Czym jest obróbka przyrostowa?
Obróbka przyrostowa to proces, w którym materiały są budowane warstwa po warstwie w celu stworzenia trójwymiarowych części z danych modelu 3D. Proces produkcyjny, znany również jako druk 3D, ma swoje przemysłowe początki w połowie lat 80-tych XX wieku. Opatentowany przez amerykańskiego fizyka Chucka Halla proces stereolitografii wykorzystywał wiązkę lasera do utwardzania płynnego plastiku warstwa po warstwie. Umożliwiło to przemysłowi mechaniczną produkcję materiałów. Każdy komponent o złożonych kształtach i strukturach wewnętrznych mógł zostać wyprodukowany na podstawie modelu 3D CAD.
Od tego czasu nieograniczona swoboda projektowania w obróbce przyrostowej zainspirowała naukowców na całym świecie i nadal inspiruje do opracowywania nowych procesów i zastosowań materiałów. Plastik nie jest już jedynym stosowanym materiałem. Wykorzystuje się również ceramikę, tkanki organiczne i różne metale. Możliwości obróbki przyrostowej są dalekie od wyczerpania i istnieją wszelkie powody, by sądzić, że wykorzystanie procesów addytywnych będzie rosło we wszystkich obszarach produkcji przemysłowej.
Procesy w obróbce przyrostowej: Wspaniała siódemka
Zasadniczo procesy zachodzące w drukarki 3D do metalu są podobne do procesów zachodzących w drukarkach atramentowych. Dlatego też termin druk 3D jest częściej używany. Norma ISO/ASTM 52900 dzieli dostępne na rynku systemy wytwarzania przyrostowego na siedem różnych procesów. Ich podstawowe zasady różnią się znacząco, szczególnie w odniesieniu do stosowanych materiałów i sposobu tworzenia warstw materiału. Przykładowo, materiał bazowy do druku 3D może być płynny, sproszkowany, lepki lub stały. W zależności od technologii, materiał jest zestalany i budowany poprzez topienie, spiekanie, laminowanie, klejenie lub polimeryzację.
STAPIANIE W ZŁOŻU PROSZKOWYM (PBF)
Stapianie w złożu proszku (DIN: stapianie w złożu proszku) jest dominującym procesem w przemyśle metalurgicznym. Komponenty są wytwarzane poprzez budowanie materiału warstwa po warstwie. Poszczególne warstwy odpowiadają poziomym "plasterkom" trójwymiarowego obrazu CAD części, która ma zostać wyprodukowana. Warstwy te są następnie wykorzystywane do obliczenia programu sterującego, który kieruje wiązkę lasera lub elektronów przez te cięcia z dużą precyzją, aby stopić materiał na całej ich powierzchni. Obszar przylega do poprzedniej warstwy i zestala się, gdy materiał stygnie. Po stopieniu warstwy nakładana jest nowa warstwa proszku. DMG MORI z powodzeniem reprezentuje na rynku serię LASERTEC SLM.
Wytłaczanie materiału (MEX)
W procesie wytłaczania materiału, materiał jest selektywnie dozowany przez dyszę lub otwór. Ruchoma dysza, znana również jako ekstruder, nakłada warstwę materiału, po czym ekstruder lub platforma robocza są podnoszone lub opuszczane, a proces jest powtarzany. Za pomocą MEX można drukować różne materiały. Są to głównie tworzywa termoplastyczne (np. ABS, Nylon, PEEK, PLA). Ogólnie rzecz biorąc, wytłaczanie materiałów może przetwarzać materiały podobne do pasty. Należą do nich beton lub ceramika, ale także produkty spożywcze, takie jak czekolada lub ciasto.
Fotopolimeryzacja w kadzi (VPP)
W procesie VPP (DIN: fotopolimeryzacja w kąpieli) ciekła żywica polimerowa jest selektywnie utwardzana w zbiorniku poprzez polimeryzację aktywowaną światłem. Dwa popularne typy VPP wykorzystują laser lub diody elektroluminescencyjne (LED) w połączeniu z cyfrowym przetwarzaniem światła (DLP) jako źródło energii do utwardzania żywicy. Laserowe systemy VPP zazwyczaj utwardzają jedną warstwę przed obniżeniem objętości wydruku i nałożeniem nowej warstwy ciekłego fotopolimeru na obszar wydruku.
Binder Jetting (BJT)
W procesie nanoszenia spoiwa (DIN: nanoszenie spoiwa swobodnym strumieniem), głowica drukująca nanosi krople spoiwa na materiał i łączy cząstki w określony wzór. Przetwarzane mogą być polimery, metale, ceramika lub piasek. Po ukończeniu warstwy platforma drukująca przesuwa się w dół, a nowa warstwa proszku jest nakładana na platformę roboczą. Części wytwarzane w procesie natryskiwania spoiwa zazwyczaj wymagają obróbki końcowej w celu poprawy ich właściwości mechanicznych. Może to obejmować dodanie dodatkowego kleju lub umieszczenie części w piecu w celu spiekania cząstek.
Rozpylanie materiału (MJT)
W procesie MJT (DIN: free-jet material application), krople fotopolimeru lub innego materiału podobnego do wosku są selektywnie nakładane przez głowice dysz. Światło UV jest wykorzystywane do utwardzania i zestalania materiału. Po utwardzeniu warstwy, dysze głowicy drukującej nakładają nowy materiał warstwa po warstwie. Proces ten może być wykorzystywany do drukowania różnych kombinacji materiałów w celu uzyskania różnych właściwości materiału lub kolorów w całej części.
Bezpośrednie osadzanie energii (DED)
W procesie Directed Energy Deposition (DIN: nakładanie materiału z wykorzystaniem ukierunkowanej energii), materiał jest topiony poprzez zastosowanie ukierunkowanej energii cieplnej. Materiałem wyjściowym jest metaliczny proszek lub drut. Proces ten wytwarza części o kształcie zbliżonym do siatki i zazwyczaj wymaga obróbki mechanicznej w celu uzyskania wymaganych tolerancji. Z tego powodu proces DED jest często łączony z frezarką (sprzedawaną przez DMG MORI jako seria hybrydowa LASERTEC DED). Proces DED może również obrabiać więcej niż jeden materiał. Szczególną cechą jest to, że może być również stosowany do naprawy uszkodzonych części poprzez nakładanie materiału bezpośrednio na uszkodzone obszary.
Laminowanie arkuszy (SHL)
Laminowanie arkuszy (DIN: laminowanie warstwowe) to łączenie komponentów poprzez układanie i laminowanie cienkich warstw materiału za pomocą kleju lub procesu spawania. Materiały, które mogą być laminowane obejmują metal, papier, polimery lub kompozyty. Kontury warstw są zwykle tworzone w procesie obróbki przed lub po nałożeniu warstwy lub materiału. Możliwe warianty procesu to ultradźwiękowe wytwarzanie addytywne (UAM), selektywne laminowanie depozytowe (SDL) lub laminowane wytwarzanie obiektów (LOM). W porównaniu do innych technik addytywnych, procesy te są stosunkowo niedrogie i szybkie, ale oferują również mniej precyzyjny projekt.
Obróbka przyrostowa: obiecująca technologia
Ogromna wszechstronność produkcji przyrostowej jest widoczna w różnorodności kształtów i materiałów, które można przetwarzać. W rezultacie produkcja przyrostowa znalazła już zastosowanie w wielu obszarach, takich jak inżynieria mechaniczna, produkcja narzędzi i form, technologia medyczna i lotnictwo. Patrząc na niezwykły potencjał technologii druku 3D, jest ona wciąż na początku swoich możliwości. Ogólnie rzecz biorąc, mówi się, że ma ona moc głębokiej i zrównoważonej zmiany produkcji przemysłowej - zawsze napędzanej wizją możliwości szybkiego i ekonomicznego wytwarzania zindywidualizowanych, dostosowanych do potrzeb produktów. Materiały, rozmiar komponentów, dokładność, niezawodność i powtarzalność znajdują się w centrum procesu rozwoju. Inne wyzwania obejmują zautomatyzowaną obróbkę końcową, standaryzację procedur wytwarzania i testowania przyrostowego oraz szkolenia dla operatorów i inżynierów odpowiedzialnych za projektowanie i budowę części przyrostowych, maszyn CNC i centrów obróbczych.
Wszechstronność wykraczająca poza zastosowania przemysłowe
Historia produkcji przyrostowej nie ogranicza się do przemysłu. Na przykład w medycynie potencjalne zastosowania obejmują edukację i diagnostykę, przygotowanie procedur chirurgicznych oraz produkcję indywidualnych implantów medycznych i protez. Duże nadzieje pokładane są również w wizji "biodrukowania", czyli "drukowania" własnych komórek organizmu. Druk 3D z wykorzystaniem materiałów organicznych jest jednak wciąż na etapie badań podstawowych.
W budownictwie i architekturze możliwości produkcji przyrostowej są bardziej namacalne, a przez to łatwiejsze do wyobrażenia. Produkcja modeli projektowych 3D do planowania budowy jest już powszechna. Nawet wydrukowanie stanu surowego domu nie jest już utopijnym marzeniem. Produktywność, automatyzacja cnc i korzyści dla środowiska wynikające z produkcji addytywnej napędzają wdrażanie tych aplikacji.
Procesy obróbki przyrostowej wzbudzają zainteresowanie technologią i innowacjami
Druk 3D i produkcja addytywna stają się coraz bardziej popularne również w sektorze prywatnym. Świadczy o tym nie tylko popularność zmaterializowanych selfie, ale także drukarek oferowanych przez sklepy dyskontowe i liczne społeczności 3D, w których wynalazcy dzielą się sztuczkami i danymi. Wokół procesów produkcji przyrostowej panuje ogólnie pozytywny nastrój, co ma cenny efekt uboczny w postaci wzrostu zainteresowania technologią i innowacjami w społeczeństwie. Niezliczone małe przykłady z sektora prywatnego wyraźnie pokazują, jak druk 3D może znacznie zmniejszyć wpływ na środowisko dzięki niskiemu zużyciu energii i materiałów oraz mniejszej ilości odpadów w niestandardowej produkcji.
Chcesz dowiedzieć się więcej o wyjątkowej ofercie DMG MORI w zakresie produkcji przyrostowej? Nasz wpis na blogu "Przyszłość procesów produkcji przyrostowej" daje wgląd pogląd na obrabiarki ze złożem proszkowym serii LASERTEC SLM oraz wyjątkowe zalety obrabiarek hybrydowych LASERTEC DED i LASERTEC DED.