ในช่วงกลางทศวรรษ 2010 การพิมพ์ Metal 3D ได้เปลี่ยนจากการเป็นเทคโนโลยีทดลองเฉพาะกลุ่ม มาเป็นผู้เล่นหลักในอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่การบินและอวกาศไปจนถึงการดูแลสุขภาพสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับสิ่งมหัศจรรย์ทางเทคโนโลยีนี้ไม่ได้ไม่มีมูลความจริงความสามารถในการสร้างส่วนประกอบที่ซับซ้อนและทนทานจากไทเทเนียม เหล็ก และโลหะอื่นๆ ได้ปฏิวัติวงการการผลิตบริษัทต่างๆ เช่น General Electric และ Boeing เป็นหนึ่งในกลุ่มผู้บุกเบิกที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยนี้ ทำให้สามารถผลิตส่วนประกอบที่ทั้งเบาและแข็งแรงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตแบบดั้งเดิม

การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะมีความแข็งแกร่งและความทนทานที่น่ายกย่องเทียบได้กับชิ้นส่วนโลหะที่ผลิตโดยทั่วไปความแข็งแกร่งนี้เป็นผลมาจากวิธีการต่างๆ เช่น Powder Bed Fusion (PBF) และการเผาด้วยเลเซอร์โลหะโดยตรง (DMLS) ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม

ปัจจัยที่ส่งผลต่อความแข็งแรงของชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3 มิติ

คำถามที่สำคัญที่สุดข้อหนึ่งเกี่ยวกับการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเกี่ยวข้องกับความแข็งแรงและความทนทานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายแม้ว่าคำตอบทั่วไปจะได้รับการยืนยันว่าชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3D มีความแข็งแกร่ง แต่ก็มีปัจจัยหลายประการที่เข้ามามีบทบาท

คุณสมบัติและการเลือกใช้วัสดุ

คุณสมบัติโดยธรรมชาติของวัสดุที่ใช้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อความแข็งแรงของชิ้นส่วนสุดท้ายโลหะ เช่น ไทเทเนียม สเตนเลส และซูเปอร์อัลลอยด์ที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบ มักใช้กันทั่วไปเนื่องจากมีความทนทาน ทนต่อการกัดกร่อน และเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความเครียดสูง

· โลหะผสมไทเทเนียม: โลหะผสมไททาเนียมเป็นที่รู้จักในด้านอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักและความต้านทานการกัดกร่อนสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบินและอวกาศและการปลูกถ่ายทางการแพทย์

· สแตนเลส: ให้ความสมดุลระหว่างความแข็งแรง ความแข็ง และความต้านทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

· ซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก: จัดแสดงความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ ทำให้เหมาะสำหรับเครื่องยนต์กังหันและสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการคล้ายกัน

การเลือกใช้วัสดุมีความสัมพันธ์โดยตรงกับประสิทธิภาพของชิ้นส่วนที่พิมพ์แบบ 3D ซึ่งหมายความว่าการเลือกอย่างระมัดระวังเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานเป็นสิ่งสำคัญ

เทคนิคการผลิต

เทคนิคการพิมพ์ 3D โลหะแบบต่างๆ ให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันในแง่ของคุณสมบัติทางกลและความแข็งแรงวิธีการที่โดดเด่นที่สุด ได้แก่ Powder Bed Fusion (PBF) และการเผาผนึกด้วยเลเซอร์โลหะโดยตรง (DMLS)

· ผงเบดฟิวชั่น (PBF): เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการกระจายผงโลหะบาง ๆ เหนือแท่นสร้าง ซึ่งจากนั้นจะหลอมด้วยเลเซอร์กระบวนการนี้ทำซ้ำทีละชั้นจนกว่าส่วนประกอบจะเสร็จสมบูรณ์PBF ผลิตชิ้นส่วนที่มีความสมบูรณ์ของโครงสร้างและความแม่นยำเป็นเลิศ

· การเผาผนึกด้วยเลเซอร์โลหะโดยตรง (DMLS): เช่นเดียวกับ PBF DMLS ใช้เลเซอร์ในการเผาผงโลหะแบบคัดเลือกความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่กระบวนการเผาผนึก ซึ่งจะหลอมอนุภาคโลหะบางส่วน เพิ่มคุณสมบัติทางกลของชิ้นส่วน และทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน

ทั้งสองวิธีส่งผลให้ชิ้นส่วนมีความแข็งแกร่งเป็นเลิศ แม้ว่าผลลัพธ์ที่แน่นอนจะขึ้นอยู่กับวัสดุและขั้นตอนหลังการประมวลผล

อิทธิพลของการประมวลผลภายหลัง

กระบวนการหลังการประมวลผลมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความแข็งแกร่งขั้นสุดท้ายของชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์แบบ 3 มิติเทคนิคต่างๆ เช่น การอบชุบด้วยความร้อน การบรรเทาความเครียด และการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) สามารถเพิ่มคุณสมบัติทางกล ลดความเค้นตกค้าง และปรับปรุงความแข็งแรงโดยรวม

· การรักษาความร้อน: กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการทำความร้อนชิ้นส่วนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด จากนั้นทำให้เย็นลง ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคและเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งได้

· บรรเทาความเครียด: โดยการลดความเค้นตกค้างที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการพิมพ์ การบรรเทาความเครียดจะช่วยเพิ่มความทนทานและความต้านทานต่อความล้มเหลวของชิ้นส่วน

· การกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP): HIP กำหนดให้ชิ้นส่วนสัมผัสกับอุณหภูมิและความดันสูง ซึ่งสามารถกำจัดช่องว่างภายในและเพิ่มความหนาแน่น ส่งผลให้มีคุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่า

บทบาทของการออกแบบและเรขาคณิต

ความยืดหยุ่นในการออกแบบเป็นหนึ่งในข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของการพิมพ์โลหะ 3Dวิศวกรสามารถสร้างชิ้นส่วนที่มีรูปทรงที่ซับซ้อนซึ่งการผลิตแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำได้อย่างไรก็ตาม การออกแบบยังส่งผลต่อความแข็งแกร่งและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายด้วย

· โครงสร้างขัดแตะ: การรวมโครงสร้างขัดแตะเข้าด้วยกันสามารถลดน้ำหนักได้โดยไม่กระทบต่อความแข็งแรง เหมาะสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศและยานยนต์

· การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี: ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพเค้าโครงวัสดุภายในพื้นที่การออกแบบที่กำหนด เราจึงสามารถบรรลุเส้นทางโหลดที่มีประสิทธิภาพและอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่เหนือกว่า

การออกแบบที่เป็นนวัตกรรมใหม่ซึ่งใช้ประโยชน์จากศักยภาพของการพิมพ์ 3 มิติสามารถให้ชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น

การใช้งานและตัวอย่างอุตสาหกรรม

อุตสาหกรรมจำนวนมากได้นำการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะมาใช้ โดยใช้ประโยชน์จากความแข็งแกร่งและความสามารถในการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์ตัวอย่างที่น่าสังเกตได้แก่:

· การบินและอวกาศ: บริษัทอย่าง Boeing และ NASA ใช้การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเพื่อสร้างส่วนประกอบที่มีน้ำหนักเบาแต่แข็งแกร่งสำหรับเครื่องบินและยานอวกาศ

· ทางการแพทย์: การปลูกถ่ายและขาเทียมที่ออกแบบเป็นพิเศษซึ่งทำจากโลหะผสมไททาเนียมแสดงให้เห็นถึงความแข็งแกร่งและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่จำเป็นสำหรับการใช้งานทางการแพทย์

· ยานยนต์: ชิ้นส่วนยานยนต์ประสิทธิภาพสูง เช่น ส่วนประกอบเครื่องยนต์น้ำหนักเบา ได้ประโยชน์จากความสามารถของการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเพื่อสร้างการออกแบบที่แข็งแกร่งและซับซ้อน

บทสรุป

โดยสรุป การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเป็นเทคโนโลยีการผลิตที่น่าเกรงขามซึ่งสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแกร่งเทียบเท่าหรือเหนือกว่าชิ้นส่วนที่ผลิตแบบดั้งเดิมได้ด้วยการเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสม การใช้เทคนิคการพิมพ์ที่เหมาะสม การใช้วิธีการหลังการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพ และการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด คุณสามารถใช้ประโยชน์จากการพิมพ์ 3D โลหะได้เต็มศักยภาพความสามารถนี้ได้รับการยอมรับและนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากขึ้น ซึ่งเป็นการประกาศศักราชใหม่ของการผลิต

คำถามที่พบบ่อย

การพิมพ์โลหะ 3D เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากหรือไม่

ใช่ การพิมพ์โลหะ 3D ถูกนำมาใช้มากขึ้นสำหรับการผลิตจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบที่ซับซ้อนและมีมูลค่าสูง

ต้นทุนของการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเมื่อเทียบกับวิธีการแบบเดิมเป็นอย่างไร

แม้ว่าในตอนแรกจะมีราคาแพงกว่า แต่การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะก็คุ้มค่ากับต้นทุนสำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อน ปริมาณน้อย หรือแบบกำหนดเอง เนื่องจากต้นทุนเครื่องมือลดลงและเวลาในการผลิตที่รวดเร็วขึ้น

ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3D สามารถทนทานเท่ากับชิ้นส่วนปลอมแปลงได้หรือไม่

ใช่ ด้วยการเลือกใช้วัสดุ เทคนิคการพิมพ์ และขั้นตอนหลังการประมวลผล ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3 มิติสามารถจับคู่หรือเกินความทนทานของชิ้นส่วนปลอมแปลงได้

ข้อจำกัดของการพิมพ์โลหะ 3D คืออะไร?

ข้อจำกัดรวมถึงความพร้อมของวัสดุ ต้นทุนเริ่มต้นที่สูง และความต้องการที่เป็นไปได้สำหรับการประมวลผลภายหลังที่กว้างขวาง

โลหะชนิดใดที่สามารถนำมาใช้ในการพิมพ์ 3 มิติได้?

โลหะที่ใช้กันทั่วไปในการพิมพ์ 3D ได้แก่ โลหะผสมไททาเนียม สแตนเลส อลูมิเนียม โคบอลต์โครเมียม และซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิล