3D printanje, također poznato kao aditivna proizvodnja (AM), je "transformativna" metoda za tradicionalnu industrijsku proizvodnju. Tradicionalni subtraktivni proizvodni proces odnosi se na korištenje postojećih geometrijskih modela izradaka i korištenje alata za postupno rezanje, poliranje i graviranje materijala kako bi konačno postali potrebni dijelovi. 3D printanje je upravo suprotno. Uz pomoć opreme za 3D ispis, digitalni trodimenzionalni model se slojevito obrađuje, a posebni materijali poput metalnog praha, termoplastičnih materijala i smola kontinuirano se gomilaju i spajaju sloj po sloj te na kraju superponiraju u trodimenzionalnu cjelinu. . 3D printanje je interdisciplinarna tehnologija koja pokriva strojeve, materijale, računalni vid, softver, elektroniku i druge discipline, a temeljna tehnologija leži u proizvodnji 3D printera, koji također ima posebne zahtjeve za materijale, softver, dizajn itd.
U usporedbi s tradicionalnim proizvodnim procesima, 3D ispis ima karakteristike oblikovanja složenih struktura, skraćivanja ciklusa realizacije proizvoda, velike čvrstoće proizvoda, male težine i visoke stope iskorištenja materijala, ali njegova je cijena također relativno visoka. Karakteristike tehnologije 3D printanja su sljedeće:
(1) Dijelovi sa složenim geometrijskim strukturama mogu se proizvesti kako bi se postigla integrirana proizvodnja, a složenost strukture neće donijeti dodatne troškove. Dizajneri više nisu vezani tradicionalnim procesima proizvodnje i mogu slobodnije stvarati dijelove.
(2) Skratiti ciklus razvoja i realizacije novih proizvoda. Kod razvoja novih proizvoda u tradicionalnoj tehnologiji potrebno je dizajnirati i proizvesti nove kalupe te uspostaviti proces montaže, dok 3D ispis ne zahtijeva kalupe i proces je kratak.
(3) Proizvod ima karakteristike visoke čvrstoće i male težine. Dijelovi za 3D ispis mogu realizirati rešetkastu strukturu saća koju je teško obraditi tradicionalnom tehnologijom i mogu uvelike smanjiti težinu pod pretpostavkom osiguravanja performansi. Na temelju karakteristika procesa brzog skrućivanja 3D printanja mogu se postići dobra mehanička svojstva, čime se osigurava povećanje čvrstoće.
(4) Stopa iskorištenja materijala znatno je poboljšana. Budući da se materijali nanose sloj po sloj, gotovo da nema otpada materijala u proizvodnom procesu, a stopa iskorištenja materijala doseže više od 90 posto. (5) Troškovi opreme i materijala su visoki. Industrijska oprema za 3D ispis je skupa, u rasponu od jednog do dva milijuna juana do desetaka milijuna juana. Osim toga, zbog posebnog procesa, 3D ispis ima posebne zahtjeve za materijale, a obične materijale potrebno je prilagoditi. Međutim, istraživanje i razvoj materijala su teški i skupi, što u određenoj mjeri ograničava razvoj 3D printanja.
Nakon više od 30 godina razvoja, tehnologija 3D ispisa kontinuirano se unaprjeđuje, a formirani su različiti načini ispisa kao što su 3D bioprint, organski materijal i metal. Metalni 3D ispis općenito koristi izvore energije lasera i elektronske zrake za taljenje metalnog praha, tako da se metalni prah sinterira i gomila kako bi se stvorila cjelokupna struktura. Postoje dvije metode unosa metalnog praha u cijeli proces, rasipanje praha i hranjenje prahom. Prema različitim metodama dodavanja praha, načelo procesa 3D ispisa metala dijeli se na usmjereno taloženje energije (poznato i kao punjenje prahom) i selektivno taljenje sloja praha (također nazvano širenje praha). Premazivanje prahom odnosi se na nanošenje metalnog praha na podlogu kako bi se formirao tanki sloj, koji se zatim spaja laserskim topljenjem određenih područja na tankom sloju. U usporedbi s raspršivanjem praha, hranjenje prahom ne stvara tanki sloj, a prah se izravno isporučuje u rastaljeni bazen koji je formirao laser na podlozi kroz mlaznicu za prah i sinterira se u cjelinu. Glavna tehnologija metalnog 3D ispisa može se grubo podijeliti na tehnologiju laserskog selektivnog taljenja (SLM), oblikovanje taljenjem elektronskim snopom (EBM), tehnologiju oblikovanja laserske mreže (LENS), tehnologiju taloženja filamenta fuzijom elektronskog snopa (EBF) i tako dalje.
Tri su važna čimbenika u razvoju tehnologije, opreme, materijala i procesa proizvodnje metala aditivom. Trenutačno još ima prostora za napredak u ova tri aspekta. Kako bi se proširila primjena tehnologije 3D ispisa, tehnologija proizvodnje metalnih aditiva razvija se u smjeru niske cijene, velike veličine, više materijala, visoke preciznosti i visoke učinkovitosti.
(1) Oprema za aditive metala razvija se u smjeru velikih razmjera i specijalizacije. Uz sve veću potražnju za ispisom velikih struktura i specifičnih područja, oprema za 3D ispis metala postala je trend prema velikom i profesionalnom razvoju.
(2) Sirovine za ispis nastavljaju rasti, a počinje se pojavljivati i tisak kompozitnih materijala. Trenutačno su vrste sirovina koje se koriste u metalnom 3D ispisu relativno male, a kvaliteta materijala nije visoka. Uz kontinuirani prodor aditivne proizvodnje u industrijskom području, tržišna potražnja za metalnim 3D ispisom koji može postići miješani ispis od više materijala postupno raste. Osim toga, počinje se pojavljivati simultani tisak više kompozitnih materijala, koji mogu kombinirati prednosti različitih materijala.
(3) Razviti nove tehnologije proizvodnje metalnih aditiva. Tradicionalna tehnologija aditivne proizvodnje metala ima probleme kao što su visoki troškovi i niska učinkovitost, među kojima je niska učinkovitost također jedan od ključnih čimbenika koji ograničavaju aditivnu proizvodnju da zamijeni tradicionalnu suptraktivnu proizvodnju u mnogim područjima. Očekuje se da će se s postupnim sazrijevanjem ove tehnologije u budućnosti, kao što je povećanje snage lasera i optimizacija putanje ispisa, povećati proizvodna stopa aditivne proizvodnje.