יישומים של מוצרי מתכת מודפסים בתלת מימד בכל תעשיות

מוצרי מתכת מודפסים בתלת מימד נמצאים בשימוש נרחב בייצור תעשייתי, תעופה וחלל, רפואה, רכב ותחומים רבים אחרים, עם סוגי מוצרים נפוצים הכוללים רכיבים מבניים, רכיבים פונקציונליים וחלקים מותאמים אישית. מה שהופך את ייצור תוספים למתכת לבעל ערך במיוחד במגזרים אלה הוא היכולת שלו לייצר גיאומטריות - ערוצים פנימיים, מבני סריג, קווי מתאר- ספציפיים למטופל- או -ספציפיים לרכב - שיהיה קשה, יקר או בלתי אפשרי לחלוטין להשיג באמצעות יציקה, פרזול או עיבוד חיסור בלבד. הסעיפים להלן מפרטים את תחומי היישום העיקריים, יחד עם הקשר נוסף מדוע ייצור תוסף הפך לשיטת הייצור המועדפת בכל מקרה ומקרה.

רכיבים מבניים של רקטות ולוויינים, כמו מחיצות מיכל הדלק של ספינת הכוכבים של SpaceX וסוגרי סגסוגת טיטניום על רובי מאדים של נאס"א, ממנפים את מאפייני הקל משקל של הדפסת תלת מימד מתכת כדי להפחית את עלויות השיגור. ביישומי תעופה וחלל, לכל קילוגרם של מסה מבנית יש עלות ישירה ולעיתים משמעותית הקשורה להכנסתו למסלול או מעבר לכך, כך שהיכולת של ייצור תוסף לאחד חלקים מרובים לטופולוגיה אחת -מבנה אופטימלי - הסרת חומר בכל מקום שבו אין בו צורך מבני תוך שמירה על הנתיב הטבעי של התעשייה הפכה אותו להתאמה טבעית לתעשייה. איחוד חלקים זה מפחית גם את מספר המפרקים והמחברים, שהם לעתים קרובות הנקודות החלשות ביותר במבנה המורכב באופן מסורתי.

רכיבי מנוע Aero- כוללים להבי טורבינה - כגון להבי מטריצת קרמיקה של GE Aerospace - וכן חרירי תאי בעירה, המשתמשים בתעלות קירור מורכבות כדי לשפר את היעילות התרמית. ככל שמתכנני מנועים דוחפים לטמפרטורות הפעלה גבוהות יותר כדי לשפר את יעילות הדלק, היכולת להדפיס גיאומטריות קירור פנימיות העוקבות אחר הפרופיל התרמי המדויק של הרכיב הופכת ליותר ויותר חשובה, מכיוון שהיא מאפשרת ניהול חום מדויק יותר מאשר ערוצים המוגבלים לקידוח קו ישר-.

אנטנות וסוגרי לוויין הם רכיבי סגסוגת אלומיניום קלים או מסגסוגת טיטניום העומדים בדרישות ההתנגדות לקרינה והמשקל הנמוך- של סביבת החלל. מכיוון שרכיבי לוויין חייבים לשרוד גם את עומסי המחזור התרמית והרעידות הקיצוניים של השיגור, היכולת של ייצור תוסף לייצר מבני סריג או צלעות אופטימליים - במקום חומר מוצק - עוזרת לעמוד בדרישות קשיחות וחוזק תוך שמירת מסה למינימום מוחלט.

תבניות ואביזרי כלי עבודה כוללים תוספות של תבניות הזרקה לרכיבי רכב, הכוללים תעלות קירור משולבות, כמו גם מתקנים המשמשים בתעשיית האלקטרוניקה - אלה יכולים לקצר את מחזורי הייצור ב-30%-50%. הפחתת הזמן הדרמטית של-המחזור נובעת בעיקר מקירור קונפורמי: מכיוון שניתן לנתב את תעלות הקירור כדי לעקוב אחר קווי המתאר של פני חלל התבנית במקום להיות מוגבלים לקדוחים ישרים, החום נשלף מהר יותר ובאופן שווה יותר, מה שמקצר את שלב הקירור של כל מחזור דפוס ומפחית את עיוות החלק.

רכיבים הידראוליים ופנאומטיים, כגון בלוקים הידראוליים וגופי צילינדר, משלבים תעלות זרימה פנימיות המפחיתות את הסיכון לדליפה. ייצור מסורתי של רכיבים אלה מצריך לעתים קרובות קידוח מעברים ישרים ולאחר מכן סתימת צמתים לא רצויים, יצירת נתיבי דליפה פוטנציאליים בכל פקק; ייצור תוסף יכול להדפיס את ערוצי הזרימה ישירות בניתוב התלת מימדי האופטימלי- שלהם, ולבטל כליל רבים מהחיבורים הללו.

רכיבי מכונות כבדים כגון-שיניים עמידות לבלאי מחפר וכלי חיתוך של מנהרות (מכונת מגן) משתמשים בסגסוגות-בעלות קשיות גבוהה כגון פלדת טונגסטן כדי להאריך את חיי השירות. ביישומים אלה, עמידות הבלאי של הסגסוגת היא בעלת חשיבות עליונה, וייצור תוסף מאפשר להפקיד חומר עמיד לבלאי- בדיוק היכן שהוא נחוץ ביותר - כגון בקצה החיתוך או במשטח המגע - מבלי לחייב את כל הרכיב להיות עשוי מהחומר הקשיח הגבוה יותר{{6}

שתלים אורטופדיים כוללים תותבות מפרקי מפרק ירך/ברך מסגסוגת טיטניום - כגון התותבות המותאמות אישית של ג'ונסון אנד ג'ונסון - וכן כלובי איחוי עמוד השדרה, שניתן להתאים לאנטומיה של העצם האישית של המטופל. מכיוון שגיאומטריית השלד של כל מטופל שונה, ייצור תוסף מאפשר לעצב שתלים ישירות מנתוני ה-CT או ה-MRI של המטופל, משפר את ההתאמה ומפחית פוטנציאל את זמן ההחלמה בהשוואה לשתלים שנבחרו ממגוון מוגבל של גדלים סטנדרטיים.

שחזורי שיניים כוללים כתרים דנטליים מסגסוגת כרום קובלט-ואביזרי שתלים, עם דיוק שמגיע ל-0.01 מ"מ כדי להתאים את הסביבה הפה. רמה זו של דיוק ממדי חיונית בהתחשב במידת הסובלנות שיש לפה לשחזור-שלא מתאים - אפילו אי-התאמות קטנות עלולות לגרום לאי נוחות, אי התאמה של נשיכה או בלאי- לטווח ארוך בשיניים סמוכות, וזו הסיבה שסריקה דיגיטלית בשילוב עם ייצור תוספים מדויק הפכה לייצור שיניים מודרני יותר ויותר.

מדריכים כירורגיים הם תבניות ניווט כירורגיות מסגסוגת טיטניום המסייעות להליכים אורטופדיים ונוירוכירורגים עם הדרכה מדויקת. המדריכים הספציפיים למטופל-מתוכננים בדרך כלל מאותם נתוני הדמיה המשמשים לתכנון השתלים, והם עוזרים למנתחים למקם מקדחים, ברגים או כלי חיתוך ברמת דיוק שקשה להשיג ביד חופשית, תוך צמצום זמן הניתוח ושיפור עקביות התוצאות.

רכיבים בעלי ביצועים גבוהים- כוללים רכיבי מתלים מסגסוגת טיטניום במכוניות מרוץ פורמולה 1 וגלגלי סגסוגת אלומיניום במכוניות-על, שמפחיתים משקל תוך שיפור החוזק. בספורט מוטורי במיוחד, העלות של ייצור תוספים מוצדקת בקלות רבה יותר מאשר בכלי רכב בשוק-המוני, מכיוון שאפילו הפחתות משקל קטנות במתלים או במסה בלתי קפיצית יכולה להניב שיפורי ביצועים ניתנים למדידה, ונפחי הייצור נמוכים מספיק כדי-עלויות כלי עבודה לכל חלק יהיו עצומות.

רכיבי רכב אנרגיה חדשים כוללים את לוחות הקירור של ערכת הסוללות מסגסוגת אלומיניום בדגם Tesla 3, כמו גם את כיסויי קצה המנוע של BYD, אשר מייעלים את יעילות הניהול התרמי. ניהול תרמי סוללה הוא גורם ביצועים ובטיחות קריטי בכלי רכב חשמליים, ולוחות קירור מודפסות בתלת-ממד יכולות לשלב גיאומטריות תעלות פנימיות אופטימליות לפיזור חום אחיד על פני ערכת הסוללות, ועוזרות לשמור על טמפרטורות תאים עקביות ולהאריך את חיי הסוללה.

חלקי שינוי מותאמים אישית כוללים סעפות פליטה וערכות גוף עבור בעלי רכב בודדים, העומדים בדרישות קלות משקל ואסתטיות כאחד. השוק האחר ומרחב ההתאמה האישית נהנים במיוחד מהכלכלה המוספת של-נפחים נמוכים, שכן ניתן לייצר חלק-חד-פעמי או קטן-בהתאמה אישית ללא השקעת כלי עבודה שהיציקה או הטבעה קונבנציונלית תדרוש.

מוצרים תרבותיים/יצירתיים ומוצרי יוקרה כוללים יצירות אמנות מסגסוגת טיטניום ומארזי מתכת לשעונים-מתקדמים, המאפשרים צורות גיאומטריות מורכבות. דפוסי הסריג המורכבים, הצורות האורגניות ופרטי פני השטח העדינים הניתנים להשגה באמצעות ייצור תוספי מתכת מאפשרים למעצבים ליצור צורות שיהיה קשה מאוד או בלתי אפשרי לייצר אותן באמצעות יציקה או עיבוד שבבי מסורתי, מה שהופך אותן למתאים היטב למוצרים בעלי ערך-עיצובי- גבוה, שבהם מורכבות גיאומטרית עצמה היא חלק מהמשיכה.

יישומי ציוד אנרגיה כוללים מחברי שורש ממתכת עבור להבי טורבינות רוח ורכיבים עמידים בחום- לכורים גרעיניים, המשפרים את יעילות המרת האנרגיה. מחברי שורש של טורבינת רוח חייבים להעביר עומסים מחזוריים עצומים מהלהב לרכזת במשך עשרות שנים של שירות, ורכיבי כור גרעיני חייבים לעמוד בטמפרטורות קיצוניות ובסביבות קרינה - בשני המקרים, היכולת לייעל את הגיאומטריה הפנימית לחוזק או לעמידות בחום תוך מזעור השימוש בחומרים מציעה יתרונות משמעותיים של יעילות ועמידות.