Производство порошков для аддитивных технологий

ермины «3D-печать», «быстрое протопирование» и «процессы аддитивного производства» являются конгруэнтными терминами для производственных процессов, в которых создание трехмерных компонентов осуществляется поэтапным методом, путем последовательного наслоения тончайших слоев пластика или металлической пудры. При порошковой трёхмерной печати каждый слой структуры представляет собой тонкое поперечное сечение и генерируется в соответствии с командами встроенной программы, сформированными на основе чертежей, выполненных в 3D CAD программе. 3d принтер считывает этот проект и выкладывает материал слоями, пока требуемая конструкция не будет завершена. Тончайшие слои пластика или металлической пудры расплавляются с помощью источника энергии, обычно лазерным лучом. По завершению каждого слоя лазер возвращается в исходную позицию, после чего добавляется новый слой порошка. Двигаясь в соответствии с контурами 3d-модели будущего объекта, лазер расплавляет и скрепляет нижележащие слои. В качестве материалов могут использоваться металлы, пластик, керамика, синтетические смолы, углеродные и графитовые материалы. В лабораториях клеточной биологии также проводятся исследования по созданию тканей или органов с помощью аддитивных технологий.

В эпоху четвёртой промышленной революции огромное значение для производства приобрел растущий интерес к 3D-печати. Наряду с другими процессами аддитивного производства, 3D-печать часто обсуждается как ключевая технология оцифровки, которая может революционизировать производство. 3D-печать является лучшим выбором при изготовлении изделий с тремя конкретными характеристиками: сложными геометрическими структурами, небольшими партиями и высокой степенью индивидуализации. А также при ремонте оборудования, если запчасти сняты с производства. Даже механические и технологические аспекты компонента могут быть воспроизведены с помощью 3D-печати.

В отличие от традиционных процессов производства металлорежущих изделий, аддитивное производство не требует заготовки форм для литья и крепежных приспособлений. Во многих случаях может быть достигнута значительная экономия компонентов и материальных потерь, что делает 3D-изготовление особенно ресурсосберегающим (источник: VDI Resource Efficiency Center). В процессе производства генерируются механо-технологические свойства. Кроме того, могут быть созданы сложные структуры, которые невозможно получить посредством обычного производственного процесса. Это означает, что 3D-печать становится более экономичной с увеличением сложности геометрии деталей и уменьшением количества производимых деталей.

3D-печать используется во многих отраслях промышленности. В дополнение к классическому применению для получения 3D моделей в архитектуре, машино- и автомобилестроении, трёхмерная печать также широко используется при производстве протезов в хирургической и стоматологической области здравоохранения. Этот метод идеально подходит для тестирования результатов, полученных из структурной бионики. Особенно при попытке преобразовать прочные конструкции растительных волокон в современные структурные конструкции.

В первую очередь подаётся плотный порошковый слой. Посредством точно контролируемого ввода энергии порошки расплавляются, принимая заданную форму. Избыточный материал удаляется, обрабатывается и используется для дальнейшего наращивания слоя. Частицы должны быть стабильными, а размеры частиц, их объемные плотности и реологии должны быть сохранены. Производственные этапы должны быстро следовать друг за другом, чтобы обеспечить экономическую рентабельность. Эти процессы в основном выполняются с помощью пневматической подачи с всасыванием, которая требует сравнительно высоких скоростей транспортировки и может способствовать образованию истирания. Используемые полимерные порошки должны быть хорошо кондиционированы.

Аналогичные проблемы возникают при спекании металлического порошка для 3D-печати. Порошок наносится во флюсовой подушке с помощью ракельного ножа. Этот процесс часто занимает много времени. Свойства текучести используемых порошков оказывают большое влияние на гомогенность флюсовой подушки. Порошки должны быть максимально сыпучими. Поэтому желательны сферические формы частиц и тесное гранулометрическое распределение частиц. Агломераты должны быть устранены, так как в противном случае в компоненте возникнут плоские или линейные дефекты. Спайки на ракелевом инструменте и рабочей платформе создают помехи, которых трудно избежать. Большинство используемых металлических порошков имеют размер частиц менее 10 мкм и ведут себя когезивно.

Чтобы предотвратить образование нежелательных агломератов, порошки для 3D-печати могут быть покрыты наноскопическими добавками в качестве средства их кондиционирования. Такой процесс кондиционирования лучше всего проводить в автоматическом прецизионном смесителе , где вероятность образования комков и нежелательных агломератов меньше, а характеристики сыпучести порошков могут быть улучшены.

Роль смесителей, вакуумных сушилок и вакуумных реакторов в производстве порошков для 3D-печати

Промышленные смесители выполняют важные функции в порошковой металлургии и в подготовке полимеров. Наноскопическое покрытие каждой отдельной частицы может быть достигнуто, если материал покрытия присутствует в виде слабого раствора или суспензии и постепенно подается в порошок. Равномерное смешивание обеспечивает сохранение структуры компонентов и гарантирует получение высококачественного продукта. Вакуумная сушка смеси является наиболее бережной и щадящей.