Komponenty wielomateriałowe i wielomateriałowe z dodatkowym wytwarzaniem

W tym artykule chciałbym opisać, w jaki sposób można stosować i ulepszać różne technologie wytwarzania dodatków do polimerów i metali, aby uzyskać części i wielowarstwowości w części.

Systemy żywiczne SLA / DLP

Systemy stereolitograficzne i cyfrowe systemy przetwarzania światła wykorzystują światło UV do utwardzania fotopolimerów warstwa po warstwie, aby zbudować trójwymiarową część / komponent. Zasada działania obu systemów opisanych w istocie jest taka sama z pewną ilością światła UV mierzoną w kategoriach energii na obszar i jej penetracji w zależności od właściwości żywicy. Powiedziawszy to, przy różnych głębokościach utwardzania na warstwę, można uzyskać różne właściwości materiału wzdłuż różnych warstw konstrukcji.

Ta koncepcja może być przydatna na przykład w przypadku elastomerycznych fotopolimerów, które mają tendencję do osiągania wysokich wydłużeń. ale w zależności od ilości utwardzania mogą one również zwiększać wytrzymałość na rozciąganie i twardość. Branża motoryzacyjna mogłaby skorzystać z tego pomysłu, wykorzystując na przykład materiał elastomerowy do budowy części takich jak elastyczne węże ze zintegrowanymi twardymi złączami. W rezultacie węże te będą jednoczęściowe i zmniejszą ryzyko przecieków w terenie, ale także zmniejszą produkcję. Poniższy rysunek przedstawia prototyp mojego pokolenia, aby zilustrować ostatnią koncepcję.

W przeciwieństwie do tego, część można również wykonać za pomocą wielu fotopolimerów wykorzystujących źródło światła UV. Wiele pojemników z żywicą lub kadzi można wykorzystać na jednej platformie do utwardzania na tych samych warstwach częściowych różnych materiałów. Studenci z University of Twente w Holandii wykonali tę koncepcję w 2015 roku z prototypem drukarki XZEED DLP [1].

Jednak z moim doświadczeniem w tej technologii muszę powiedzieć, że jest kilka rozważań które należy zbadać przed wykorzystaniem tej koncepcji. Jedna uwaga jest taka, ponieważ żywice są utwardzane światłem UV, tylko prosta zmiana koloru wpłynie na sposób, w jaki światło penetruje i utwardza ​​żywicę. Z tego powodu, zanurzając część budynku żywicą A w kadzi żywicy B, aby kontynuować tworzenie warstw na niej, zanieczyści żywicę B pozostałościami żywicy A. Następnie w momencie ekspozycji na światło UV ta sama część otrzyma połączenie obu żywic wyleczonych w granicach. Ostatecznie taka sytuacja może wytworzyć zestalone pozostałości w kadzi żywicy B, która może blokować światło, aby utwardzić kolejne warstwy części.

Drukarki na bazie projektora lub drukarki DLP rozszerzają sięna rynku polimerów druku 3D od kiedy firma Carbon wprowadziła swoją pierwszą drukarkę i uzyskała prędkość superszybkiego budynku. Coraz więcej firm zaczyna korzystać z tej technologii i osiąga prędkość do 100 mm / godz., Co w porównaniu do tradycyjnego utwardzania laserowego lub SLA znacznie przekracza jego możliwości. Jednak do drukarek DLP brakuje jeszcze jednego dużego wyzwania, jakim jest większa powierzchnia budynku, która jest bezpośrednio związana z rozmiarem obszaru projektora.

Systemy metalowe

Bezpośrednie osadzanie energii wykorzystuje laser belka do topienia proszków metali warstwa po warstwie, aby utworzyć kształt 3D. Te metalowe proszki przepływają i są przecinane przez wiązkę laserową i substrat, aby utworzyć jeziorko. Technologia ta umożliwia mieszanie różnych rodzajów stopu metali w stopie. Tak więc, zapewnienie metalurgicznego połączenia pomiędzy stopami i podłożem, którego nie można osiągnąć za pomocą systemu złoża proszku lub nawet w przypadku konwencjonalnych systemów produkcyjnych, takich jak spawanie.

Przykład tego scenariusza to wiązanie z brązu i stali nierdzewnej, które udało się osiągnąć dzięki osadzaniu laserem CO2. Normalnie bardzo trudno byłoby połączyć te dwa stopy ze spawaniem łukowym lub jakimkolwiek innym źródłem energii, a nie wiązką laserową. Wiązanie metalurgiczne można uzyskać między podłożem ze stali nierdzewnej a proszkiem z brązu ze względu na skoncentrowaną powierzchnię cieplną wiązki laserowej, która generuje pulę stopu.

Różne stopy mają różne przewodności cieplne; stąd ich ekspansja i kurczenie może być kluczowym czynnikiem dla określenia kompatybilności pomiędzy dwoma różnymi materiałami. Tak jest w przypadku stopu bogatego w miedź i stali nierdzewnej, gdzie pierwszy materiał ma doskonałe przewodnictwo cieplne, a drugi nie. Podczas gdy miedź szybko przenosi ciepło z lasera na powietrze i na podłoże, które w tym przypadku jest stalą nierdzewną, stal nierdzewna będzie utrzymywać go przez dłuższy czas. Utrudnia to stopienie miedzi w tym samym czasie, co stal nierdzewna, a następnie, gdy ulegną stopieniu podczas chłodzenia, mogą spowodować pęknięcie wiązania z powodu różnych szybkości skurczu cieplnego.

Metody rastrowania lub wylęgu są ważne w depozycji laserowej, aby uniknąć wysokich naprężeń termicznych i poprawić połączenie między stopami. Również w zależności od metody kreskowania i grubości budowy istnieje ryzyko zwiększenia liczby pustek w części. Niektóre materiały ze względu na wysokie współczynniki skurczu lepiej radzą sobie z wykonywaniemosadzanie graniczne na każdej warstwie w celu zapewnienia spójności geometrycznej.

Gęstości materiałów są kolejnym czynnikiem uwzględnianym przy bezpośrednim odkładaniu energii ze względu na naturę procesu podczas interakcji przepływu proszku ze zbiornikiem roztopionym. Jeżeli materiał A jest znacznie gęstszy niż materiał B i oba materiały są osadzane w puli stopu, materiał A będzie płynął szybciej i może nie być w stanie całkowicie stopić się z powodu materiału B blokującego trochę światła z niego.

Z drugiej strony, systemy łóżek proszkowych mogą również mieć koncepcję wielu proszków powlekających, aby umożliwić zestalenie warstw różnych stopów w części 3D. Idea ta została przedstawiona na rysunku 3 poniżej wraz ze szkicem pokazującym, jak można zaprojektować system. Ważnymi względami byłyby tutaj niewykorzystane proszki, które nie mogłyby zostać poddane recyklingowi z powodu zanieczyszczenia innymi materiałowymi proszkami, ale także komora budowy wymagałaby dobrego czyszczenia po każdej kompilacji, aby uniknąć zanieczyszczenia części.

Ta koncepcja została rozpoczęta przez firmę z Belgii pod nazwą Aerosint [2]. Jednak eksplorowali tę koncepcję jedynie za pomocą proszków polimerowych, a jeszcze nie metali, z powodu tego, co wydaje się być ich wiążącym źródłem energii. Aerosint wydaje się wiązać proszki, które ostatecznie będą wymagały procesu końcowego, aby w pełni je połączyć. Z drugiej strony moja koncepcja proponuje ideę całkowitego stopienia proszków w warstwie po warstwie za pomocą wiązki laserowej. Aby zwiększyć precyzję budowy, sugeruje się źródło lasera, aby uniknąć stosowania środków wiążących, które będą wytwarzać puste przestrzenie po odparowaniu ich za pomocą źródła elementu grzejnego. Ponadto, poprzez dostarczanie zlokalizowanego ciepła i wykorzystywanie rozpraszania ciepła w złożu proszku, będzie można zapobiec zniekształceniom części przy mniejszym zużyciu ciepła przenoszonego na zadrukowaną część.

Zawsze szukam sposobów aby kontynuować ulepszanie obecnych technologii wytwarzania dodatków i wiem, że te aspekty multimateriałów i właściwości to coś, co należy dalej wykorzystywać. Nie wahaj się skontaktować ze mną, jeśli chcesz porozmawiać o wszystkim, co dotyczy pomysłów na ten artykuł.

Dane kontaktowe:

Juan-Carlos Cruz-Robles

[email protected]

[email protected]

Porozmawiaj o tym i innych tematach drukowania 3D na stronie 3DPrintBoard.com lub podziel się przemyśleniami w komentarzach poniżej .

[1] Drukarka XZEED DLP -http://essay.utwente.nl/67685/1/Paper%20Exzeed%20DLP%20Reinout%20Holtrup.pdf