Imprimarea 3D (cunoscută și sub numele de fabricație aditivă) produce piese din modele digitale folosind o metodă strat cu strat de materiale de construcție. Imprimarea 3D este utilizată pe scară largă pentru a produce polimeri, metale, beton și hidrogeluri. Metal AM poate produce o mare varietate de metale, dar aluminiul AM este folosit pentru a dezvolta piese special pentru industria aerospațială și auto.
În special, fabricarea aditivă a metalelor a primit multă atenție datorită avantajelor sale față de metodele tradiționale de fabricație, cum ar fi turnarea, formarea și prelucrarea.
Fabricarea aditivă a metalelor este utilizată în industria aerospațială, petrol și gaze, marină și auto, datorită avantajelor precum libertatea de proiectare a pieselor, complexitatea părților, greutatea redusă, integrarea pieselor și designul funcțional. În plus, fabricarea aditivă este o tehnică de fabricație fără unelte, care poate produce obiecte metalice complet dense, cu precizie ridicată, în mai puțin timp.
Metode utilizate în imprimarea 3D a aluminiului
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) este o metodă de imprimare 3D a aluminiului cu un finisaj mai ridicat al suprafeței și o precizie ridicată. Procesul începe prin topirea locală a materialului folosind un laser puternic, care formează apoi un strat continuu de metal solidificat. În această tehnică, materialul și suportul piesei sunt generate simultan și pe baza proprietăților aliajului pe bază de aluminiu, parametrii procesului pot fi modificați pentru a regla porozitatea, microstructura și proprietățile finale ale materialului.
Fuziunea în pat de pulbere cu fascicul de electroni este o metodă similară cu LPBF în care un fascicul de electroni este utilizat pentru a solidifica pulberile metalice. Datorită temperaturii ridicate de procesare a fasciculului de electroni, monostratul piesei imprimate 3D se răcește treptat, rezultând o microstructură mai aspră în comparație cu LPBF.
AlSi10Mg este un aliaj de aluminiu utilizat în mod obișnuit în aplicațiile industriale din aluminiu de imprimare 3D. Avantajele sale sunt rezistența ridicată, tenacitatea, masa dinamică, proprietățile termice îmbunătățite și construcția.
AlSi7Mg este un alt aliaj de oțel de înaltă rezistență utilizat în componentele structurale din industria aerospațială, de apărare și de automobile. Principalele avantaje ale AlSi7Mg imprimat 3D sunt greutatea sa ușoară, rezistența la coroziune și capacitatea de încărcare dinamică ridicată.
În plus, anumite studii au demonstrat tipărirea cu succes a Al6061 și Al7075, care anterior erau considerate incompatibile cu metodele de fabricație cu aditivi metalici.
Cele mai recente cercetări în imprimarea 3D a aluminiului
Într-un studiu recent publicat în revista Ceramics, cercetătorii din China au tipărit ceramică Al2O3 legată de fosfat de aluminiu folosind o metodă de scriere directă cu cerneală. Principala lor constatare a fost că ceramica Al2O3 a prezentat o contracție dimensională ultra-scăzută datorită adăugării de lianți anorganici.
Cercetări recente au explorat structuri sandwich din compozit din aluminiu imprimate 3D pentru industria aerospațială. Imprimarea 3D a structurilor sandwich compozite poate îmbunătăți durabilitatea și flexibilitatea de fabricație în industria aerospațială.
Adăugarea de nanomateriale la aluminiu este, de asemenea, cel mai recent subiect de cercetare în imprimarea 3D pe metal. Nanomaterialele au îmbunătățit proprietățile mecanice și termice ale aluminiului imprimat 3D, iar fuziunea nanoparticulelor în timpul procesului de imprimare 3D a îmbunătățit performanța aluminiului imprimat 3D.
Avantajele imprimării 3D din aluminiu
Avantajul imprimării 3D din aluminiu este că proprietățile mecanice ale aluminiului pot fi modificate prin modificarea microstructurii și distribuția forței interne. Cercetările privind imprimarea 3D din aluminiu au demonstrat, de asemenea, economii de material în comparație cu metodele tradiționale. Industriile de înaltă tehnologie care utilizează producția de aditivi metalici au demonstrat o producție mai rapidă a pieselor complexe, o rezistență mai mare a materialului și avantaje de ductilitate în comparație cu metodele tradiționale.
Fabricarea aditivă a aluminiului permite, de asemenea, producerea de structuri foarte optimizate, care altfel ar fi costisitoare, consumatoare de timp sau chiar imposibil de fabricat folosind metodele tradiționale de fabricație. În plus, piesele din aluminiu imprimate 3D pot fi folosite cu alte piese pentru a crea structuri hibride.
Folosind imprimarea 3D din aluminiu, este, de asemenea, posibil să se fabrice piese structurale cu proprietăți de absorbție a energiei și proprietăți de armare internă. În plus, tensiunile reziduale nedorite generate în aplicațiile structurale pot fi convertite în pretensionări favorabile.
Provocări și domeniul viitor al imprimării 3D din aluminiu
Provocări semnificative rămân în imprimarea 3D din aluminiu pentru o varietate de aplicații industriale. În unele cazuri, imprimarea 3D a aluminiului este mai scumpă decât metodele tradiționale de producție. În imprimarea 3D din metal, metodele de proiectare existente trebuie modificate pentru a se adapta la schimbările în proprietățile materialelor și geometriile variabile.
Tehnologia de fabricare a aditivilor din metal trebuie să fie mai standardizată și trebuie implementate noi proceduri de asigurare a calității pentru a se asigura că piesele fabricate sunt fiabile pe parcursul ciclului lor de viață. Atâta timp cât aceste provocări tehnice și industriale sunt abordate, imprimarea 3D din aluminiu are un mare potențial pentru aplicații în diverse industrii.