วนมหาศาล

• หลีกเลี่ยงมุมที่แหลมคม: มุมภายในที่แหลมคมเป็นตัวรวมแรงกด เนื่องจาก วัสดุเย็น และหดตัว แรงทั้งหมดนั้นดึงไปที่จุดแหลมคมจุดเดียว ทำให้เกิดรอยแตกและโก่งงอ วิธีแก้ปัญหาคือการเพิ่มร่องและรัศมีที่กว้างให้กับทุกมุม เพื่อให้แรงเค้นไหลได้สม่ำเสมอมากขึ้น นี่คือเหตุผลที่ท่อร่วมไอดีนั้นดูเป็นธรรมชาติและเหมือนกระดูก
• การเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไป: การเปลี่ยนแปลงความหนาของผนังอย่างกะทันหันก็เป็นอันตรายเช่นกัน ส่วนที่หนาจะเย็นตัวช้ากว่าส่วนที่บางมาก ซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างของแรงเค้นอย่างมาก ซึ่งอาจทำให้ชิ้นส่วนหลุดลอกหรือบิดงอได้ คุณต้องออกแบบโดยให้มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างส่วนที่หนาและส่วนที่บางอย่างราบรื่นและค่อยเป็นค่อยไป

บัญญัติข้อที่ 3: เจ้าจงรวมกลุ่มกัน

นี่คือจุดที่การพิมพ์โลหะ 3 มิติโดดเด่นอย่างแท้จริง ในการผลิตแบบดั้งเดิม ความซับซ้อน การชุมนุม เหมือนกับว่าท่อร่วมนั้นอาจทำจากชิ้นส่วนแยกชิ้นสิบหรือยี่สิบชิ้นที่ผ่านการกลึง เชื่อม และยึดด้วยสลักเกลียว ซึ่งทำให้มีความซับซ้อน น้ำหนัก และจุดที่อาจเกิดการเสียหายได้หลายจุด (รอยเชื่อม ปะเก็น สลักเกลียว)

ด้วย DMLS คุณสามารถพิมพ์ชุดประกอบทั้งหมดเป็นชิ้นส่วนเดียวแบบโมโนลิธิก วิศวกรสามารถรวมหน้าแปลนยึด ช่องภายใน และช่องทางออกเข้าเป็นชิ้นเดียวที่ทำจากเหล็ก ทำให้ได้ชิ้นส่วนที่เบากว่า แข็งแกร่งกว่า และเชื่อถือได้มากกว่าชิ้นส่วนที่ผลิตแบบดั้งเดิม DfAM ไม่ใช่แค่การหลีกเลี่ยงความล้มเหลวเท่านั้น แต่ยังเป็นการใช้ประโยชน์จากจุดแข็งเฉพาะตัวของกระบวนการเพื่อสร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์ที่เหนือกว่า

บัญญัติข้อที่ 4: เจ้าต้องออกแบบสำหรับการประมวลผลภายหลัง

งานยังไม่เสร็จเมื่อเครื่องพิมพ์ส่งเสียงบี๊บ ชิ้นส่วนยังคงเชื่อมติดกับแผ่นเหล็กหนาและหุ้มด้วยฐานรองรับ คุณต้องวางแผนว่าช่างเครื่องจะทำงานให้เสร็จอย่างไร

• อินเทอร์เน็ต: เลื่อยสายพานหรือ เครื่อง EDM แบบลวดสามารถเข้าถึงชิ้นส่วนได้จริง จะตัดออกจากแผ่นสร้างได้ไหม? โครงสร้างรองรับสามารถถอดออกได้ด้วยเครื่องเจียรหรือเครื่องมือ CNC หรือไม่? คุณต้องออกแบบโดยคำนึงถึงการเข้าถึงนี้
• ค่าเผื่อการตัดเฉือน: ดีเอ็มแอลเอส ชิ้นส่วนมีพื้นผิวที่หยาบ (ประมาณ 10-15 µm Ra) หากพื้นผิวจำเป็นต้องเรียบอย่างสมบูรณ์แบบสำหรับการปิดผนึก หรือต้องมีความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยสำหรับตลับลูกปืน คุณต้องออกแบบพื้นผิวด้วยวัสดุเพิ่มเติม — “ค่าเผื่อการตัดเฉือน” 0.5 มม. ถึง 1 มม. — ซึ่งสามารถกลึงหรือกลึงได้ จบอย่างสมบูรณ์แบบ ในการปฏิบัติการรอง

บัญญัติข้อที่ 5: เจ้าจงใช้ประโยชน์จากการลดน้ำหนัก

เนื่องจากคุณกำลังสร้างชิ้นส่วนตั้งแต่พื้นฐาน คุณจึงต้องวางวัสดุเฉพาะในจุดที่จำเป็นเชิงโครงสร้างเท่านั้น ใช้เครื่องมือซอฟต์แวร์เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี, วิศวกรสามารถกำหนดได้ โหลดและข้อจำกัดบนชิ้นส่วน และซอฟต์แวร์จะสร้างการออกแบบที่ใช้ปริมาณวัสดุขั้นต่ำที่จำเป็น ส่งผลให้มีโครงสร้างโครงกระดูกหรือคล้ายใยแมงมุมที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม

นอกจากนี้คุณสามารถออกแบบชิ้นส่วนด้วยภายใน โครงสร้างตาข่ายสิ่งเหล่านี้คือกริดสามมิติที่ซับซ้อนซึ่งเติมเต็มด้านในของชิ้นส่วน ช่วยลดน้ำหนักลงอย่างมากในขณะที่ยังคงรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างไว้ได้อย่างยอดเยี่ยม ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยวิธีการผลิตแบบอื่น และเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้อุตสาหกรรมการบินและอวกาศและอุปกรณ์ทางการแพทย์หันมาใช้โลหะ AM กันอย่างมาก

คำตัดสินขั้นสุดท้าย: มากกว่าเครื่องจักร แต่คือวิธีคิดแบบใหม่

แล้วเครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถพิมพ์สเตนเลสสตีลได้หรือไม่? ได้แน่นอน แต่คำถามนี้อาจทำให้เข้าใจผิด มันหมายถึงการ "พิมพ์กด" แบบง่ายๆ ความจริงก็คือ การเผาผนึกโลหะด้วยเลเซอร์โดยตรงและการผูกมัด การสะสมโลหะเป็นการผลิตขั้นสูง กระบวนการไม่ใช่แค่เครื่องจักรเท่านั้น

ความสำเร็จต้องอาศัยวิธีคิดแบบใหม่ทั้งหมด คุณต้องเปลี่ยนจากกรอบความคิดแบบลบของช่างเครื่องที่มองเห็นบล็อกแล้วคิดว่า "ฉันจะลบอะไรออกได้บ้าง" ไปสู่กรอบความคิดแบบบวกของนักออกแบบที่มองเห็นแผ่นพิมพ์เปล่าแล้วคิดว่า "ฉันจะขยายชิ้นส่วนนี้ให้มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้อย่างไร" การเรียนรู้หลักการของ DfAM จะช่วยให้คุณปลดล็อกศักยภาพทั้งหมดของเทคโนโลยีนี้ เพื่อสร้างชิ้นส่วนที่แข็งแกร่งขึ้น เบาขึ้น และซับซ้อนยิ่งขึ้นกว่าสิ่งใดในโลกที่เคยมีมา

อ้างอิง

• บริษัท EOS GmbH. (nd). กฎการออกแบบสำหรับการผลิตแบบเติมแต่ง. อีโอเอส.
• บริษัท มาร์คฟอร์จ อิงค์ (2021) คู่มือการออกแบบ Metal X. มาร์คฟอร์จ
• โปรโตแล็บส์ (nd). เคล็ดลับการออกแบบสำหรับการหลอมโลหะด้วยเลเซอร์โดยตรง (DMLS). โปรโตแล็บส์
• Gibson, I., Rosen, D., และ Stucker, B. (2015). เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมแต่ง: การพิมพ์ 3 มิติ สร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วและการผลิตแบบดิจิทัลโดยตรง. สปริงเกอร์.
• 3D Hubs (ปัจจุบันคือ Hubs โดย Protolabs) (2019) การขอ คู่มือวิศวกรด้านโลหะ พิมพ์ 3D.

คำถามที่พบบ่อย

ความแตกต่างหลักระหว่าง DMLS และ BMD สำหรับการพิมพ์เหล็กคืออะไร?

DMLS (Direct Metal Laser Sintering) ใช้เลเซอร์กำลังสูงเพื่อ เชื่อมโลหะ ผงโลหะจะถูกหลอมรวมเข้ากับชิ้นส่วนที่มีความหนาแน่นสูงโดยตรง มีประสิทธิภาพสูงสุด ความหนาแน่น (99.5%+) และรูปทรงอิสระ แต่มีราคาแพงมากและต้องใช้สภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม BMD (Bound Metal Deposition) คือการอัดเส้นใยผงโลหะที่ผสมกับสารยึดเกาะ จากนั้นจึงใช้เตาหลอมเพื่อแยกสารยึดเกาะออกและเผาผงให้เป็นชิ้นส่วนที่เป็นของแข็ง วิธีนี้มีราคาถูกกว่ามาก เหมาะสำหรับสำนักงาน แต่ให้ความหนาแน่นต่ำกว่าเล็กน้อย (~97%) และมีข้อจำกัดทางรูปทรงมากกว่าเนื่องจากต้องใช้เตาหลอม

ชิ้นส่วนสแตนเลสที่พิมพ์ 3 มิติมีความแข็งแรงแค่ไหน?

ชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วย DMLS อาจมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีพอๆ กับหรือดีกว่าชิ้นส่วนที่กลึงจากแท่งเหล็ก เหล็กกล้าไร้สนิมโดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากกระบวนการหลังการประมวลผล เช่น การอบชุบด้วยความร้อน ชิ้นส่วนที่ทำด้วย BMD มักจะเทียบได้กับชิ้นส่วนที่ทำด้วยโลหะ ฉีดขึ้นรูป (MIM) หรือการหล่อแบบหล่อ ซึ่งมีความแข็งแรงมาก แต่โดยทั่วไปจะไม่แข็งแรงเท่าวัสดุตีขึ้นรูปหรือตีขึ้นรูป

ฉันสามารถมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบโลหะที่บ้านได้หรือไม่?

สำหรับ DMLS คำตอบคือไม่เด็ดขาด ระบบเหล่านี้มีราคาหลายแสนดอลลาร์ ต้องใช้ไฟฟ้าแรงสูงเฉพาะทาง ระบบการจัดการก๊าซเฉื่อย และมาตรการความปลอดภัยที่ครอบคลุมในการจัดการกับผงโลหะระเบิด สำหรับ BMD แม้ว่าตัวเครื่องพิมพ์จะเหมาะสำหรับสำนักงาน แต่สถานีถอดเข้าเล่มและเตาเผาผนึกอุณหภูมิสูงที่จำเป็นนั้นเป็นอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ต้องใช้การระบายอากาศและพลังงานพิเศษ ทำให้ไม่เหมาะกับสภาพแวดล้อมภายในบ้านทั่วไป

เหตุใดการประมวลผลหลังการพิมพ์จึงมีความสำคัญมากสำหรับการพิมพ์โลหะ 3 มิติ?

กระบวนการหลังการประมวลผลเป็นส่วนหนึ่งของเวิร์กโฟลว์ที่ไม่สามารถต่อรองได้ สำหรับ DMLS กระบวนการนี้ประกอบด้วยการคลายความเค้นของชิ้นส่วนในเตาเผาเพื่อป้องกันการแตกร้าว การตัดชิ้นส่วนออกจากแผ่นสร้าง การกลึงโครงสร้างรองรับ และ การตกแต่งพื้นผิวที่สำคัญ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความคลาดเคลื่อนและความเรียบ สำหรับ BMD เกี่ยวข้องกับกระบวนการถอดและเผาผนึกทั้งหมด ส่วนที่ "พิมพ์" ไม่เคยเป็น สุดท้าย ส่วนหนึ่ง

สเตนเลสชนิดใดที่นิยมใช้มากที่สุดในการพิมพ์ 3 มิติ?

สเตนเลสสตีลที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสองชนิดคือ 316L และ 17-4 พีเอช. 316L ถูกเลือกเนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและความเหนียวที่ยอดเยี่ยม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์ การใช้งานในระดับอาหาร และฮาร์ดแวร์ทางทะเล 17-4 PH เป็นเหล็กกล้าชุบแข็งแบบตกตะกอนที่รู้จักกันดีในเรื่องความแข็งแรงและความแข็งที่สูงมากหลังการอบชุบด้วยความร้อน ทำให้เป็นที่ชื่นชอบสำหรับส่วนประกอบอุตสาหกรรมและการบินและอวกาศประสิทธิภาพสูง

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ

ข้อมูลในหน้านี้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ข้อมูลเท่านั้น RM ไม่รับรองหรือรับประกันใดๆ ไม่ว่าโดยชัดแจ้งหรือโดยนัย เกี่ยวกับความถูกต้องหรือความครบถ้วนของข้อมูลนี้ สำหรับบริการของบุคคลที่สามใดๆ ที่ได้รับผ่าน RM เครือข่ายเป็นความรับผิดชอบของผู้ซื้อในการระบุและยืนยันพารามิเตอร์ประสิทธิภาพ ความคลาดเคลื่อน วัสดุและฝีมือในระหว่างกระบวนการเสนอราคา หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะo ติดต่อเรา.

RM: พันธมิตรด้านการผลิตที่แม่นยำของคุณ

RM เป็นผู้นำในอุตสาหกรรม โซลูชันการผลิตที่กำหนดเองด้วยประสบการณ์อันยาวนานกว่า 20 ปี เราได้กลายเป็นพันธมิตรที่เชื่อถือได้สำหรับลูกค้ากว่า 5,000 รายทั่วโลก เรามีความเชี่ยวชาญในบริการด้านการผลิตที่ครอบคลุม ซึ่งรวมถึงการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง เครื่องจักรซีเอ็นซี, การผลิตแผ่นโลหะ, พิมพ์ 3D, ฉีดขึ้นรูปและ ปั๊มโลหะ—เพื่อให้คุณได้รับความจริง ประสบการณ์แบบครบวงจร.

สิ่งอำนวยความสะดวกระดับโลกของเรามีอุปกรณ์ที่ทันสมัยกว่า 100 ชิ้น การตัดเฉือนแบบ 5 แกน ศูนย์และดำเนินงานโดยปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO 9001:2015 อย่างเคร่งครัด ระบบบริหารคุณภาพเรามุ่งมั่นที่จะมอบโซลูชันที่ผสมผสานความเร็ว ประสิทธิภาพ และคุณภาพที่เป็นเลิศให้แก่ลูกค้าในกว่า 150 ประเทศ จาก สร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว ไปจนถึงการผลิตในปริมาณมาก เราสัญญาว่าจะส่งมอบสินค้าได้ภายใน 24 ชั่วโมง ช่วยให้คุณได้เปรียบทางการแข่งขันในตลาด การเลือก RM หมายถึงการเลือกพันธมิตรด้านการผลิตที่มีประสิทธิภาพ เชื่อถือได้ และเป็นมืออาชีพ

สำรวจความสามารถของเราในวันนี้โดยเยี่ยมชมเว็บไซต์ของเรา: www.rapmaf.com