หลักการทำงานและคุณสมบัติของ Metal 3D Printing

กระบวนการผลิตพื้นฐานสำหรับ SLM และ DMLS นั้นมีความคล้ายคลึงกันมาก มีวิธีการทำงานดังนี้ :


  1. เติมก๊าซเฉื่อย ( เช่น Argon ) เข้าไปให้เต็ม Build Chamber เพื่อให้เกิดการออกซิเดชันกับผงเหล็กให้น้อยที่สุด หลังจากนั้นจึงปรับอุณหภูมิให้พร้อมสำหรับการพิมพ์

  2. เครื่องจะทำการเกลี่ยแป้งฝุ่นให้บางบน Build Platform และเรเซอร์แรงสูงจะทำการแสกนลงบนผงเหล็ก และหลอมรวมผงเหล็กเข้าด้วยกันเป็นของแข็ง

  3. เมื่อเสร็จสิ้นขั้นตอนของการสแกน Bild Platform จะขยับลง 1 Layer และทำการเกลี่ยแป้งฝุ่นให้บางอีกชั้นหนึ่ง จากนั้นจึงทำการแสกนเหมือนชั้นที่แล้ว และทำซ้ำไปจนงานเสร็จ


เมื่อเสร็จสิ้นขั้นตอนของการสร้างชิ้นงาน ชิ้นงานจะถูกห่อหุ้มไปด้วยฝุ่นผงเหล็ก ชิ้นงานของ SLM นั้นจะแตกต่างจาก SLS โดย SLM นั้นจะต้องมี Build Platform และ Support Structure และ Support ใน Metal 3D Printing จะใช้วัตถุดิบเดียวกับชิ้นงาน มันจะช่วยลดการบิดรูป ที่อาจเกิดขึ้นในกระบวนการที่ใช้อุณหภูมิที่สูง


คุณสมบัติของ SLM & DMLS


1. พารามิเตอร์ของเครื่องพิมพ์ ( Printer parameters )

ใน SLM และ DMLS ส่วนมากข้อจำกัดต่างๆ มักจะถูกกำหนดโดยผู้ผลิตเครื่อง ความสูงของ Layer ที่ใช้ใน metal 3D printing อยู่ระหว่าง 20 - 50 ไมคอน ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของผงเหล็ก โดยทั่วไปแล้ว Build size ของ Metal 3D printing คือ 250 × 150 × 150 mm แต่เครื่องขนาดใหญ่ก็สามารถทำได้ (ขนาดพื้นที่ 425 × 425 × 420 mm) และ Dimensionally accuracy ของ metal 3D printing สามารถทำได้ประมาณ ± 0.1 mm


ข้อจำกัดในการออกแบบและการผลิตของระบบ metal 3D printing นั้นคล้ายคลึง ประสิทธิภาพในการผลิตของเครื่อง FDM หรือ SLA มากกว่าเครื่อง SLS โดยพวกมันถูกจำกัดโดยพื้นที่ที่ใช้ในการปริ้น (XY-direction) เพราะชิ้นงานต้องแนบกับ Build platform และต้องการ Support structures ผงเหล็กใน SLM และ DMLS นั้นส่วนที่ไม่ได้ถูกขึ้นชิ้นงานสามารนำกลับมาใช้ใหม่ได้เกือบทั้งหมด โดยทั่วไปแล้ว ส่วนที่เสียมีน้อยกว่า 5% หลังจากการพิมพ์แต่ละครั้ง ผงเหล็กที่ไม่ได้ขึ้นงานจะถูกร่อนให้กลับมาพร้อมใช้งานสำหรับการพิมพ์ครั้งต่อไป ส่วนที่ทิ้งใน metal printing นั้นมาจากส่วนทีเป็น Support structure ซึ่งมันเป็นส่วนที่ความสำคัญในการให้งานให้สำเร็จ แต่มันก็ต้องการวัสดุ (และค่าใช้จ่าย) จำนวนมาก


2. การยึดเกาะของLayer ( Layer adhesion )

ชิ้นงานของ SLM และ DMLS มี Almost isotropic mechanical และ คุณสมบัติกันความร้อน พวกมันแข็งแรงและมีรูที่อยู่ภายในที่น้อยมาก ๆ (น้อยกว่า 0.2 – 0.5%) ชิ้นงานที่พิมพ์จะแข็งแรงกว่าและเหนือกว่า และยืดหยุ่นได้มากกว่าชิ้นส่วนที่ผลิตโดยกระบวนการแบบเก่า แต่พวกมันจะอ่อนลงเมื่อทำการดัดซ้ำ

ตัวอย่าง เมื่อมองไปที่ คุณสมบัติเชิงกลของ AISi10Mg EOS(3D printing alloy) และ A360 (die cast alloy) ทั้งสองวัตถุดิบนี้มีองประกอบทางเคมีหลายอย่าง ซิลิคอนและแมกนีเซียมสูง งานที่ถูกปริ้นจะมีคุณสมบัติเชิงกลที่ แข็งกว่า และเหนือกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับการดัดขึ้นรูป จากลักษณะของวัตถุดิบที่มีลักษณะเป็นเม็ด ทำให้ชิ้นงานที่ขึ้นจาก 3D printer มีความหยาบอยู่ที่ประมาณ 6 - 10 µm ความขรุขระของผิวที่สูงนี้ เป็นคำอธิบายถึง lower fatigue strength

3. โครงสร้างพื้นฐานและการสนับสนุน (Support Structure & Part Orientation)

Metal Printing จะต้องการ Support structures เสมอ เนื่องจากกระบวนการผลิตที่ต้องใช้ความร้อนสูงและมักจะสร้างในรูปแบบโครงข่าย


Support ใน Metal 3D printing ทำหน้าที่ 3 อย่างที่แตกต่างกัน :

- ทำให้ Platform นั้นสมดุลสำหรับการพิมพ์เลเยอร์ชั้นถัดไป

- พวกมันยึดชิ้นงานกับ Build Plate และป้องกันไม่ให้เกิดการผิดรูป

- พวกมันช่วยระบายความร้อนจากชิ้นงาน และ ทำให้มันเย็นลงในอัตราที่ควบคุมได้


ชิ้นงานมักจะเน้นไปที่การทำมุม เพื่อที่จะลดโอกาศการเกิดการบิดรูป และเพิ่มความแข็งแรงของชิ้นงานในทิศทางที่วิกฤต อย่างไรก็ตาม Support ที่เพิ่มขึ้น จะให้เวลาในการพิมพ์นั้นเพิ่มขึ้นและแน่นอน รวมถึงราคาด้วยการบิดตัวสามารถลดได้ด้วยการ randomized scan patterns วิธีการแสกนนี้ จะช่วยลดการสะสมของแรงเค้นที่เหลือไปในทิศทางเฉพาะ และจะเพิ่มลักษณะเฉพาะของพื้นผิวให้กับชิ้นงาน เนื่องจากราคาของการพิมพ์โลหะที่สูงมาก การ simulations จึงมักถูกใช้ เพื่อคาดการพฤติกรรมของชิ้นงานระหว่างการประมวลผล และ Topology Optimization algorithms ก็ถูกใช้ ไม่ใช่เฉพาะการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงกล และ การสร้างงานที่น้ำหนักเบา แต่สามารช่วยลดการใช้ Support Structure และลดโอกาสที่จะเกิดการบิดตัว


4. ส่วนกลวงและโครงสร้างที่มีน้ำหนักเบา ( Hollow Sections & Lightweight Structures )

แตกต่างจาก กระบวนการผลิตแบบผง Polymer อย่าง SLS คือ Hollow sections ขนาดใหญ่มักจะไม่ถูกใช้ในการพิมพ์โลหะ เหมือนกับ Support Structures ที่ไม่สามารถเอาออกได้ง่าย สำหรับ internal channels ที่มีขนาดใหญ่กว่า Ø 8 mm มันถูกแนะนำให้ใช้รูที่มีรูปทรงเป็นรูปเปียกปูน หรือ ใช้รูปทรงหยดน้ำตา แทนที่การใช้วงกลม เนื่องจากรูปทรงดังกล่าวไม่ต้องการ Support structures


อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับ Hollow Sections คือการออกแบบ skin and cores ของชิ้นงาน skin and cores คือกระบวนการการใช้พลังงานของเลเซอร์และความเร็วในการแสกนที่แตกต่างกัน เป็นผลให้คุณสมบัติของวัตถุดิบแตกต่างกัน การใช้ skin and cores เป็นที่นิยมในการผลิตที่ชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่ เนื่องจากพวกมันช่วยลดระยะเวลาในการพิมพ์และลดโอกาสที่มีการบิดตัว นอกจากนี้ยังทำให้ชิ้นงานมีความมั่นคง และคุณภาพของพื้นผิวที่ดี การใช้ lattice structure เป็นอีกหนึ่งวิธีการในการลดน้ำหนักในการพิมพ์โลหะ 3 มิติ และ Topology optimization algorithms สามารถช่วยการออกแบบของ organic light-weight form ได้ด้วย




Tag : #SLM#SLM3dprinting#ชิ้นงาน3มิติ#AdditiveX

Related Post

News & Event

Technology Guide

Contact  Us

095-740-3441 ( Sale )

081-875-3630 ( Support )

Service@additivexthailand.com 

607/73-77  Soi Pradu 1, New Road, Bangklo, Bangkorlaem, Bangkok 10120 Thailand

Follow Us

  • Facebook
  • YouTube

Quick Link

Copyright © 2020, The Additive