Druk 3D, znany również jako Additive Manufacturing (AM), jest metodą „transformacyjną” dla tradycyjnej produkcji przemysłowej. Tradycyjny subtraktywny proces produkcyjny odnosi się do wykorzystania istniejących elementów modelu geometrycznego oraz użycia narzędzi do stopniowego cięcia, polerowania i grawerowania materiałów, aby ostatecznie stać się wymaganymi częściami. Druk 3D jest wręcz odwrotny. Za pomocą sprzętu do drukowania 3D cyfrowy trójwymiarowy model jest warstwowany, a specjalne materiały, takie jak proszek metalowy, materiały termoplastyczne i żywice, są w sposób ciągły układane w stosy i łączone warstwa po warstwie, a ostatecznie nakładane na siebie, tworząc trójwymiarową całość . Druk 3D to technologia interdyscyplinarna, obejmująca maszyny, materiały, wizję komputerową, oprogramowanie, elektronikę i inne dyscypliny, a podstawowa technologia polega na produkcji drukarek 3D, która ma również specjalne wymagania dotyczące materiałów, oprogramowania, projektu itp.
W porównaniu z tradycyjnymi procesami produkcyjnymi druk 3D charakteryzuje się tworzeniem skomplikowanych struktur, skracaniem cyklu realizacji produktu, wysoką wytrzymałością produktu, lekkością i wysokim stopniem wykorzystania materiału, ale jego koszt jest również stosunkowo wysoki. Charakterystyka technologii druku 3D jest następująca:
(1) Części o złożonej strukturze geometrycznej mogą być wytwarzane w celu osiągnięcia zintegrowanej produkcji, a złożoność konstrukcji nie będzie generować dodatkowych kosztów. Projektanci nie są już związani tradycyjnymi procesami produkcyjnymi i mogą swobodniej tworzyć części.
(2) Skróć cykl rozwoju i realizacji nowego produktu. Przy opracowywaniu nowych produktów w tradycyjnej technologii konieczne jest zaprojektowanie i wykonanie nowych form oraz ustalenie procesu montażu, podczas gdy druk 3D nie wymaga form, a sam proces jest krótki.
(3) Produkt ma cechy wysokiej wytrzymałości i lekkości. Części do drukowania 3D mogą realizować strukturę kratownicy o strukturze plastra miodu, która jest trudna do przetworzenia przy użyciu tradycyjnej technologii i może znacznie zmniejszyć wagę pod warunkiem zapewnienia wydajności. W oparciu o charakterystykę procesu szybkiego krzepnięcia druku 3D można uzyskać dobre właściwości mechaniczne, zapewniając tym samym wzrost wytrzymałości.
(4) Stopień wykorzystania materiałów został znacznie poprawiony. Ponieważ materiały są nakładane warstwa po warstwie, w procesie produkcyjnym prawie nie ma odpadów materiałowych, a stopień wykorzystania materiału sięga ponad 90 procent. (5) Koszty wyposażenia i koszty materiałów są wysokie. Sprzęt do drukowania 3D klasy przemysłowej jest drogi, od jednego do dwóch milionów juanów do dziesiątek milionów juanów. Ponadto, ze względu na specjalny proces, druk 3D ma specjalne wymagania dotyczące materiałów, a zwykłe materiały wymagają dostosowania. Badania i rozwój materiałów są jednak trudne i kosztowne, co w pewnym stopniu ogranicza rozwój druku 3D.
Po ponad 30 latach rozwoju technologia druku 3D była stale ulepszana i powstały różne tryby drukowania, takie jak biodruk 3D, drukowanie materiałów organicznych i drukowanie metali. Druk 3D w metalu na ogół wykorzystuje źródła energii lasera i wiązki elektronów do topienia proszku metalicznego, dzięki czemu proszek metalowy jest spiekany i układany w stosy, tworząc ogólną strukturę. Istnieją dwie metody wprowadzania proszku metalicznego w całym procesie, rozprowadzanie proszku i podawanie proszku. Zgodnie z różnymi metodami podawania proszku, zasada procesu drukowania 3D metalu jest podzielona na kierunkowe osadzanie energii (znane również jako podawanie proszku) i selektywne topienie złoża proszku (zwane również rozprowadzaniem proszku). Malowanie proszkowe odnosi się do rozprowadzania proszku metalicznego na podłożu w celu utworzenia cienkiej warstwy, która jest następnie stapiana ze sobą przez laserowe stapianie określonych obszarów na cienkiej warstwie. W porównaniu z rozprowadzaniem proszku, podawanie proszku nie tworzy cienkiej warstwy, a proszek jest bezpośrednio dostarczany do stopionego basenu utworzonego przez laser na podłożu przez dyszę proszkową i spiekany w celu utworzenia całości. Główną technologię druku 3D z metalu można z grubsza podzielić na technologię selektywnego topienia laserowego (SLM), formowanie topienia wiązką elektronów (EBM), technologię kształtowania siatki laserowej (LENS), technologię osadzania włókien fuzyjnych wiązką elektronów (EBF) i tak dalej.
Istnieją trzy ważne czynniki w rozwoju technologii wytwarzania dodatków do metali, sprzętu, materiału i procesu. Obecnie w tych trzech aspektach nadal istnieje pole do poprawy. Aby rozszerzyć skalę zastosowań technologii druku 3D, technologia wytwarzania dodatków do metali rozwija się w kierunku niskich kosztów, dużych rozmiarów, wielu materiałów, wysokiej precyzji i wysokiej wydajności.
(1) Sprzęt z dodatkiem metali rozwija się w kierunku dużej skali i specjalizacji. Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na drukowanie struktur na dużą skalę i określonych dziedzin, metalowe urządzenia do drukowania 3D stały się trendem w kierunku rozwoju na dużą skalę i profesjonalnego.
(2) Surowce nadające się do drukowania wciąż rosną i zaczyna pojawiać się druk materiałów kompozytowych. Obecnie rodzaje surowców używanych w druku 3D metali są stosunkowo niewielkie, a jakość materiałów nie jest wysoka. Wraz z ciągłą penetracją produkcji addytywnej w dziedzinie przemysłu, popyt rynkowy na druk 3D z metalu, który może osiągnąć druk mieszany z wielu materiałów, stopniowo rośnie. Ponadto zaczyna pojawiać się jednoczesne drukowanie wielu materiałów kompozytowych, które mogą łączyć zalety różnych materiałów.
(3) Opracuj nowe technologie wytwarzania dodatków do metali. Tradycyjna technologia wytwarzania addytywnego z metalami wiąże się z problemami, takimi jak wysokie koszty i niska wydajność, wśród których niska wydajność jest również jednym z kluczowych czynników, które ograniczają wytwarzanie addytywne w zastępowaniu tradycyjnej produkcji subtraktywnej w wielu dziedzinach. Oczekuje się, że wraz ze stopniową dojrzałością tej technologii w przyszłości, taką jak wzrost mocy lasera i optymalizacja ścieżki druku, może dojść do poprawy tempa produkcji wytwarzania addytywnego.