การจำแนกเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งเป็นพลังปฏิวัติในอุตสาหกรรมการผลิต แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างทางเทคนิคที่สำคัญเนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกัน จากคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุขึ้นรูป เทคโนโลยีกระแสหลักในปัจจุบันสามารถแบ่งได้อย่างชัดเจนออกเป็นสองระบบหลัก: อโลหะและอโลหะ ระบบเหล่านี้มีความแตกต่างกันอย่างมากในแง่ของหลักการทางเทคนิค โครงสร้างอุปกรณ์ และสถานการณ์การใช้งาน

การพิมพ์ 3 มิติแบบอโลหะ-ที่ใช้วัสดุโพลีเมอร์ ผงเซรามิก เรซินไวแสง และวัสดุอื่นๆ ได้กลายเป็นตัวเลือกหลักในตลาดผู้บริโภคและภาคอุตสาหกรรมเบา เนื่องจากมีต้นทุนอุปกรณ์ต่ำและความเข้ากันได้ของวัสดุ ตัวอย่างเช่น การสร้างแบบจำลองการสะสมแบบหลอมละลาย (FDM) จะละลายเส้นใยเทอร์โมพลาสติก เช่น PLA และ ABS ผ่านอุปกรณ์ให้ความร้อน จากนั้นจึงอัดขึ้นรูปทีละชั้น ทำให้เกิดการสะสมตัวคล้ายกับการบีบยาสีฟัน ด้วยจุดเริ่มต้นที่ต่ำ (รุ่นเดสก์ท็อปมีราคาในช่วงพันหยวนต่ำ) อัตราการใช้วัสดุเกิน 90% FDM จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตความช่วยเหลือด้านการสอนด้านการศึกษาและการสร้างต้นแบบผลิตภัณฑ์

Stereolithography (SLA) และการประมวลผลแสงดิจิทัล (DLP) ใช้แสงอัลตราไวโอเลตเพื่อกระตุ้นการบ่มเรซินที่ไวต่อแสงของเหลว ทำให้ได้ความแม่นยำน้อยกว่า 0.05 มม. และพื้นผิวเรียบ โดยทั่วไปจะใช้ในด้านการแพทย์สำหรับการผลิตต้นแบบของแบบจำลองทางทันตกรรมและส่วนประกอบของเครื่องมือที่มีความแม่นยำ การเผาผนึกด้วยเลเซอร์เฉพาะจุด (SLS) และมัลติ-ฟิวชั่นเจ็ต (MJF) ใช้เลเซอร์หรือหัวฉีดความร้อนเพื่อกระตุ้นพันธะระหว่างอนุภาคผง หากไม่มีโครงสร้างรองรับ ก็สามารถพิมพ์โครงสร้างกลวงหรือซ้อนกันได้ และมักใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อผลิตต้นแบบท่อร่วมไอดีของเครื่องยนต์

การพิมพ์โลหะ 3 มิติตอบสนองความต้องการของ-การผลิตระดับไฮเอนด์ในการบินและอวกาศ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ โดยเอาชนะความท้าทายในการสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนและวัสดุประสิทธิภาพสูง-ซึ่งทำได้ยากด้วยการตัดเฉือนแบบดั้งเดิม การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรร (SLM) ใช้เลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูง-ในการหลอมผงโลหะ เช่น โลหะผสมไทเทเนียมและเหล็กกล้าไร้สนิมอย่างสมบูรณ์ด้วยความแม่นยำ 0.02 มม. ทำให้สามารถสร้างโครงสร้างที่บางเป็นมิลลิเมตร-ได้ ขายึดปีกเครื่องบินโลหะผสมไทเทเนียมของเครื่องบิน Airbus A350 ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีนี้ ทำให้ลดน้ำหนักลงได้ 15% ขณะเดียวกันก็เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรงสูง การหลอมลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อให้ความร้อนแก่ผงโลหะในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ เหมาะสำหรับโลหะที่เกิดปฏิกิริยาซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูง วัสดุถูกอุ่นอย่างต่อเนื่อง (500-700 องศา ) ในระหว่างกระบวนการพิมพ์ ซึ่งช่วยลดความเครียดและการเสียรูปได้อย่างมาก โดยทั่วไปจะใช้ในส่วนประกอบแบริ่งรับน้ำหนักที่สำคัญ- เช่น ใบพัดของเครื่องยนต์อากาศยาน การสะสมพลังงานโดยตรง (DED) ใช้เลเซอร์/อาร์คในการหลอมลวดหรือผงโลหะและนำไปฝากไว้บนพื้นผิวพร้อมกัน ช่วยให้สามารถผลิตและซ่อมแซมส่วนประกอบขนาดใหญ่ (ขนาด-เมตร) ได้อย่างรวดเร็ว General Electric ใช้เทคโนโลยีนี้ในการซ่อมใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบิน ลดต้นทุนได้ถึง 70% เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนชิ้นส่วนใหม่ ตัวอย่างเช่น เครื่องพิมพ์ 3 มิติโลหะซีรีส์ Muees ของ UnionTech (เช่น Muees 430) ใช้ระบบเลเซอร์หลายตัว โดยมีพื้นที่สร้างสูงสุด 430×340×400 มม. และความเร็วในการสแกนสูงสุด 6 เมตร/วินาที นี่เป็นโซลูชันการผลิตที่มีประสิทธิภาพสำหรับแม่พิมพ์โลหะ ส่วนประกอบการบินและอวกาศ และการใช้งานอื่นๆ

เบื้องหลังความแตกต่างทางเทคโนโลยีนี้ เทคโนโลยีที่ไม่ใช่โลหะ-ถูกขับเคลื่อนโดย "การทำให้เป็นสากล" ซึ่งขยายไปสู่การใช้งานของผู้บริโภคผ่านนวัตกรรมด้านวัสดุ (เช่น PLA ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและไนลอนนำไฟฟ้า) ในทางกลับกัน เทคโนโลยีโลหะกำลังแสวงหา "ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น" และเจาะลึกการใช้งานด้านการผลิตระดับไฮเอนด์-ในการบินและอวกาศ อุปกรณ์พลังงาน และภาคส่วนอื่นๆ เทคโนโลยีทั้งสองมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญที่ระดับพื้นฐาน: โลหะที่ไม่ใช่-อาศัยการเปลี่ยนเฟส (การหลอม-การแข็งตัว/ปฏิกิริยาไวต่อแสง) ในขณะที่โลหะอาศัยพันธะทางโลหะวิทยา (การหลอม-การเผาผนึก) ส่งผลให้เกิดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในด้านความซับซ้อนของอุปกรณ์และความยากในการประมวลผล ด้วยความก้าวหน้าในด้านวัสดุศาสตร์ (เช่น เรซินเสริมนาโน-และผงโลหะอัลตราไฟน์) และความอัจฉริยะของอุปกรณ์ (เส้นทางการพิมพ์ที่ปรับให้เหมาะสมด้วย AI-) ระบบเทคโนโลยีทั้งสองจะสร้างการทำงานร่วมกันในพื้นที่มากขึ้น โดยเร่งวิวัฒนาการของการพิมพ์ 3 มิติจาก "การสร้างต้นแบบ" ไปสู่ ​​"การผลิตจำนวนมาก"

ตั้งแต่ของเล่นพลาสติกไปจนถึงส่วนประกอบการบินและอวกาศ วิธีการทางเทคโนโลยีที่แตกต่างกันเปรียบเสมือนเกียร์ที่มีความแม่นยำ ซึ่งร่วมกันขับเคลื่อนเกียร์ของการปฏิวัติการผลิต ในขณะที่ตลาดผู้บริโภคหลงใหลในการสร้างรายได้จากการพิมพ์เรซินสีอย่างสร้างสรรค์ ภาคอุตสาหกรรมกำลังใช้ผงโลหะผสมไทเทเนียมเพื่อกำหนดอนาคตของเครื่องยนต์การบิน ความแตกต่างทางเทคโนโลยีซึ่งขับเคลื่อนโดยคุณสมบัติของวัสดุ เป็นสัญญาณบ่งบอกถึงความสมบูรณ์ของระบบนิเวศอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติ