A impressão 3D, também conhecida como Manufatura Aditiva (AM), é um método "transformador" para a produção industrial tradicional. O processo tradicional de fabricação subtrativa refere-se ao uso de peças de modelos geométricos existentes e ao uso de ferramentas para gradualmente cortar, polir e gravar materiais para finalmente se tornarem as peças necessárias. A impressão 3D é exatamente o oposto. Com a ajuda de equipamentos de impressão 3D, o modelo tridimensional digital é colocado em camadas e materiais especiais, como pó de metal, materiais termoplásticos e resinas, são continuamente empilhados e colados camada por camada e, finalmente, sobrepostos para formar um todo tridimensional. . A impressão 3D é uma tecnologia interdisciplinar, abrangendo máquinas, materiais, visão computacional, software, eletrônica e outras disciplinas, e a tecnologia central está na fabricação de impressoras 3D, que também possui requisitos especiais para materiais, software, design etc.
Em comparação com os processos de fabricação tradicionais, a impressão 3D tem as características de formar estruturas complexas, encurtar o ciclo de realização do produto, alta resistência do produto, peso leve e alta taxa de utilização de material, mas seu custo também é relativamente alto. As características da tecnologia de impressão 3D são as seguintes:
(1) Peças com estruturas geométricas complexas podem ser fabricadas para alcançar a produção integrada, e a complexidade da estrutura não trará custos adicionais. Os designers não estão mais presos aos processos de fabricação tradicionais e podem criar peças com mais liberdade.
(2) Encurtar o ciclo de desenvolvimento e realização de novos produtos. Ao desenvolver novos produtos em tecnologia tradicional, é necessário projetar e produzir novos moldes e estabelecer um processo de montagem, enquanto a impressão 3D não requer moldes e o processo é curto.
(3) O produto tem características de alta resistência e leveza. As peças de impressão 3D podem realizar a estrutura de treliça de favo de mel que é difícil de processar pela tecnologia tradicional e pode reduzir bastante o peso sob a premissa de garantir o desempenho. Com base nas características do processo de solidificação rápida da impressão 3D, boas propriedades mecânicas podem ser alcançadas, garantindo assim um aumento na resistência.
(4) A taxa de utilização de materiais foi muito melhorada. Como os materiais são sobrepostos camada por camada, quase não há desperdício de material no processo de produção e a taxa de utilização do material chega a mais de 90%. (5) Os custos de equipamentos e materiais são altos. Equipamentos de impressão 3D de nível industrial são caros, variando de um a dois milhões de yuans a dezenas de milhões de yuans. Além disso, devido ao processo especial, a impressão 3D possui requisitos especiais para materiais, e os materiais comuns precisam ser ajustados. No entanto, a pesquisa e o desenvolvimento de materiais são difíceis e caros, o que limita até certo ponto o desenvolvimento da impressão 3D.
Após mais de 30 anos de desenvolvimento, a tecnologia de impressão 3D foi aprimorada continuamente e vários modos de impressão, como bioimpressão 3D, impressão de material orgânico e impressão de metal, foram formados. A impressão 3D de metal geralmente usa fontes de energia de laser e feixe de elétrons para derreter o pó de metal, de modo que o pó de metal seja sinterizado e empilhado para formar uma estrutura geral. Existem dois métodos de entrada de pó de metal em todo o processo, espalhamento de pó e alimentação de pó. De acordo com diferentes métodos de alimentação de pó, o princípio do processo de impressão 3D de metal é dividido em deposição de energia direcional (também conhecida como alimentação de pó) e fusão seletiva de leito de pó (também chamada de espalhamento de pó). Revestimento em pó refere-se a espalhar pó de metal no substrato para formar uma camada fina, que é então fundida por fusão a laser de áreas específicas na camada fina. Em comparação com o espalhamento de pó, a alimentação de pó não forma uma camada fina, e o pó é entregue diretamente à poça fundida formada pelo laser no substrato através do bocal de pó e sinterizado para formar um todo. A principal tecnologia de impressão 3D de metal pode ser dividida em tecnologia de fusão seletiva a laser (SLM), formação de fusão de feixe de elétrons (EBM), tecnologia de modelagem de rede a laser (LENS), tecnologia de deposição de filamentos de fusão de feixe de elétrons (EBF) e assim por diante.
Existem três fatores importantes no desenvolvimento da tecnologia de fabricação aditiva de metal, equipamento, material e processo. Atualmente, ainda há espaço para melhorias nesses três aspectos. A fim de expandir a escala de aplicação da tecnologia de impressão 3D, a tecnologia de manufatura aditiva de metal está se desenvolvendo na direção de baixo custo, tamanho grande, multimaterial, alta precisão e alta eficiência.
(1) O equipamento de aditivos metálicos está se desenvolvendo na direção de larga escala e especialização. Com a crescente demanda por impressão de estruturas em grande escala e campos específicos, os equipamentos de impressão 3D de metal tornaram-se uma tendência para o desenvolvimento profissional e em larga escala.
(2) As matérias-primas imprimíveis continuam a aumentar e a impressão de materiais compostos começa a aparecer. Atualmente, os tipos de matérias-primas usadas na impressão 3D de metal são relativamente pequenos e a qualidade dos materiais não é alta. Com a penetração contínua da manufatura aditiva no campo industrial, a demanda do mercado por impressão 3D de metal que pode alcançar a impressão mista de vários materiais está aumentando gradualmente. Além disso, a impressão simultânea de vários materiais compostos está começando a surgir, o que pode combinar as vantagens de diferentes materiais.
(3) Desenvolver novas tecnologias de fabricação de aditivos metálicos. A tecnologia tradicional de fabricação aditiva de metal tem problemas como alto custo e baixa eficiência, entre os quais a baixa eficiência também é um dos principais fatores que restringem a fabricação aditiva de substituir a fabricação subtrativa tradicional em muitos campos. Espera-se que com o amadurecimento gradual dessa tecnologia no futuro, como o aumento da potência do laser e a otimização do caminho de impressão, o ritmo de produção da manufatura aditiva possa ser melhorado.