Laser Engineered Net Shaping (LENS)

In 3D LENS xảy ra bên trong một buồng kín, vì bột kim loại được đưa qua một hoặc nhiều vòi phun và hợp nhất đặc biệt thông qua một tia laser mạnh mẽ. Sau đó, một vật thể được xây dựng từng lớp khi vòi phun và tia laser di chuyển xung quanh, đôi khi theo cách 3 chiều.

Bản thân buồng phải càng gần với khoảng trống của oxy và độ ẩm càng tốt để đảm bảo sản xuất một bộ phận sạch. Vì lý do này, một khí trơ làm ngập buồng (thường là argon) và làm giảm đáng kể lượng oxy và độ ẩm bên trong nó. Các kim loại thường được sử dụng trong quá trình này bao gồm titan, thép không gỉ, nhôm và đồng.

Phương pháp in này thường được sử dụng để sửa chữa các linh kiện ô tô và hàng không vũ trụ cao cấp, chẳng hạn như cánh quạt động cơ phản lực, nhưng nó cũng có thể được sử dụng để sản xuất toàn bộ các thành phần. Thông thường, bề mặt hoàn thiện của các bộ phận đã hoàn thành không đặc biệt ấn tượng, vì vậy cần phải có mức độ hoàn thiện sau sản xuất để cung cấp một thành phần hoàn chỉnh.

Bình xịt lạnh

Có thể lập luận một cách công bằng rằng in 3D phun lạnh không nằm dưới biểu ngữ DED. Thay vì sử dụng nguồn năng lượng bên ngoài, chẳng hạn như chùm tia điện tử hoặc laser, phun lạnh hoạt động bằng vận tốc của các phân tử kim loại một mình.

Phun lạnh là một công nghệ sản xuất phun bột kim loại với tốc độ siêu âm để liên kết chúng mà không làm tan chảy chúng, hầu như không tạo ra ứng suất nhiệt. Kể từ đầu những năm 2000, nó đã được sử dụng như một quy trình phủ, nhưng gần đây hơn, một số công ty đã điều chỉnh phun lạnh để sản xuất bồi đắp vì nó có thể xếp lớp kim loại theo hình dạng chính xác lên đến vài cm với tốc độ cao hơn khoảng 50 đến 100 lần so với máy in 3D kim loại thông thường.

Có thể không có gì đáng ngạc nhiên khi biết rằng phương pháp in 3D này không tạo ra các bản in có chất lượng bề mặt hoặc chi tiết tuyệt vời, nhưng công nghệ này không cần kim loại bột chất lượng cao như vậy để hoạt động như các phương pháp khác và cũng không cần khí trơ hoặc buồng chân không.

Để hoàn thành các bản in theo một tiêu chuẩn đáng giá, thường có liên quan đến gia công CNC, đôi khi liên quan đến máy in, tạo ra một loại máy in 3D lai / bộ định tuyến CNC.

Các công nghệ lắng đọng năng lượng trực tiếp khác

Một vài thuật ngữ khác đã được sử dụng để mô tả DED, với một số thuật ngữ để phân biệt do mục đích tiếp thị và một số khác nhau về mặt kỹ thuật trong việc thực hiện. Tuy nhiên, các mục được liệt kê dưới đây đều có thể được coi là DED.

• Lắng đọng kim loại trực tiếp (DMD)
• Sản xuất phụ gia hồ quang dây (WAAM)
• Lắng đọng huyết tương nhanh (RPD)

Điều đáng nói nữa là một số máy in 3D lai tồn tại kết hợp công nghệ DED với phay CNC, một ví dụ là máy in lai Lasertec 65 của DMG Mori.

IN 3D VI MÔ

Sản xuất bồi đắp trên quy mô vi mô thường đề cập đến việc sản xuất các bộ phận được đo bằng micron một chữ số xuống đến độ dày lớp 5 micron và độ phân giải 2 micron. Một số công nghệ thậm chí có khả năng in các bộ phận có thể đo được bằng nanomet (nm), nhỏ hơn 1.000 lần so với micron. Để tham khảo, chiều rộng trung bình của tóc người là 75 micron và một chuỗi DNA của con người có đường kính 2,5 nanomet.

Hầu hết in 3D vi mô được thực hiện thông qua máy in nhựa, hay cụ thể hơn là phản ứng quang hợp với ánh sáng. Tuy nhiên, một số công ty đã bắt đầu vượt ra ngoài polyme và vào lĩnh vực kim loại, bao gồm thép, đồng và vàng. Chúng ta hãy xem xét năm loại chính của công nghệ sản xuất phụ gia vi mô.

• Các loại công nghệ in 3D: Microstereolithography (μSLA), Projection Microstereolithography (PμSL), trùng hợp hai photon (2PP hoặc TPP), sản xuất kim loại dựa trên in thạch bản (LMM)
• Vật liệu: Polyme, kim loại, gốm sứ
• Độ chính xác kích thước: ± 30 μm
• Các ứng dụng phổ biến: Miếng dán vi kim, cấy ghép y tế, mạch điện
• Điểm mạnh: các bộ phận mạnh mẽ nhưng nhỏ, tiết kiệm chi phí hơn so với sản xuất vi mô truyền thống
• Điểm yếu: Máy in và vật liệu giá cao

Chụp vi âm (μSLA)

Quá trình này thuộc họ trùng hợp vat. Nó liên quan đến việc phơi bày vật liệu cảm quang (nhựa lỏng) với tia cực tím. Quy trình chung cũng giống như đối với hầu hết các máy in nhựa thương mại: đổ nhựa vào bể, hạ bệ xây dựng xuống nhựa, tia laser vẽ mặt cắt ngang của phần 3D, từng lớp, trong khi nền tảng được hạ xuống buồng. Sự khác biệt là sự tinh vi của laser và bổ sung các thấu kính, có khả năng tạo ra các điểm ánh sáng nhỏ gần như không thể tin được và nhựa chuyên dụng.

Hình chiếu Microstereolithography (PμSL)

Kỹ thuật sản xuất bồi đắp này đang phát triển do chi phí thấp, độ chính xác, tốc độ và cả phạm vi vật liệu mà nó có thể sử dụng, bao gồm polyme, vật liệu sinh học và gốm sứ. Nó đã cho thấy tiềm năng trong các ứng dụng khác nhau, từ vi lỏng và kỹ thuật mô đến vi quang học và vi mô y sinh.

Quy trình PμSL tương tự như μSLA, ngoại trừ việc thay vì laser, PμSL sử dụng tia cực tím từ máy chiếu. Kỹ thuật này cho phép quang hóa nhanh chóng toàn bộ một lớp polymer lỏng bằng cách sử dụng tia UV ở độ phân giải quy mô vi mô, do đó nó nhanh hơn đáng kể. Nó khá giống với công nghệ in 3D nhựa xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP) mà bạn sẽ thấy trong máy in 3D từ các công ty, chẳng hạn như Carbon.

Trùng hợp hai photon (2PP hoặc TPP)

Công nghệ này đã được chứng minh là cung cấp độ chính xác cao nhất trong số các máy in 3D siêu nhỏ. Nó đang được sử dụng cho những đổi mới y tế đầy hứa hẹn bao gồm kỹ thuật mô và cấy ghép y tế, cũng như các ứng dụng công nghiệp, bao gồm cả cơ học vi mô. Nhưng công nghệ và vật liệu vẫn rất đắt và máy in có thể chậm hơn các công nghệ khác.

Trong phương pháp này, một tia laser femtosecond xung được sử dụng để theo dõi các mẫu 3D ở độ sâu của thùng nhựa cảm quang đặc biệt. Chúng ta sẽ không đi sâu vào cỏ dại của khoa học ở đây, liên quan đến các photon được hấp thụ và tạo ra, nhưng hãy biết rằng công nghệ này cho phép độ phân giải dưới 1μm, được coi là công nghệ chế tạo nano.

Sản xuất kim loại dựa trên in thạch bản (LMM)

Phương pháp in 3D kim loại này tạo ra các bộ phận kim loại nhỏ cho các ứng dụng bao gồm các công cụ phẫu thuật và các bộ phận cơ vi mô, sử dụng một số nguyên tắc tương tự của quá trình quang hợp. Trong bột kim loại LMM được phân tán đồng nhất trong một loại nhựa nhạy cảm với ánh sáng và sau đó được trùng hợp có chọn lọc khi tiếp xúc với ánh sáng xanh. Sau khi in, các bộ phận “màu xanh lá cây” đã loại bỏ thành phần polymer của chúng để lại các bộ phận “màu nâu” hoàn toàn bằng kim loại được hoàn thành trong quá trình thiêu kết trong lò. Dự trữ thức ăn chăn nuôi bao gồm thép không gỉ, titan, vonfram, đồng thau, đồng, bạc và vàng.

Tiên tiến của công nghệ in 3D vi kim loại là công ty Exaddon của Thụy Sĩ, công ty đã phát triển quy trình in 3D vi mô kim loại mà không yêu cầu bất kỳ quá trình xử lý hậu kỳ nào. Trong quá trình này, vòi in cung cấp chất lỏng chứa các ion kim loại thông qua một kênh vi mô lên bề mặt in. Các ion này hòa tan thành các nguyên tử kim loại rắn phát triển thành các khối xây dựng lớn hơn (voxel) cho đến khi vật thể hoàn thành.

QUY TRÌNH IN 3D: CÁN TẤM

Cán tấm là một hình thức in 3D có chức năng bằng cách xếp chồng và cán các tấm vật liệu rất mỏng với nhau để tạo ra một đối tượng 3D. Các lớp vật liệu có thể được hợp nhất với nhau bằng nhiều phương pháp khác nhau, với nhiệt và âm thanh thường được sử dụng để làm như vậy. Phương pháp nào là thích hợp nhất phụ thuộc vào vật liệu được đề cập, với giấy, polyme và kim loại đều được sử dụng trong cán tấm.

Công nghệ này là một trong những công nghệ in 3D kém chính xác hơn, với các bộ phận được sản xuất bằng phương pháp này đòi hỏi rất nhiều hoàn thiện sau sản xuất. Máy cắt laser và bộ định tuyến CNC được sử dụng khi quá trình in tiến triển để tạo thành bản in thành hình dạng mong muốn, điều này có thể dẫn đến lãng phí nhiều hơn so với các công nghệ in 3D khác.

Các nhà sản xuất sử dụng cán tấm để sản xuất các nguyên mẫu phi chức năng, tiết kiệm chi phí với tốc độ tương đối cao. Công nghệ này cũng được sử dụng để sản xuất các mặt hàng composite, vì các vật liệu được sử dụng có thể được hoán đổi xung quanh trong quá trình in. Cần lưu ý rằng nhiều đối tượng được sản xuất theo cách này không đủ mạnh để phục vụ như các thành phần chức năng và phục vụ tốt hơn như các mảnh thẩm mỹ.

• Các loại công nghệ in 3D: Sản xuất vật thể nhiều lớp (LOM), Hợp nhất siêu âm (UC)
• Vật liệu: Giấy, polymer và kim loại ở dạng tấm
• Độ chính xác kích thước: ±0,1 mm
• Các ứng dụng phổ biến: Nguyên mẫu phi chức năng, bản in nhiều màu, khuôn đúc.
• Điểm mạnh: Chi phí thấp; sản xuất nhanh chóng có thể; Bản in tổng hợp
• Điểm yếu: Độ chính xác thấp; nhiều chất thải hơn; Rất nhiều công việc hậu kỳ cần thiết cho các bộ phận

Sản xuất vật thể nhiều lớp (LOM)

LOM là hình thức in 3D cán tấm phổ biến nhất. Các tấm vật liệu được xếp chồng lên nhau và liên kết với nhau bằng keo. Giống như nhiều hình thức in 3D khác, các lớp được xây dựng từng lớp một, nhưng một tấm không thể tạo thành một hình dạng phức tạp một mình và trong LOM, một con dao (hoặc laser, hoặc bộ định tuyến CNC) được sử dụng để cắt đối tượng phân lớp thành hình dạng chính xác.

Lượng keo được áp dụng trong quá trình in này có thể thay đổi, với nhiều thứ dính hơn được áp dụng cho các khu vực cuối cùng sẽ tạo thành một phần của bản in cuối cùng và ít được áp dụng cho các khu vực sẽ được loại bỏ bởi máy cắt. Máy cắt hoạt động khi bản in tiến hành, cắt mặt cắt 2D của bản in cuối cùng.

Phương pháp in này có một số ưu điểm đáng chú ý, với các bản in nhanh chóng và giá cả phải chăng để sản xuất và các vật thể lớn hơn có khả năng được sản xuất bằng phương pháp này. Tất nhiên, cũng có một số nhược điểm.

Thường xuyên hơn không, các bản in được sản xuất bằng công nghệ này khá chắc chắn và giữ được các đặc tính tốt theo thời gian, nhưng chúng đòi hỏi nhiều hoàn thiện sau sản xuất hơn (và có thể được thay đổi bằng cách khoan hoặc gia công) và tạo ra nhiều chất thải dư thừa hơn các phương pháp in 3D khác.

Hợp nhất siêu âm (UC)

Hợp nhất siêu âm (UC) là một cách để in 3D các đối tượng kim loại rơi dưới ô Sheet Lamination. Đôi khi bạn sẽ thấy nó được gọi là Sản xuất phụ gia siêu âm (UAM).

Phương pháp in 3D này sử dụng rung động và áp suất siêu âm thông qua một sonotrode để hợp nhất các tấm kim loại mỏng với nhau ở nhiệt độ thấp. Do nhiệt độ thấp đó, các tấm kim loại không bị nóng chảy với nhau mà liên kết với nhau do sự phân hủy các oxit trên bề mặt kim loại.

Phương pháp này tạo ra nhiệt, nhưng nó thấp hơn nhiều so với những gì bạn cần để nối các kim loại lại với nhau chỉ thông qua nhiệt độ, và một ưu điểm của phương pháp này là các loại kim loại khác nhau có thể được liên kết với nhau, tạo ra các bộ phận đa kim loại mà không cần trộn lẫn kim loại.

Giống như các phương pháp in cán tấm khác, cần có máy cắt để cắt mặt cắt 2D của hình in 3D và với các bộ phận kim loại như thế này, bộ định tuyến CNC là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất. Do quá trình cắt, bạn sẽ nhận được nhiều chất thải hơn với phương pháp này so với in 3D kim loại khác và máy cắt cũng có thể được sử dụng để sản xuất các chi tiết và thiết kế khi bản in đang được hình thành. Hoàn thiện sau sản xuất thường được yêu cầu, nhưng tốc độ cao của quá trình và nhiệt độ thấp mà tại đó các tấm kim loại được liên kết mang lại cho Hợp nhất siêu âm nhiều lợi thế hơn nhược điểm.