Аддитивное производство на основе экструзии материалов

экструзии материалов на основе Аддитивное производство ( EAM ) представляет собой одну из семи категорий процессов 3D-печати , определенных международным стандартом ISO 17296-2. Хотя он в основном используется для пластмасс под названием FDM или FFF , его также можно использовать для металлов и керамики. В этой категории процессов АМ сырье представляет собой смеси полимерного связующего (от 40% до 60% по объему) и мелкозернистого твердого порошка металлов или керамических материалов. Аналогичный тип сырья также используется в процессах литья под давлением металлов (MIM) и литья под давлением керамики (CIM). Экструдер подталкивает материал к нагретому соплу благодаря

• контролируемое осевое движение поршня внутри нагретого ствола,
• или контролируемое осевое вращение винта внутри нагретого ствола,
• или контролируемое вращение двух подающих роликов.

Процесс создания металлических деталей EAM

Процесс создания экструдированных металлических деталей из материалов обычно включает несколько этапов, превращающих их из композитов пластика и металла в полностью металлические детали.

• Печать: Процесс начинается с печати детали с использованием нити, содержащей металлический порошок, связанный пластиком. Эта нить, аналогичная той, что используется в обычных принтерах FFF , пропитана металлом. Принтер слой за слоем наносит пропитанную металлом нить, создавая форму детали. Эти напечатанные детали называются «зелеными» деталями. Чтобы компенсировать предсказуемую усадку во время последующего процесса спекания, неспеченные детали увеличиваются на 15-20% от их окончательных размеров.
• Обвязка: после печати зеленые детали помещаются на станцию ​​обвязки. На этом этапе органический растворитель растворяет большую часть пластикового связующего материала. Следовательно, зеленые части переходят в «коричневые». Процесс удаления связующих удаляет излишки пластика, оставляя после себя структуру металлического порошка.
• Спекание: Промытые коричневые детали передаются в печь для спекания. Эта печь придерживается профиля, специфичного для конкретного материала, в зависимости от используемого материала. Первоначально он сжигает остатки связующего. Впоследствии он консолидирует металлический порошок, превращая его в полностью плотную готовую металлическую деталь. Процесс спекания является неотъемлемой частью процесса, поскольку он обеспечивает достижение детали требуемых механических свойств.
• Использование: на этом этапе деталь становится полностью металлической деталью, готовой к использованию.

История

НИОКР разработки

• В 1995 году Fraunhofer IFAM разработал систему быстрого прототипирования , основанную на смеси порошка и связующего, которая выдавливается через сопло с компьютерным управлением. Детали изготавливаются слой за слоем, а «сырые детали» очищаются и спекаются до достижения окончательной плотности; IFAM возобновил это направление исследований в 2017 году;
• была предложена и опробована концепция гибридного аддитивного/субтрактивного производства керамических изделий. В 1998 году в Университете Карнеги-Меллон
• была разработана система В 2000 году в Университете Рутгерса для изготовления множества керамических приводов и датчиков произвольной формы из зеленых керамических нитей.
• разрабатывалась система В 2005 году в Дрексельском университете , основанная на экструзии материалов, состоящая из мини-экструдера с одним шнеком, установленного на высокоточной системе позиционирования, подаваемого сыпучим материалом в гранулированном виде (пеллетами);
• была разработана машина для 3D-печати В 2015 году в Миланском политехническом университете для металлов MIM и керамики CIM, основанная на экструзии гранул с помощью стационарного поршневого экструдера над перевернутым столом Delta Robot ;
• В 2016 году разработки в области печати несколькими материалами позволили экструзионным принтерам использовать поддерживающие материалы на керамической основе, предназначенные для легкого удаления. Это усовершенствование значительно облегчает создание сложных геометрических форм, поскольку материал основы можно легко отломить после печати. Ярким примером является машина Desktop Metal , в которой на всех опорных конструкциях используется керамический интерфейсный слой. Эта функция гарантирует, что опоры можно отсоединить с минимальными усилиями, что повышает общую эффективность и точность процесса печати.

• За последние несколько лет достижения в области материаловедения и расширение систем экструзии материалов в таких компаниях, как Markforged , Desktop Metal и ALM3d, расширили ассортимент материалов, подходящих для экструзионных принтеров. Некоторые из этих материалов включают: нержавеющую сталь , низколегированную сталь , инструментальную сталь , алюминий 6061, бронзу , хром- цирконий-медь, кобальт-хром или даже золото .

Коммерческие разработки

После 2015 года некоторые коммерческие поставщики технологий начали предлагать свои продукты, в основном для металлообработки, например:

• Металл X от Markforged,
• Студийная система от Desktop Metal,
• Экзамен AIM3d.