Procés d'impressió 3D de metall

La impressió 3D de metall no és un simple procés de "-construcció d'un clic"; és un procés sistemàtic que inclou el modelatge digital, la preparació del material, l'execució d'impressió i el post-processament. El control de precisió a cada pas afecta directament la qualitat de la peça final.

El procés comença amb la construcció i processament d'un model digital d'impressió 3D. Els dissenyadors utilitzen programari de modelatge 3D per crear un model digital precís de la peça. Aquest model no només inclou la geometria de la peça sinó que també incorpora optimitzacions estructurals adaptades al procés d'impressió específic, com ara afegir estructures de suport per evitar la deformació durant la impressió. Un cop finalitzat el modelatge, el programari de tall especialitzat "talla" el model 3D en centenars o milers de capes de dades de secció transversal-2D. El gruix de cada capa s'estableix en funció dels requisits de precisió de la peça, normalment entre 20 i 100 micres. Aquestes rodanxes serveixen com a "dibuixos de construcció" per a l'equip d'impressió 3D, guiant la conformació de cada capa.

La preparació del material és crucial per als resultats d'impressió 3D. Les pols metàl·liques s'utilitzen habitualment com a matèries primeres per a la impressió 3D de metall, i aquestes pols es sotmeten a un rigorós cribratge per garantir una mida de partícula uniforme, una alta esfericitat i un baix contingut d'impureses. Les propietats de la pols varien significativament entre els diferents materials. Per exemple, la pols d'aliatge de titani té poca fluïdesa i s'ha de mantenir sec durant l'emmagatzematge i el transport. La pols d'aliatge d'alumini s'oxida fàcilment i normalment requereix manipulació sota una atmosfera inert. Abans d'imprimir en 3D, la pols s'ha de preescalfar o tamisar per eliminar els grumolls i garantir una dispersió uniforme de la pols.

L'execució d'impressió és el nucli del procés, basat en el principi de "deposició-per-capa". Després d'encendre l'equip, la cambra d'impressió 3D segellada s'omple primer amb un gas inert (com l'argó) per reduir la concentració d'oxigen a un nivell extremadament baix, evitant l'oxidació del metall a altes temperatures. El dispositiu d'escampament de pols diposita de manera uniforme una capa de pols metàl·lica a la taula de treball. Un làser d'alta-energia o un feix d'electrons escaneja selectivament la superfície de la pols en funció de les dades de tall de la capa actual. Allà on colpeja el raig làser, la pols absorbeix l'energia a l'instant i es fon en una piscina fosa. En refredar-se, es solidifica en una capa metàl·lica que s'ajusta a la forma de la-secció transversal de la capa. Després d'imprimir una capa, la taula de treball baixa precisament el gruix de la capa i el dispositiu-de posada de pols aplica una nova capa de pols. El procés de fusió i solidificació es repeteix fins que es dipositen totes les capes tallades i, finalment, es forma un blanc tridimensional que coincideix amb el model digital. Durant tot el procés d'impressió 3D, l'equip controla paràmetres com ara la potència del làser, la velocitat d'escaneig i la temperatura de la cambra en temps real, ajustant automàticament qualsevol desviació per garantir la qualitat de cada capa.

Després de la impressió en 3D, el blanc no està preparat per al seu ús immediat i s'ha de sotmetre a una sèrie de passos de post-processament. En primer lloc, cal eliminar la pols no fosa que s'adhereix a la superfície del blanc. Aquesta pols es pot tamisar i reutilitzar. Les estructures de suport afegides durant la impressió 3D s'eliminen mitjançant tall mecànic o gravat electroquímic per evitar danys a la peça en si. Posteriorment, la majoria de les peces requereixen tractament tèrmic. En controlar la temperatura d'escalfament i la velocitat de refredament, s'eliminen les tensions internes generades durant la impressió i es milloren les propietats mecàniques del material. Per exemple, el tractament d'envelliment pot augmentar la resistència d'alguns aliatges en més d'un 30%. Les peces que requereixen una alta precisió superficial requereixen rectificat, polit o altres mecanitzats de precisió per aconseguir una rugositat superficial que compleixi amb l'estàndard de disseny. Algunes peces especialitzades també poden requerir proves de penetrants o proves mecàniques per assegurar-se que estan lliures de defectes interns i compleixen els estàndards de rendiment.

Tot el cicle del procés d'impressió 3D de metall varia segons la mida i la complexitat de la peça, des d'hores per a peces de precisió petites fins a dies per a components grans. La configuració dels paràmetres de cada etapa s'ha d'ajustar amb precisió a les propietats del material i als requisits de les peces. Per exemple, la impressió de peces d'aliatge d'alta-temperatura requereix una potència làser més alta i temperatures de preescalfament, mentre que les peces d'aliatge de titani tenen requisits més estrictes de puresa de gas inert. Aquest control sistemàtic del procés permet que la impressió 3D metàl·lica assoleixi estructures complexes que són difícils d'aconseguir amb els mètodes tradicionals, alhora que assegura que les propietats mecàniques de les peces compleixen els requisits d'aplicació pràctica, proporcionant una solució de producció flexible i eficient per a la indústria manufacturera.