г. Хабаровск ул. Дзержинского 52, 3 этаж
rce@dasi27.ru
+7 (4212) 473-115, 473-116, 473-118

Обзор технологий от РЦИ. 3D-печать металлами

3D-печать металлом становится все более популярной. И это не удивляет: каждый металлический материал для печати предлагает уникальное сочетание практических и эстетических свойств для того, чтобы удовлетворить требования предъявляемые к различным продуктам, будь то прототипы, миниатюры, украшения, функциональные детали или даже кухонные принадлежности.

Причины печатать металлами настолько веские, что 3D-печать металлами уже внедряется в серийное производство. На самом деле, некоторые 3D-печатные детали уже догнали, а какие-то и превзошли своими свойствами те, что производятся традиционными методами.

Традиционное производство из металлов и пластиков очень расточительно – в авиапромышленности, например, до 90% материалов уходит в отходы. Выход продукции, в некоторых отраслях, составляет не более 30% от использованного материала.

3D-печать металлами потребляет меньше энергии и сокращает количество отходов до минимума. Кроме того, готовое 3D-печатное изделие может быть до 60% легче, по сравнению с фрезерованной или литой деталью. Одна лишь авиационная промышленность сэкономит миллиарды долларов на топливе – за счет снижения веса конструкций. А ведь прочность и легкость нужны и в других отраслях. Да и экономичность тоже.

Применение 3D-печати

В некоторых промышленных секторах уже используют металлические 3D-принтеры, они стали неотъемлемой частью производственного процесса, о чем обычный потребитель может и не подозревать.

Наиболее распространенным примером являются медицинские импланты и стоматологические коронки, мосты, протезы, которые уже считаются наиболее оптимальным вариантом для пациентов. Причина: они могут быть быстрее и дешевле изготовлены на 3D-принтере и адаптированы к индивидуальным потребностям каждого пациента.

Второй, столь же часто встречающийся пример: ювелирное дело. Большинство крупных производителей постепенно переходит от 3D-печати форм и восковок к непосредственной 3D-печати металлом, а печать из титана позволяет ювелирам создавать изделия невозможного ранее дизайна.

Этапы создания ювелирного украшения

Кроме того, аэрокосмическая промышленность становится все более и более зависима от 3D-печатных металлических изделий. Ge-AvioAero в Италии – первая в мире полностью 3D-печатная фабрика, которая выпускает компоненты для реактивных двигателей LEAP.

Реактивный двигатель LEAP

Следующая отрасль, использующая 3D-принтеры по металлу – автопром. Концерны BMW, Audi и Fiat Chrysler Automobiles всерьез рассматривают применение технологии в серийном производстве, а не только в прототипировании, где они используют 3D-печать уже многие годы.

Металлические трехмерные печатные кронштейны BMW

Казалось бы – зачем изобретать велосипед? Но и здесь 3D-печать металлом нашла применение. Уже несколько лет производители велосипедных компонентов и рам применяют 3D-печать. Не только в мире, но и в России это получило распространение. Производитель эксклюзивных велосипедов Triton разработал проект с 3D-печатным элементом титановой рамы, это позволило снизить ее вес без ущерба прочности.

Титановая рама Triton

Но прежде, чем 3D-печать металлами действительно «захватит» мир, необходимо будет преодолеть несколько серьезных проблем. В первую очередь – это высокая стоимость и низкая скорость производства больших серий этим методом.

Применяемые технологии

Многое можно сказать о применении печатающих металлом 3D-принтеров. Есть своя специфика, но основные вопросы такие же, как и с любыми другими 3D-принтерами: программное обеспечение и аппаратные ограничения, оптимизация материалов и печать несколькими материалами.

В последнее время появились примеры того, что 3D-детали напечатанные металлом могут быть столь же прочными, как традиционно производимые металлические компоненты, а в некоторых случаях и превосходят их.

Рассмотрим существующие металлические технологии 3D-печати.

Технология #1: Послойное сплавление порошка

Процесс 3D-печати металлами, которым наиболее крупные компании пользуются в наши дни, известен как сплавление или спекание порошкового слоя. Это означает, что лазерный или другой высокоэнергетический луч сплавляет в единое целое частицы равномерно распределенного металлического порошка, создавая слои изделия, один за другим.

3D-печать методом послойного сплавления порошка

В мире есть восемь основных производителей 3D-принтеров для печати металлом, большинство из них расположены в Германии. Их технологии идут под аббревиатурой SLM (выборочное лазерное плавление) или DMLS (прямое спекание металла лазером).

Технология #2: Binder Jetting

Еще один профессиональный метод с послойным соединением – склеивание частиц металла для последующего обжига в высокотемпературной печи, где частицы сплавляются под давлением, составляя единое металлическое целое. Печатающая головка наносит соединительный раствор на порошковую подложку послойно, как обычный принтер на листы бумаги, после чего изделие отправляется в обжиг.

Металлические детали, созданные при помощи технологии Binder Jetting

Еще одна похожая, но отличающаяся технология, в основе которой лежит FDM печать – замешивание металлического порошка в металлическую пасту. С помощью пневматической экструзии, 3D-принтер выдавливает ее, подобно тому, как строительный 3D-принтер делает это с цементом, чтобы сформировать 3D-объекты. После того, как нужная форма напечатана, объекты также спекают в печи.

Технология #3: Наплавление

Можно подумать, что среди технологий печатью металлом отсутствует похожая на обычную FDM, однако, это не совсем так. Есть два основных способа печатать цельнометаллическим материалом.

Один из них называется DED (Directed Energy Deposition), или лазерная наплавка. Он использует лазерный луч для сплавления металлического порошка, который медленно высвобождается и осаждается из экструдера, формируя слои объекта с помощью промышленного манипулятора.

3D-печать методом наплавления

Обычно это делается внутри закрытой камеры, однако, на примере компании MX3D, можно увидеть реализацию подобной технологии в сооружении настоящего полноразмерного моста, который был распечатан в 2017 году в Амстердаме.

3D-печать металлического моста, Амстердам

Другой называется EBM (Electron Beam Manufacturing – производство электронным лучом), это технология формирования слоев из металлического сырья под воздействием мощного электронного луча, с ее помощью создают крупные и очень крупные конструкции. Данную технологию используют в оборонных комплексах РФ, США и других ведущих военных держав.

По материалам сайта: www.habr.com