Приложения на метални 3D печатни продукти в различни индустрии

Металните 3D печатни продукти се използват широко в промишленото производство, космическата промишленост, медицината, автомобилостроенето и много други области, с общи видове продукти, включително структурни компоненти, функционални компоненти и персонализирани части. Това, което прави производството на метални добавки особено ценно в тези сектори, е способността му да произвежда геометрии - вътрешни канали, решетъчни структури, пациент- или -специфични контури -, които биха били трудни, скъпи или направо невъзможни за постигане само чрез леене, коване или субтрактивна обработка. Разделите по-долу описват подробно основните области на приложение, заедно с допълнителен контекст за това защо адитивното производство се е превърнало в предпочитания производствен метод във всеки случай.

Ракетни и сателитни структурни компоненти, като преградите на резервоара за гориво на Starship на SpaceX и скобите от титанова сплав на марсоходите на НАСА, използват олекотените характеристики на металния 3D печат, за да намалят разходите за изстрелване. В аерокосмическите приложения всеки килограм структурна маса има пряка и често значителна цена, свързана с извеждането му в орбита или извън нея, така че способността на адитивното производство да консолидира множество части в една топология-оптимизирана структура - премахвайки материал навсякъде, където не е структурно необходим, като същевременно запазва пътеките на натоварване - го направи естествено подходящ за тази индустрия. Тази частна консолидация също така намалява броя на ставите и крепежните елементи, които често са най-слабите места в традиционно сглобената конструкция.

Компонентите на авио-двигателя включват лопатки на турбината - като композитните лопатки на GE Aerospace с керамична матрица -, както и дюзи на горивната камера, които използват сложни охлаждащи канали за подобряване на топлинната ефективност. Тъй като конструкторите на двигатели настояват за по-високи работни температури, за да подобрят горивната ефективност, възможността за отпечатване на вътрешни геометрии на охлаждане, които следват точния топлинен профил на компонента, става все по-ценна, тъй като позволява по-прецизно управление на топлината от каналите, ограничени до-правилно пробиване.

Сателитните антени и скоби са леки компоненти от алуминиева или титанова сплав, които отговарят на изискванията за радиационна устойчивост и ниско-тегло на космическата среда. Тъй като сателитните компоненти трябва също така да издържат на екстремни топлинни цикли и вибрационни натоварвания при изстрелване, способността на адитивното производство да произвежда оптимизирани решетъчни или ребрени структури - вместо твърди материали - помага да се изпълнят изискванията за твърдост и здравина, като същевременно се поддържа масата до абсолютен минимум.

Формите и приспособленията за инструменти включват вложки за шприцформи за автомобилни компоненти, които разполагат с интегрирани охлаждащи канали, както и приспособления, използвани в електронната индустрия - те могат да съкратят производствените цикли с 30%–50%. Това драматично намаляване на-времето на цикъла идва основно от конформно охлаждане: тъй като охлаждащите канали могат да бъдат насочени така, че да следват контура на повърхността на кухината на матрицата, вместо да бъдат ограничени до прави отвори, топлината се извлича по-бързо и равномерно, което съкращава фазата на охлаждане на всеки цикъл на формоване и намалява деформацията на детайла.

Хидравличните и пневматичните компоненти, като хидравлични клапанни блокове и цилиндрови тела, интегрират вътрешни канали за поток, които намаляват риска от изтичане. Традиционното производство на тези компоненти често изисква пробиване на прави канали и след това запушване на нежелани кръстовища, създавайки потенциални пътеки за теч при всяка тапа; адитивното производство може да отпечата каналите на потока директно в тяхното оптимално три-измерно начертаване, елиминирайки изцяло много от тези съединения.

Компонентите на тежки машини, като -устойчиви на износване зъбци на багери и режещи инструменти на машини за пробиване на тунели (машина за щит), използват сплави с висока-твърдост, като волфрамова стомана, за да удължат експлоатационния живот. В тези приложения устойчивостта на износване на сплавта е от първостепенно значение, а производството с добавки позволява-устойчивият на износване материал да бъде отложен точно там, където е най-необходим - като например при режещ ръб или контактна повърхност -, без непременно да се изисква целият компонент да бъде изработен от по-скъпия материал с висока-твърдост.

Ортопедичните импланти включват протези за тазобедрена/колянна става от титаниева сплав - като персонализираните протези на Johnson & Johnson -, както и клетки за спинална фузия, които могат да бъдат съобразени с индивидуалната костна анатомия на пациента. Тъй като геометрията на скелета на всеки пациент е различна, адитивното производство позволява имплантите да бъдат проектирани директно от данните от CT или MRI сканиране на пациента, подобрявайки прилягането и потенциално намалявайки времето за възстановяване в сравнение с импланти, избрани от ограничен набор от стандартни размери.

Зъбните възстановявания включват зъбни коронки и опори за импланти от кобалто-хромова сплав с точност до 0,01 mm, за да съответстват на оралната среда. Това ниво на точност на размерите е от съществено значение, като се има предвид колко малка толерантност има устата към неправилно -напаснато възстановяване - дори малки несъответствия могат да причинят дискомфорт, несъответствие на захапката или дългосрочно-износване на съседни зъби, поради което дигиталното сканиране, съчетано с прецизното производство на добавки, става все по-стандартно в съвременните зъболекарски лаборатории.

Хирургическите водачи са хирургически шаблони за навигация от титаниева сплав, които подпомагат ортопедични и неврохирургични процедури с прецизни насоки. Тези-специфични водачи обикновено са проектирани от същите данни за изображения, използвани за планиране на импланти, и те помагат на хирурзите да позиционират свредла, винтове или режещи инструменти с ниво на точност, което би било трудно за постигане със свободна ръка, намалявайки времето за операция и подобрявайки последователността на резултатите.

Компонентите с висока{0}}производителност включват компоненти за окачване от титаниева сплав в състезателни автомобили от Формула 1 и джанти от алуминиева сплав в суперколи, които намаляват теглото, като същевременно подобряват здравината. По-специално в моторните спортове цената на адитивното производство е по-лесно оправдана, отколкото при превозните средства за масовия-пазар, тъй като дори малки намаления на теглото на окачването или масата без ресори могат да доведат до измерими печалби в производителността, а производствените обеми са достатъчно ниски, че разходите за-инструменти за част биха били непосилни.

Новите енергийни компоненти на превозното средство включват охлаждащите плочи за батерии от алуминиева сплав в Tesla Model 3, както и крайните капаци на двигателя на BYD, които оптимизират ефективността на управление на топлината. Термичното управление на батерията е критичен фактор за производителност и безопасност в електрическите превозни средства, а 3D отпечатаните охлаждащи плочи могат да включват вътрешни геометрии на канали, оптимизирани за равномерно разпределение на топлината в батерията, което помага да се поддържат постоянни температури на клетките и да се удължи живота на батерията.

Персонализираните части за модификация включват персонализирани изпускателни колектори и комплекти за тяло за отделни собственици на превозни средства, отговарящи както на изискванията за лекота, така и на естетическите изисквания. Пространството за следпродажбено обслужване и персонализиране печели особено от ниската{1}}икономика на адитивното производство, тъй като може да бъде произведена-еднократна или малка-партида персонализирана част без инвестиция в инструменти, която би изисквала конвенционалното леене или щамповане.

Културни/творчески продукти и луксозни стоки включват произведения на изкуството от титаниева сплав и метални корпуси за часовници от висок клас, позволяващи сложни геометрични форми. Сложните решетъчни шарки, органичните форми и фините повърхностни детайли, постижими чрез производство с метални добавки, позволяват на дизайнерите да създават форми, които биха били изключително трудни или невъзможни за производство чрез традиционно леене или механична обработка, което го прави много подходящ за продукти с висока-стойност, дизайн-, където самата геометрична сложност е част от привлекателността.

Приложенията за енергийно оборудване включват метални коренови съединители за лопатки на вятърни турбини и топло{0}}устойчиви компоненти за ядрени реактори, които подобряват ефективността на преобразуване на енергия. Коренните конектори на вятърните турбини трябва да прехвърлят огромни циклични натоварвания от перката към главината в продължение на десетилетия на експлоатация, а компонентите на ядрения реактор трябва да издържат на екстремни температури и радиационни среди - и в двата случая възможността за оптимизиране на вътрешната геометрия за здравина или топлоустойчивост, като същевременно минимизира използването на материали, предлага значителни ползи за ефективност и дълготрайност.