3D принтер металл: 3D-принтеры по металлу, технологии и стоимость

Содержание

3D-принтеры по металлу, технологии и стоимость

В этом подробном гиде мы рассмотрим основные принципы технологий  3D-печати металлами, расскажем о разнице между ними и приведем примеры применения. Прочитав эту статью, вы узнаете об их преимуществах и ограничениях. Читайте статью и смотрите видео о 3D-печати металлами.

   

Содержание

  

  

SLM & DMLS: в чем разница

Выборочное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS) являются двумя процессами аддитивного производства, которые относятся к семейству трехмерной печати порошковым слоем. Эти две технологии имеют много общих черт: обе используют лазер для спекания или выборочного плавления частиц металлического порошка, связывая их вместе и создавая слои изделия, один за другим. 

Различия между SLM и DMLS сводятся к основам процесса склеивания частиц (а также к патентам): в SLM лазер расплавляет металлический порошок, а в DMLS частицы порошка нагреваются меньше и спекаются между собой, не переходя в жидкую фазу.

Основное отличие DMLS от традиционных технологий производства металлических деталей в том, что DMLS-принтер создает объекты без остаточных внутренних напряжений, которые могут снижать качество металлических компонентов изготовленных литьем и штамповкой. Это важно для деталей производимых для автомобильной и аэрокосмической отрасли, так как они должны выдерживать высокие нагрузки.

В SLM лазер расплавляет каждый слой металлического порошка, и перепады температур могут приводить к возникновению внутренних напряжений в детали, что потенциально может сказаться на ее качестве, хоть и в меньшей степени чем, например, при литье. В этом вопросе преимущество SLM перед традиционными технологиями меньше, чем преимущество DMLS. С другой стороны, спеченные по технологии DMLS детали уступают в монолитности и запасе прочности деталям напечатанным по методу SLM.

Технологии похожи до степени смешения, как по принципу действия, так и по используемым техническим решениям, потому некоторые 3D-принтеры способны печатать по обеим методикам.  

Обе технологии, SLM и DMLS, используются в промышленности для создания деталей для различных областей машиностроения. В этой статье мы используем термин «3D-печать металлами» для обозначения обоих процессов в целом, и описываем их основные механизмы, что поможет инженерам и дизайнерам в понимании преимуществ и ограничений технологии.

Расскажем и о других технологиях 3D-печати металлами, менее распространенных, таких как электронно-лучевое плавление (EBM) и ультразвуковое аддитивное производство (UAM). 

Процесс печати SLM / DMLS:

Более подробно о методе SLM Вы можете прочитать в нашей статье.

  

Процессы изготовления деталей по технологиям SLM и DMLS очень схожи.

Основные этапы:

  • Камеру построения сначала заполняют инертным газом (например, аргоном) для минимизации окисления металлического порошка, а затем нагревают до оптимальной температуры производства.

  • Тонкий слой металлического порошка распределяется по платформе построения, а высокомощный лазер сканирует поперечное сечение компонента, плавя или спекая вместе металлические частицы и создавая следующий слой. Вся область модели подвергается обработке, поэтому деталь сразу твердая.

  • После завершения формирования слоя, платформа построения опускается на толщину слоя и рекоутер наносит следующий слой порошка. Процесс повторяется до завершения всей детали.

Когда процесс печати завершается, детали полностью находятся в металлическом порошке. В отличие от процесса спекания полимерного порошкового слоя (такого как SLS), детали прикрепляются к платформе построения с помощью области поддержки. Области поддержки строятся с использованием того же материала, что и деталь, их необходимо использовать для избегания деформации и искажений, которые могут возникнуть из-за высоких температур обработки.

Когда камера построения остывает до комнатной температуры, неизрасходованный порошок вручную удаляется, а детали обычно подвергаются дополнительной термической обработке для снятия остаточных напряжений, затем удаляют поддержки. Детали отделяются от платформы построения и готовы к использованию или последующей обработке. 

Схема принтера SLM / DMLS:

  

Характеристики SLM & DMLS

Параметры принтера

В SLM и DMLS почти все параметры процесса устанавливаются производителем принтера. Высота слоя, используемого в 3D-печати металлами, колеблется обычно от 20 до 50 микрон и зависит от свойств материала.

Стандартная область 3D-печати металлами варьируется около 250 x 150 x 150 мм, доступны принтеры и с большей областью печати, около 500 x 280 x 360 мм. Точность размеров, которую может достичь 3D-принтер для печати металлами, составляет приблизительно ± 0,1 мм.

Металлический порошок в SLM и DMLS используются повторно: обычно менее 5% уходит в отходы. После каждой печати неиспользованный порошок собирают, просеивают и затем смешивают с новым материалом, до состава необходимого для следующей печати.
В отходы идут, в основном, поддержки.

Небольшое серийное производство рамы велосипеда с использованием SLM. Предоставлено: Renishaw и Empire Cycles.

  

Адгезия между слоями

Металлические детали, изготовленные методами SLM и DMLS, имеют почти изотропные механические и термические свойства. Они твердые, с очень небольшой внутренней пористостью (менее 0,2-0,5%).

Металлические 3D-печатные детали имеют более высокую прочность и твердость и часто более гибкие, чем детали, изготовленные традиционным способом. Однако они более склонны к усталости.

Например, посмотрите в таблице ниже на механические свойства 3D-печатного сплава AlSi10Mg EOS и литого сплава A360. Эти два материала имеют очень похожий химический состав, с высоким содержанием кремния и магния. 3D-печатные детали имеют превосходные механические свойства и более высокую твердость по сравнению с литым материалом.

Из-за гранулированной формы порошка, шероховатость поверхности (Ra) металлической 3D-печатной детали составляет примерно 6-10 мкм. Эта относительно высокая шероховатость поверхности может частично объяснить более низкую усталостную прочность сплава.

Сравнение механических свойств отдельных разновидностей 3D-печатных и литых деталей:








Основные характеристики

AlSi10Mg (3D-печатный сплав)

A360 (Литой сплав)

Предел текучести (деформация на 0,2%)

XY: 230 MPa Z : 230 MPa

165 MPa

Прочность на растяжение

XY: 345 MPa Z : 350 MPa

317 MPa

Модуль

XY: 70 GPa Z : 60 GPa

71 GPa

Удлинение при разрыве

XY: 12% Z : 11%

3.5%

Твердость

119 HBW

75 HBW

Усталостная прочность

97 MPa

124 MPa

  

Область поддержки и ориентация деталей

Области поддержки при 3D-печати металлами требуются всегда, из-за очень высокой температуры обработки, и они обычно строятся с использованием решетчатой ​​структуры. 

Область поддержки в 3D-печати металлами выполняет три функции:

  • Обеспечивает подходящую платформу для следующего слоя;

  • Прикрепляет деталь к платформе построения и предотвращает ее деформацию;

  • Отводит тепло от детали и позволяет ей остывать с контролируемой скоростью.

Детали часто ориентированы под углом, чтобы минимизировать вероятность деформации и максимизировать прочность в критических направлениях. Однако это увеличивает объем необходимой области поддержки, время печати, количество материала и общую стоимость.

Деформация также может быть сведена к минимуму с использованием бессистемных/случайных шаблонов сканирования, т.е. последовательности прохода лазером участков слоя. Эта стратегия сканирования предотвращает накопление остаточных напряжений в каком-либо конкретном направлении.

Поскольку стоимость 3D-печати металлами очень высока, часто используются симуляции, для прогнозирования поведения детали во время печати. Алгоритмы непрерывной оптимизации также используются не только для максимизации механических характеристик и создания легких деталей, но и для минимизации необходимой области поддержки и вероятности деформации.

Кронштейн перед снятием с области поддержки, ориентированной под углом 45 °. Предоставлено: Concept Laser.

   

Полые секции и облегченные конструкции

В отличие от процессов спекания полимерных порошковых слоев, таких как в SLS, большие полые секции обычно не используются в 3D-печати металлами, так как области поддержки нельзя легко удалить. 

В качестве альтернативы полым сечениям, детали могут быть спроектированы с оболочкой и ядром. Оболочка и ядро обрабатываются с использованием различной мощности лазера и скорости сканирования, что приводит к различным свойствам областей детали. Использование оболочки и ядра очень полезно при изготовлении деталей с большим сплошным сечением, поскольку оно значительно сокращает время печати и вероятность деформации, а также гарантирует производство деталей с высокой стабильностью и отличным качеством поверхности.

Использование решетчатой ​​структуры также является общей стратегией в 3D-печати металлами, для уменьшения массы детали. Алгоритмы оптимизации топологии также могут помочь в разработке органически легкой формы. 

Удаление порошка вокруг деталей, изготовленных методом 3D-печати SLM:

  

Расходные материалы для SLM и DMLS

SLM и DMLS могут производить детали из большого количества металлов и металлических сплавов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальтовый хром и инконель. Эти материалы охватывают потребности большинства промышленных применений, от аэрокосмической до медицинской. Драгоценные металлы, такие как золото, платина, палладий и серебро также могут быть использованы, но их применение ограничено, в основном, изготовлением ювелирных изделий.

Стоимость металлического порошка очень высока. Например, килограмм порошка из нержавеющей стали 316L стоит примерно 350 — 450 долларов. По этой причине минимизация объема детали и области поддержки являются ключом к тому, чтобы максимально снизить затраты. 

Основным преимуществом 3D-печати металлами является ее способность печатать высокопрочными материалами, такими как никелевые или кобальт-хромовые суперсплавы, которые очень трудно обрабатывать традиционными методами производства. Значительную экономию средств и времени можно получить, используя 3D-печать металлами для создания деталей с почти чистой поверхностью, которая впоследствии может быть финально обработана традиционными способами.

Особенности разных материалов для 3D-печати металлом:








Материалы

Алюминиевые сплавы

● Хорошие механические и термические свойства


● Низкая плотность


● Хорошая электропроводность


● Низкая твердость

Нержавеющая сталь и инструментальная сталь

● Высокая износостойкость


● Большая твердость


● Хорошая пластичность и свариваемость

Титановые сплавы

● Коррозионная стойкость


● Отличное соотношение прочности и веса


● Низкое тепловое расширение


● Биосовместимость

Суперсплавы из кобальта-хрома

● Отличная стойкость к износу и коррозии


● Отличные свойства при повышенных температурах


● Очень высокая твердость


● Биосовместимость

Никелевые суперсплавы (Инконель)

● Отличные механические свойства


● Высокая коррозионная стойкость


● Термостойкость до 1200°C


● Используются в экстремальных условиях

Драгоценные металлы

● Используются в ювелирной промышленности


● Не имеют широкого распространения

   

Другие технологии

Осаждение материала путем направленного энергетического воздействия (Directed Energy Deposition)

Можно подумать, что среди технологий печатью металлом отсутствует похожая на обычную FDM, однако, это не совсем так. Вы не сможете плавить металлическую нить в своем настольном 3D-принтере, а вот крупные производители владеют такой технологией и пользуются ею. Есть два основных способа печатать цельнометаллическим материалом.

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

Обычно это делается внутри закрытой камеры, однако, на примере компании MX3D, мы видим возможность реализации подобной технологии в сооружении настоящего полноразмерного моста, который был изготовлен в октябре 2018 года в Амстердаме.

Изображение моста из металла, напечатанного MX3D в Амстредаме.

Еще одна технология наплавления называется Electron Beam Additive Manufacturing (EBАM), это процесс формирования слоев очень мощным электронным лучом, с его помощью расплавляют титановую проволоку толщиной 3 мм и создают крупные конструкции.

   

Послойное нанесение связующего материала (Binder Jetting) 

Изображение работы принтера ExOne:

Технология 3DP от ExOne — еще один профессиональный метод с послойным соединением. Слои образуются путем склеивания металлических частиц и их последующего спекания (или плавления) в высокотемпературной печи, как и при производстве керамических изделий. 

Еще один метод, похожий на технологию производства керамики, замешивание металлического порошка в металлическую пасту. 3D-принтер выдавливает ее с помощью пневматической экструзии, подобно тому, как строительный 3D-принтер делает это с бетоном, чтобы сформировать 3D-объекты. После того, как нужная форма напечатана, объекты также спекают в печи.

   

Постобработка

Различные методы последующей обработки используются для улучшения механических свойств, точности и внешнего вида 3D-печатных деталей. 

Обязательные этапы последующей обработки включают удаление остатков порошка и области поддержки, в то время как термообработка (термический отжиг) обычно используется для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств детали.

Обработка на станках с ЧПУ может быть использована для получения сложных геометрических форм (например, отверстий или резьбы). Обработка давлением, металлизация, полировка и микро-обработка могут улучшить качество поверхности и усталостную прочность металлической 3D-печатной детали. 

Спутниковая антенна, изготовленная с помощью технологии DMLS. Предоставлено: Concept Laser and Optisys LLC.

   

Shining 3D

EP-M100T

EP-M100T — компактный SLM 3D-принтер c областью печати 120х120х80 мм. В силу своих небольших размеров и продуманного удобства использования, лучше всего подойдет для работы в стоматологии и других областях медицины, а также для ювелирного дела.

Органы управления с сенсорным экраном расположены на передней панели, но возможно и удаленное управление.

Видео:

Характеристики Shining 3D EP-M100T:  












Технология печати:

SLM

Электропитание:

380 В, 2000 Вт

Размеры, мм:

940х1300х1980

Рабочая температура, ℃:

15-30

Мощность лазера, Вт:

100-200

Рабочая камера, мм:

120х120х80

ПО:

Eplus 3D

Системные требования:

Windows 7

Материалы:

стали и сплавы, в т.ч. титановые и вольфрамовые, кобальт-хром и Inconel

Толщина слоя, мкм, от:

15

Цена:

по запросу, поставляется под заказ

  

3DLAM

Mid2019

Mid2019 — многоцелевой 3D-принтер по выгодной цене. Принтер предназначен для печати любыми металлическими материалами. На принтере можно напечатать детали высотой до 220 мм. Напечатанные изделия обладают высоким качеством поверхности благодаря тому, что принтер способен печатать с толщиной слоя от 0.1 мм. 

Mid2019 работает “из коробки” — в нем уже имеются предустановки для работы с разными материалами, поэтому для начала работы не нужна специальная подготовка. В принтере также предусмотрена возможность удаленного мониторинга и диагностики.

Высокое качество печати деталей с ровными однородными слоями и минимальной пористостью достигается за счет применения высокоточных шарико-винтовых передач.

Характеристики 3DLAM Mid2019:



Технология печати:


Электропитание:


Размеры, мм:

SLM


220В / 15A (возможен вариант с 110В) 


1470 х 760 х 1890        

Мощность лазера, Вт:


Рабочая камера, мм:


ПО:


Толщина слоя, мкм, от:


Цена:

300-500


ø150; высота: 220 мм 


Netfabb Premium или Netfabb Ultimate


100


по запросу

   

Mini2019

Mini2019 — 3D-принтер, который обеспечивает экономичную печать металлами за счет мгновенного начала печати, минимального расхода порошка и системы рециркуляции инертного газа, которая позволяет снизить его потребление до 3 литров в минуту.

Принтер относительно небольшого размера 840х865х1850 мм работает прямо “из коробки” и не требует специфических настроек и углубленного знания оборудования.

Наличие абсолютных энкодеров позволяет приостанавливать печать и возобновлять ее через несколько часов или даже дней. Удаленный мониторинг позволяет следить за печатью из любой точки мира, где есть доступ к Интернету.

Принтер печатает детали высокого качества с ровными однородными слоями и практически без пористости.

Характеристики 3DLAM Mini2019:


Технология печати:


Электропитание:


Размеры, мм:


Мощность лазера, Вт:


Рабочая камера, мм:


ПО:


Толщина слоя, мкм, от:


Цена:

SLM


220В / 12A (возможен вариант с 110В) 


840 х 865 х 1850      


300


Цилиндр: ø90; высота: 100 мм 


Netfabb Premium или Netfabb Ultimate


100


по запросу

    

Farsoon

FS421

3D-принтер Farsoon FS421M — флагманская модель в своем классе. Имеет большую рабочую камеру — 420 x 420 x 420 мм и оснащен мощным лазером в 500 Вт. Система фильтрации защитного газа позволяет печатать детали с высокой плотностью, ровные и гладкие, с минимальной шероховатостью. 

Программное обеспечение MakeStar имеет открытый код. Принтер Farsoon FS421M работает с материалами разных производителей: алюминием, кобальт-хромом, инструментальной и нержавеющей сталью, титаном и другими.

Характеристики Farsoon FS421M:




Размеры, мм


Масса, кг


Программное обеспечение

2700 x 1290 x 2290


3450


Farsoon MakeStar 

Рабочая камера


Технология печати


Толщина слоя от

420 x 420 x 420 мм    


SLM


20 мкм

Поддерживаемые материалы


Стоимость

AlSi10Mg, Ti6Al4V, нержавеющая и инструментальная сталь, кобальт-хром, Ti-6Al-4V


по запросу, поставляется под заказ

   

FS121M

Еще один 3D-принтер для печати металлами от Farsoon, модель FS121M, имеет вместительную рабочую зону и оснащен волоконным лазером мощностью 200 Вт.

Система фильтрации защитного газа позволяет добиваться гладких деталей с наименьшей шероховатостью и высокой плотностью. 

Farsoon предоставляет свободу использования своей продукции, как в плане совместимости с различным ПО, так и в плане выбора материалов для печати.

Характеристики Farsoon FS121M:



Размеры, мм


Масса, кг


Программное обеспечение

1000 x 780 x 1700


700


Farsoon MakeStar 

Рабочая камера


Технология печати


Толщина слоя от


Поддерживаемые материалы


Стоимость

120 x 120 x 100 мм


SLM


20 мкм


AlSi10Mg, Ti6Al4V, нержавеющая и инструментальная сталь, кобальт-хром, Ti-6Al-4V


по запросу, поставляется под заказ

   

FS271M

Как и у предыдущих моделей, у 3D-принтера Farsoon FS271M большая рабочая зона для печати крупногабаритных деталей.

Благодаря волоконному лазеру мощностью 500 Вт и высокоточным алгоритмам сканирования, принтер отвечает самым высоким требованиям клиентов к производительности и качеству получаемых изделий. Farsoon FS271M подходит для изготовления деталей для аэрокосмической, автомобильной промышленности и медицинской сферы. 

Компания Farsoon использует высококачественные комплектующие, новейшие системы безопасности подачи инертного газа, защитные фильтры, что обеспечивает бесперебойную и долгосрочную эксплуатацию.

Характеристики Farsoon FS271M:





Размеры, мм


Масса, кг


Программное обеспечение

1750 х 1430 х 1860 


2033


Farsoon MakeStar 

Рабочая камера


Технология печати


Толщина слоя от

275 х 275 х 340 мм


SLM


20 мкм

Поддерживаемые материалы

FS 316L, FS 17-4PH, FS 15-5PH, FS 420, FS 18Ni300, FS AlSi10Mg, FS TA15, FS CoCrMoW, FS CoCrMo, FS Ti6Al4V, FS IN625, FS IN718, FS Gh4536, FS CuSn10 и аналоги других производителей

Стоимость

по запросу, поставляется под заказ

   

FS301M

Высокопроизводительная модель FS301M оснащена двумя лазерами. Оба лазера могут охватывать всю зону сканирования или быть настроены точечно для построения нескольких моделей одновременно. Герметичность конструкции обеспечивает точный контроль за содержанием кислорода во время печати. Благодаря этому достигается однородность порошка, которая влияет на качество напечатанных деталей. 

​Принтер оснащен встроенной станцией загрузки порошка. Контейнер с материалом используется во время загрузки, разгрузки и просеивания, для удобства переработки порошка и транспортировки между станциями. Автоматическое выравнивание платформы и усовершенствованные системы контроля обеспечивают надежную работу устройства и высококачественные печатные изделия.

Характеристики Farsoon FS301M:


Размеры, мм


Масса, кг


Программное обеспечение


Рабочая камера


Технология печати


Толщина слоя от


Поддерживаемые материалы


Стоимость

2350 х 1550 х 2200 


2800


Farsoon MakeStar,BuildStar 


305 х 305 х 400 мм


SLM


10-20 мкм


AlSi10Mg, Ti6Al4V, 316L 


по запросу, поставляется под заказ

   

3D Systems

3D Systems ProX DMP 300

ProX DMP 300 от 3D Systems — еще одна популярная 3D-система печати металлами. Он имеет большую область печати 250 x 250 x 330 мм и предназначен для увеличения скорости производства и сокращения отходов материала. Ключевым удобством с этим 3D-принтером является автоматизированная система загрузки и переработки материалов.

Видео:

Принтер поставляется с запатентованным 3DSystems программным обеспечением 3DXpert.

Благодаря проприетарной системе наплавления, ProXDMP 300 может печатать материал под углом до 20° без поддержки. Меньшее количество поддержек и улучшенное качество отпечатанной поверхности ведут к уменьшению затрат на пост-обработку и материалы, следовательно, экономится время и финансы.

Характеристики ProX DMP 300:














Технология печати

DMLS

Страна производитель

США

Диапазон толщины слоя, мкм

10-50

Разрешение, мкм

x=100, y=100, z=20

Рабочая камера, мм

250 x 250 x 300

Мощность лазера, Вт

500

Длина волны лазера, nm

1070

Тип лазера

Волоконный

Поддерживаемые материалы

стали и сплавы, керамические материалы

Поддерживаемые форматы файлов

STL, IGES, STEP

Размеры, мм    

2400x2200x2400

Вес, кг    

5000

Цена

по запросу, предзаказ

  

ИЛИСТ 

Установка прямого лазерного выращивания ИЛИСТ-L

Установка прямого лазерного выращивания ИЛИСТ-L была разработана в Институте лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ).

ИЛИСТ-L — это высокопроизводительный промышленный комплекс, которой представляет собой печатающий металлом принтер с функцией лазерной сварки. Комплекс работает как в ручном, так и в автоматическом режиме. 

Данный комплекс можно использовать в связке с промышленным роботом. Рабочая камера большого объема позволяет работать с крупногабаритными изделиями.

В комплексе имеется дверь с просветом, большое смотровое окно и камера для видеонаблюдения за рабочей зоной.

ПО собственной разработки обеспечивает высокую эффективность оборудования и контроль технологического процесса на всех стадиях производства.

Характеристики Установки прямого лазерного выращивания ИЛИСТ-L:


Технология печати 


Страна производитель 


Точность печати 


Мощность лазера 


Потребляемая мощность 


Рабочая камера 


Максимальная грузоподъемность, кг 


Цена:

LMD


Россия


100 мкм


3 кВт; макс 6 кВт 


28 кВт


2800 х 2200 х 2380 мм 


500


по запросу

   

На сей день не существует печатающего металлом 3D-принтера, который можно было бы поставить в городской квартире — все они имеют свои требования к эксплуатации, которые этому препятствуют.

Но можно назвать несколько аппаратов, которые вполне подойдут для небольшой мастерской в гараже или подвале частного дома.

  

DESKTOP METAL Studio System

Видео:

Технология печати Desktop Metal Studio называется Bound Metal Deposition™ — “размещение связанного металла”. По сути технология очень похожа на FDM, главное отличие в материале — в его составе частицы металла, связанные восковыми и синтетическими составляющими.

Поддержки легко удаляются вручную. После печати готовые детали помещаются в дебайндер — камеру промывки, где из них вымываются связующие вещества, а затем запекаются в печи при температуре до до 1400°C.

Дебайндер и печь также поставляются производителем принтера.

Материалы печати, поставляемые производителем в картриджах: несколько марок нержавеющей стали, медь, Inconel.

Характеристики DESKTOP METAL Studio System:















Технология печати:

BMD

Размеры, мм:

830 x 530 x 950

Вес, кг:

97

Программное обеспечение:

DM Cloud

Максимальный вес готового изделия, кг:

10

Максимальный размер заготовки, мм:

255 x 17 x 17

Подогреваемая платформа:

да

Рабочая камера, мм:

305 x 205 x 205

Температура печатного стола:

70°C

Толщина слоя, от, мкм:

50

Диаметр сопла, мм:

0,4

Количество печатающих головок:

2

Скорость печати:

16 см3/ч

Цена:

поставляется по предзаказу

Но если 3D-принтер для печати металлом нужен вам для работы, а не для испытания себя в качестве инженера-изобретателя, лучше приобрести зарекомендовавшее себя устройство из перечисленных выше.

  

Вот основные преимущества и недостатки процессов 3D-печати металлами:

  

Плюсы

  • 3D-печать металлами используются для производства деталей со сложной геометрией, которые традиционные производственные методы не могут произвести.  

  • 3D-печатные детали непрерывно оптимизируются для улучшения производительности печати, сводя к минимуму их массу и общее количество компонентов в сборке.  

  • 3D-печатные детали обладают отличными физическими свойствами, а доступный диапазон материалов включает в себя сложные для обработки традиционными методами материалы, такие как металлические суперсплавы.

  

Минусы

  • Материальные и производственные затраты, связанные с 3D-печатью металлами, высоки, поэтому эти технологии не подходят для деталей, которые могут быть легко изготовлены с помощью традиционных методов.  

  • Область построения систем 3D-печати металлами ограничена, так как требуются определенные условия производства и контроль процесса.  

  • Уже существующие конструкции деталей могут не подходить для 3D-печати металлами и могут потребовать изменений.

Основные характеристики систем SLM и DMLS приведены в таблице ниже:







3D-печать металлами (SLM / DMLS)

Материалы

Металлы и металлические сплавы (алюминий, сталь, титан и т. д.)

Точность размеров

± 0,1 мм

Стандартный размер печати

250 x 150 x 150 мм


(до 500 x 280 x 360 мм)

Толщина слоя

20 – 50 мкм

Область поддержки

Всегда требуется

   

Выводы

3D-печать металлом может применяться в производстве деталей различных устройств любого назначения — создание деталей с ее помощью происходит быстрее и стоит зачастую дешевле.

Не применима она лишь там, где детали простых форм, не требующие всех возможностей 3D-печати, производятся по традиционным технологиям в массовом порядке, что экономически более целесообразно.

Средняя стоимость 3D-принтера по металлу и самого техпроцесса на единицу детали пока выше, чем у большинства традиционных станков обрабатывающих детали сопоставимых размеров.

Везде же, где требуется изготовление уникальных или малосерийных деталей, 3D-печать металлами и сплавами уже на голову обошла традиционных соперников в скорости и себестоимости производства, а в некоторых случаях и в качестве.

Свяжитесь со специалистами Top 3D Shop, чтобы подобрать и купить 3D-принтер для печати металлом для своего производства, с учетом всех требований и специфики производимых деталей.

Узнайте больше о возможностях усовершенствовать ваше производство интеграцией нового оборудования:

Как работают 3D принтеры по металлу. Обзор SLM и DMLS технологий. Аддитивное производство. 3D печать металлом.

3D печать металлами. Аддитивные технологии. 

SLM или DMLS: в чем разница?


Всем привет, Друзья! С Вами 3DTool!


Каталог 3D принтеров по металлу BLT 


Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металла (DMLS) — это два процесса аддитивного производства, которые принадлежат к семейству 3D-печати, с использованием метода порошкового наслоения. Две этих технологии имеют много общего: обе используют лазер для выборочного плавления (или расплавления) частиц металлического порошка, связывая их вместе и создавая модель слой за слоем. Кроме того, материалы, используемые в обоих процессах, являются металлами в гранулированной форме. 

Различия между SLM и DMLS сводятся к основам процесса связывания частиц: SLM использует металлические порошки с одной температурой плавления и полностью плавит частицы, тогда как в DMLS порошок состоит из материалов с переменными точками плавления.  


В частности: 
SLM производит детали из одного металла, в то время как DMLS производит детали из металлических сплавов. 
И SLM, и DMLS технологии используются в промышленности для создания конечных инженерных продуктов. В этой статье мы будем использовать термин «металлическая 3D печать» для обобщения 2-х технологий. Так же опишем основные механизмы процесса изготовления, которые необходимы инженерам для понимания преимуществ и недостатков этих технологий. 
Существуют и другие технологические процессы для производства плотных металлических деталей, такие как электронно-лучевое плавление (EBM) и ультразвуковое аддитивное производство (UAM). Их доступность и распространение довольно ограничены, поэтому они не будут представлены в данной статье. 

Как происходит 3D печать металлом SLM  или DMLS.

Как работает 3D печать металлом? Основной процесс изготовления для SLM и DMLS очень похожи.  

1. Камера, в которой происходит печать, сначала заполняется инертным газом (например, аргоном), чтобы минимизировать окисление металлического порошка. Затем она нагревается до оптимальной рабочей температуры. 

2. Слой порошка распределяется по платформе,  мощный лазер делает проходы по заданной траектории в программе, сплавляя металлические частицы вместе и создавая следующий слой.  

3. Когда процесс спекания завершен, платформа перемещается вниз на 1 слой. Далее наносится еще один тонкий слой металлического порошка. Процесс повторяется до тех пор, пока печать всей модели не будет завершена. 


Когда процесс печати завершен, металлический порошок уже имеет прочные связи в структуре. В отличие от процесса SLS, детали прикрепляются к платформе через опорные конструкции. Опора в 3D-печати металлом, создаётся из того же материала, что базовая деталь. Это условие необходимо для уменьшения деформаций, которые могут возникнуть из-за высоких температур обработки. 

Когда камера 3D принтера охлаждается до комнатной температуры, излишки порошка удаляются вручную, например щеткой. Затем детали как правило подвергаются термообработке, пока они еще прикреплены к платформе. Делается это для снятия любых остаточных напряжений. Далее с ними можно проводить дальнейшую обработку. Снятие детали с платформы происходит по средством спиливания. 

Схема работы 3D принтера по металлу.

В SLM и DMLS почти все параметры процесса устанавливаются производителем. Высота слоя, используемого в 3D-печати металлами, варьируется от 20 до 50 микрон и зависит от свойств металлического порошка (текучести, гранулометрического состава, формы и т. д.). 
Базовый размер области печати на металлических 3D принтерах составляет 200 x 150 x 150 мм, но бывают и более большие размеры рабочего поля. Точность печати составляет от 50 — 100 микрон. По состоянию на 2020 год, стоимость 3D принтеров по металлу начинается от  150 000 долларов США.  Например наша компания предлагает 3D принтеры по металлу от BLT. 
3D принтеры по металлу, могут использоваться для мелкосерийного производства, но возможности таких систем в 3D-печати, больше напоминают возможности серийного производства на машинах FDM или SLA. 
Металлический порошок в SLM и DMLS пригоден для вторичной переработки: обычно расходуется менее 5%. После каждого отпечатка неиспользованный порошок собирают и просеивают, а затем доливают свежим материалом до уровня, необходимого для следующего изготовления. 
Отходы в металлической печати, представляют из себя поддержки (опорные конструкции, без которых не удастся добиться успешного результата). При слишком большом обилии поддержек на изготавливаемых деталях, соответственно будет расти и стоимость всего производства. 
  

Адгезия между слоями.



3D печать металлом на 3D принтерах BLT

Металлические детали SLM и DMLS обладают практически изотропными механическими и термическими свойствами. Они твердые и имеют очень небольшую внутреннюю пористость (менее 0,2 % в состоянии после 3D печати и практически отсутствуют после обработки). 
Металлические печатные детали имеют более высокую прочность и твердость и часто являются более гибкими, чем детали, изготовленные традиционным способом. Тем не менее, такой металл быстрее становится «уставшим». 

Структура поддержки 3D модели и ориентация детали на рабочей платформе.

Опорные конструкции всегда требуются при печати металлом, из-за очень высокой температуры обработки. Они обычно строятся с использованием решетчатого узора. 

Поддержки в металлической 3D печати выполняют 3 функции: 

• Они делают основание для создания первого слоя детали. 

• Они закрепляют деталь на платформе и предотвращают её деформацию. 

• Они действуют как теплоотвод, отводя тепло от модели. 

Детали часто ориентированы под углом. Однако это увеличит и объем необходимых поддержек, время печати, и в конечном итоге общие затраты. 

Деформация также может быть сведена к минимуму с помощью  шаблонов лазерного спекания. Эта стратегия предотвращает накопление остаточных напряжений в любом конкретном направлении и добавляет характерную текстуру поверхности детали. 


Поскольку стоимость металлической печати очень большая, для прогнозирования поведения детали во время обработки часто используются программные симуляторы. Это алгоритмы оптимизации топологии в прочем используются не только для увеличения механических характеристик и создания облегченных частей, но и для того, чтобы свести к минимуму потребности в поддержках и вероятности искривления детали. 

 

Полые секции и легкие конструкции.



Пример печати на 3D принтере BLT

В отличие от процессов плавления с полимерным порошком, таких как SLS, большие полые секции обычно не используются в металлической печати, так как поддержки будет очень сложно удалить, если вообще возможно. 
Для внутренних каналов больше, чем Ø 8 мм, рекомендуется использовать алмазные или каплевидные поперечные сечения вместо круглых, так как они не требуют построения поддержек. Более подробные рекомендации по проектированию SLM и DMLS можно найти в других статьях посвященных данной тематике. 

В качестве альтернативы полым секциям, детали могут быть выполнены с оболочкой и сердечниками, которые в свою очередь обрабатываются с использованием различной мощности лазера и скорости его проходов, что приводит к различным свойствам материала. Использование оболочки и сердечников очень полезно при изготовлении деталей с большим сплошным сечением, поскольку это значительно сокращает время печати и уменьшает вероятность деформации.  

Использование решетчатой структуры является распространенной стратегией в 3D-печати металлом, для уменьшения веса детали. Алгоритмы оптимизации топологии также могут помочь в разработке органичных легких форм. 

Расходные материалы для 3D печати металлом.

Технологии SLM и DMLS могут производить детали из широкого спектра металлов и металлических сплавов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальт, хром и инконель. Эти материалы обеспечивают потребности большинства промышленных применений, от аэрокосмической отрасли до медицинской. Драгоценные металлы, такие как золото, платина, палладий и серебро, также могут быть обработаны, но их применение носит незначительный характер и в основном ограничивается изготовлением ювелирных изделий. 

Стоимость металлического порошка очень высока. Например, килограмм порошка из нержавеющей стали 316 стоит примерно 350-450 долларов. По этой причине минимизация объема детали и необходимость поддержек является ключом к поддержанию оптимальной стоимости производства. 

Основным преимуществом металлической 3D-печати является ее совместимость с высокопрочными материалами, такими как никелевые или кобальт-хромовые супер сплавы, которые очень трудно обрабатывать традиционными методами. За счет использования металлической 3D-печати для создания детали практически чистой формы — можно достичь значительной экономии средств и времени. В последствии такая деталь может быть подвергнута обработке до очень высокого качества поверхности.  

Постобработка металла.

Различные методы пост. обработки используются для улучшения механических свойств, точности и внешнего вида металлических печатных изделий. 
Обязательные этапы последующей обработки включают удаление рассыпного порошка и опорных конструкций, в то время как термическая обработка (термический отжиг) обычно используется для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств детали. 

Обработка на станках ЧПУ может быть использована для критически важных элементов (таких как отверстия или резьбы). Пескоструйная обработка, металлизация, полировка и микрообработка могут улучшить качество поверхности и усталостную прочность металлической печатной детали. 

Преимущества и недостатки металлической 3D печати.

Плюсы: 

1. 3D печать с использованием металла, может быть использована для изготовления сложных деталей на заказ, с геометрией, которую традиционные методы производства не смогут обеспечить. 
2.  Металлические 3D печатные детали могут быть оптимизированы, чтобы увеличить их производительность при минимальном весе. 
3. Металлические 3D-печатные детали имеют отличные физические свойства, 3D принтеры по металлу могут печатать большим перечнем металлов и сплавов. Включают в себя трудно обрабатываемые материалы и металлические суперсплавы. 

Минусы: 


1. Затраты на изготовление, связанные с металлической 3D-печатью, высоки. Стоимость расходного материала от 500$ за 1 кг.  

2. Размер рабочей области в 3D принтерах по металлу ограничен. 

Выводы.

•  3D печать металлом наиболее подходит для сложных, штучных деталей, которые сложно или очень дорого изготовить традиционными методами, например на станке ЧПУ. 
•  Уменьшение потребностей в построении поддержек, значительно снизит стоимость печати при помощи металла. 
•  Металлические 3D-печатные детали имеют отличные механические свойства и могут быть изготовлены из широкого спектра инженерных материалов, включая суперсплавы. 


А на этом у нас Все! Надеемся, статья была для Вас полезна.


Каталог 3D принтеров по металлу BLT


Приобрести 3d-принтеры по металлу, а так же любые другие 3d-принтеры и ЧПУ станки, вы можете у нас, связавшись с нами:


• По электронной почте: [email protected]


• По телефону: 8(800)775-86-69


• Или на нашем сайте: http://3dtool.ru


Так же, не забывайте подписываться на наш YouTube канал:



Подписывайтесь на наши группы в соц.сетях:


INSTAGRAM


ВКонтакте


Facebook

Точная 3D печать металлом на заказ в Sprint 3D

3D печать металлом – аддитивное производство металлических изделий, которое по праву является одним из наиболее перспективных и стремительно развивающихся направлений в трехмерной печати как таковой. Сама технология берет свое начало еще с обычного спекания материалов, применяемого в порошковой металлургии. Но сейчас она стала более совершенной, точной и быстрой. И сегодня компания SPRINT3D предлагает вам печать металлом на 3D принтере на действительно выгодных условиях. Но для начала – немного информации о самом производственном процессе и его возможностях.

 

Технология селективного лазерного сплавления

SLM или технология селективного сплавления – это тип прямой печати металлом, при котором достигается плотность 99,5%. Разница особенно ощутима, если сравнивать с моделями, полученными обычным литьем. Достигается такой показатель благодаря внедрению новейших технологий именно в аппаратной части:

 

  • Применение специальных роликов для утрамбовки порошков и, как следствие, возможность использования порошков с размером частиц от 5 мкм.
  • Повышение насыпной плотности, способствующее уплотнению конечных изделий.
  • Создание разреженной атмосферы инертных газов, при которой достигается максимальная чистота материала, отсутствует окисление и исключаются риски попадания сторонних химических соединений в состав.

 

Но самое главное – современный 3D принтер для печати металлом позволяет легко подобрать индивидуальную конфигурацию для печати конкретным металлическим порошком. Таким образом даже с недорогим материалом можно получить первоклассный результат. Но только при условии использовании качественного современного оборудования. И здесь мы тоже готовы вас удивить!

 


3D-печать металлом В SPRINT 3D


Установки для 3D печати металлом, которые мы используем

Качество производства – ключевое требование, которое мы ставим перед собой. Поэтому в работе используем только профессиональное оборудование, обладающие широкими возможностями для печати металлом. Рассмотрим подробнее каждую из производственных установок.

 

Производственная установка SLM 280HL

SLM 280HL – разработка германской компании SLM Solutions GmbH, использующая технологию послойного лазерного плавления порошковых металлических материалов. Установка оснащена большой рабочей камерой и позволяет создавать 3D объекты размерами 280х280х350 мм. Среди главных преимуществ печати данной установкой можно выделить:

 

  • Малую минимальную толщину наносимого слоя – 20 мкм.
  • Заполнение рабочей камеры инертным газом, что позволяет работать с различными реактивными металлами.
  • Скорость печати составляет до 35 см/час.
  • Толщина слоя построения – 30 и 50 мкм.
  • Мощность – 400 Вт.

 

Отдельно отметим запатентованную систему подачи порошкового материала, благодаря которой скорость печати значительно выше, чем на большинстве производственных установок в той же ценовой категории. В производстве мы используем следующие материалы:

 

  • Нержавеющая сталь (отечественная 07Х18Н12М2 (Полема), 12Х18Н10Т и импортная 316L).
  • Инструментальная сталь (импортная 1.2709).
  • Жаропрочные сплавы 08ХН53БМТЮ (аналог Inconel 718, про-во Полема) и ЭП 741 (производства ВИЛС).
  • Кобальт-Хром (COCR)

 

3D-принтер SLM 280HL может использоваться для создания разного рода металлических компонентов, прототипов и конечных изделий. При необходимости мы можем обеспечить мелкосерийное производство.

Производственная установка ProX 100

ProX 100 – компактная установка для 3D печати металлом, разработанная американской компанией 3D Systems. Она работает по технологии прямого лазерного спекания, благодаря чему обеспечивает высокую скорость и точность производства. Среди основных характеристик стоит выделить:

 

  • Размер рабочей камеры – 100х100х80 мм.
  • Толщина слоя построения – 20 и 30 мкм.
  • Мощность – 50 Вт.


ProX 100 позволяет создавать прототипы, которые невозможно разработать стандартными методами, обеспечивает короткие сроки изготовления, гарантирует отсутствие пористости материала и высокую плотность деталей. Кроме того, отметим стандартизированное качество всех изделий вне зависимости от их структуры. На данный момент модель активно используется в стоматологии при создании высокоточных протезов, но нашла широкое применение и в других отраслях:

 

  • Производство двигателей и отдельных их деталей.
  • Разработка медтехники.
  • Печать ювелирных изделий и даже предметов современного искусства.

 

В печати мы используем сплав кобальт-хром КХ28М6 (производство Полема), изначально разработанный для аддитивных технологий при создании эндопротезов.

 

3D печать металлом – применение в настоящее время

Многие специалисты утверждают, что 3D печать как таковая еще полностью не раскрыла свой потенциал. К примеру, Илон Маск планирует использовать технологию в колонизации Марса для строительства административных и жилых зданий, оборудования и техники прямо на месте.  И это вполне реально, ведь уже сейчас технология трехмерной печати металлом активно применяется в различных отраслях:

 

  • В медицине: изготовление медицинских имплантов, протезов, коронок, постов и т.д. Высокая точность производства и относительно доступная цена сделали 3D печать очень актуальной в данной отрасли.
  • В ювелирном деле: многие из ювелирных компаний используют технологию 3D печати для изготовления форм и восковок, а также непосредственно создания ювелирной продукции. К примеру, печать титаном позволяет создавать изделия, которые ранее представлялись невозможными.
  • В машинной и даже аэрокосмической отраслях: BMW, Audi, FCA и другие компании не первый год используют 3D печать металлом в прототипировании и всерьез рассматривают ее использование в серийном производстве. А итальянская компания Ge-AvioAero уже сейчас печатает компоненты для реактивных двигателей LEAP на 3D принтерах.


И это лишь малая часть того, что можно создавать на современном оборудовании. Практически все металлические изделия, которые вам необходимы, можно создать при помощи технологии 3D печати металлом. И если данная услуга актуальна для вас, обратитесь в SPRINT3D. Мы возьмемся за работу любой сложности и объемов. А главное – предоставим первоклассный результат!

 

Будущее уже здесь!

 

Вас может заинтересовать


 

3DPrintD МЛ6 — промышленный 3d принтер по металлу российского производства

3DPrintD МЛ6 — первый российский серийный 3D-принтер для послойной печати металлических изделий


Разрабатываются и изготавливаются в г. Зеленограде с 2016 года. При разработке был учтен мировой опыт эксплуатации установок данного типа и дополнительно разработан целый ряд новых запатентованных системных решений, компонент и узлов установки, а также собственное программное обеспечение.


Основные особенности

  • Рабочий объем камеры построения 100x100x200мм или 250×250×280 мм
  • Нагрев рабочей платформы до 250°С
  • Российское программное обеспечение
  • Возможность работы с порошками любых производителей

Назначение и возможности:

Изготовление деталей сложной формы методом послойного селективного лазерного сплавления металлических порошков в соответствии с компьютерной 3D-CAD моделью.

Используемые материалы: порошки нержавеющих сталей, никелевых сплавов, кобальт-хромовых сплавов, титана, алюминия.

Отличительной особенностью машин МЛ6-1 является открытое программное обеспечение, обеспечивающее возможность пользователю производить собственные настройки технологических режимов сплавления, и тем самым, возможность  работы с различными типами металлопорошков любых производителей.

Машины для 3D-печати поставляются комплектно и запускаются у потребителя под «ключ». Мы обеспечиваем гарантийное и постгарантийное обслуживание, поставку запасных частей и дополнительного оборудования.

Образцы, изготовленные на МЛ6-1

3D печать металлом в Москве и Санкт-Петербурге

3d-печать из металла – альтернатива традиционным методам производства

Причины перехода на объемную печать из металла

Во-первых, 3d-печать из металла позволяет изготавливать изделия, которые не изготовить стандартными способами производства. И хотя стоимость самих установок пока что очень высока, но при их использовании в промышленных масштабах, цена 3d-печати металлом получается весьма конкурентоспособной. NASA доказало это на своем примере, разработав с помощью аддитивных технологий ракетный двигатель с уменьшенным на 45% расходом материалов по сравнению с двигателями, изготовленными по традиционным методам производства.

Во-вторых, 3д-принтеры для печати металлом существенно сокращают время производства той или иной детали. Для работы достаточно иметь объемную модель объекта, которую отправляют на печать. А весной 2017 года были созданы установки, печатающие алюминием, сталью и титаном в 100 раз быстрее аналогов. Осталось только дождаться их массового производства.

В-третьих, никакие механические методы обработки металла не позволят достичь той точности, которую обеспечивают аддитивные методы производства. Не зря же Управление по контролю продуктов и лекарств США одобрило использование напечатанных на 3d-принтерах металлических протезов для медицинских процедур. И еще год назад ученым удалось создать с помощью средств объемной печати реберную клетку имплант черепа из титана для больных раком.   

Оборудование и стоимость

Центр объемной печати 3dVision готов выполнить на заказ 3D печать из металла любой сложности. Мы используем промышленные установки Prox300, SLM 280 и Concept Laser M2, благодаря чему произведенные детали отличаются прочностью, точностью и монолитностью. Мы работаем либо с технологией прямого лазерного спекания металлов (DMLS), либо с методом выборочной лазерной плавки (SLM), которые на сегодняшний день являются наиболее совершенными технологиями в отрасли.

Цена печати металлом на 3D принтере зависит от множества факторов. Например, стоимость изготовления детали из алюминия существенно ниже стоимости продукта из титана, кобальта или хрома. Также на итоговую сумму влияет сложность самого прототипа, количество используемой поддержки для изготовления объекта, модель принтера, на котором будет выполняться работа.

Обратившись в нашу круглосуточную службу поддержки в Москве, Санкт-Петербурге и других городах России, вы получите квалифицированную помощь по интересующим вас вопросам и узнаете примерную стоимость вашего проекта в частности. Компания 3dVision приложит все усилия, чтобы вы остались довольны полученным результатом.

Доступный 3D-принтер по металлу? Встречайте Sharebot MetalONE!


7 главных преимуществ Sharebot MetalONE | Сферы применения и расходные материалы | Как создавался MetalONE | Основные характеристики 3D-принтера


3D-печать металлом – самая сложная из аддитивных технологий, но путь к ней может стать проще, чем вы думаете. Свобода проектирования, возможность оптимизировать конструкцию, снизить вес изделия и число элементов в сборке, применение материалов с уникальными свойствами – все эти преимущества технологии неоценимы для экспериментальной и исследовательской работы, конечная цель которой – быстро и эффективно создавать новые высокотехнологичные продукты (или модернизировать существующие), выводя производственные возможности на новый уровень.   


Интеграция 3D-принтеров по металлу в производственный процесс связана с немалыми сложностями. Металлический принтер – это установка, требующая крупных инвестиций, специального помещения, строгих условий эксплуатации, дополнительного оборудования и высокой квалификации оператора.


Однако последние тренды говорят о том, что печать металлом может стать, что называется, «ближе к народу». Посетив в 2019 году крупнейшую выставку Formnext во Франкфурте-на-Майне, мы отметили появление компактных 3D-принтеров, печатающих металлом. Эти машины имеют упрощенный функционал и ориентированы прежде всего на научно-образовательную сферу и малый и средний бизнес.


Одна из самых привлекательных установок этой категории по соотношению цены и качества носит название MetalONE и основана на методе прямого лазерного спекания металлов (DMLS). Это новый продукт итальянской компании Sharebot, которая имеет солидный опыт разработок в области нескольких технологий 3D-печати. Принтер предназначен для проведения исследований, тестирования изделий и изготовления деталей небольших и средних габаритов.


Поможет ли 3D-печать оптимизировать производство в вашей организации? Закажите консультацию экспертов iQB Technologies. Также доступны такие услуги, как обучение 3D-технологиям, тестовая 3D-печать/3D-сканирование, выезд специалистов на предприятие, диагностика или заказ 3D-оборудования.




3D-принтер по металлу MetalONE: 7 главных преимуществ


  1. Компактная рабочая камера (65 х 65 х 100 мм).
  2. Высокая производительность.
  3. Экономичность.
  4. Возможность использования аргона и азота.
  5. Интуитивно понятные, легко редактируемые параметры печати.
  6. Простота в эксплуатации.
  7. Низкий уровень эксплуатационных расходов.

Сферы применения и расходные материалы


Этот 3D-принтер, печатающий металлом, будет незаменим в следующих отраслях:



Генеральный директор Sharebot Артуро Донги с 3D-принтером MetalONE и напечатанные образцы


Аддитивная установка идеально подходит для изучения новых материалов, а благодаря небольшой камере построения и технологии DMLS он позволяет создавать объекты из малого количества металлического порошка – всего 800 г. Помимо этого, пользователь может редактировать все параметры процесса, которые будут зафиксированы в журнале по завершении печати. Волоконный лазер мощностью 250 Вт и возможность использовать как азот, так и аргон позволяют испытать практически любой порошок.


При решении задач в промышленных целях принтер способен создавать прототипы мелких деталей с невероятной точностью и производить их быстро и без существенных трудностей. Непревзойденная повторяемость печати гарантирует возможность мелкосерийного производства с неизменно высоким качеством.


Кобальт-хромовые сплавы (CoCrMo), которые активно используются в стоматологии, применимы и в MetalONE. Для стоматологических лабораторий это настоящая находка: 3D-принтер печатает металлом пломбы, коронки и колпачки менее чем за час и исключительно прост в использовании.


Благодаря компактности и особой структуре бумажных фильтров принтер также будет выгоден при аддитивном производстве ювелирной продукции и других миниатюрных изделий, так как позволяет быстро создавать объекты с высочайшей степенью детализации.


Отдел НИОКР компании Sharebot в сотрудничестве с несколькими университетами разработал профили для стали 316L и кобальт-хрома и продолжает испытания новых порошков для лазерного 3D-принтера по металлу. На очереди – профили для титана и алюминия. 



Как создавался MetalONE


Работа над проектом металлического принтера началась в 2015 году. В это же время компания Sharebot занималась разработкой SnowWhite – машины для печати термопластичным порошком по технологии SLS. После успешного внедрения SnowWhite в разных странах Sharebot получила достаточно опыта для запуска проекта лазерного 3D-принтера по металлу. В нем предусмотрены другие виды порошков, ПО, механические компоненты и конструкция камеры построения (предполагающая создание и поддержание модифицированной среды), однако эту машину можно считать прямым продолжением SnowWhite.


В марте 2019 года на выставке MECSPE в Парме были представлены первый прототип машины и первые образцы. В последующие месяцы были напечатаны разнообразные модели для проверки металлургических свойств объектов и их качества, а также надежности самого принтера и повторяемости печати. Все параметры процесса печати доступны пользователю, что позволяет исследовать и изучать новые материалы и области применения.


Итак, Sharebot MetalONE станет выгодным решением, если вам необходимо исследовать и тестировать сложные изделия небольших габаритов, свойства материалов, а также изготавливать мелкие серии.


Основные характеристики 3D-принтера


  • Камера построения: 65 х 65 х 100 мм
  • Толщина слоя: 5-200 микрон
  • Лазер: волоконный, 250 Вт (1080 нм)
  • Диаметр пятна: 40 микрон
  • Максимальная скорость: 5 м/сек
  • Программное обеспечение: Simplify 3D — Continuum
  • Габариты / вес принтера: 740 x 630 x 1000 мм / 170 кг


MetalONE доступен для заказа на сайтах sharebot.ru и iqb.ru (так же, как и другие модели Sharebot)


Статья опубликована 30.09.2020 , обновлена 17.09.2021

3D–печать металлом — основополагающее руководство

Сегодня в 3D–печати нет более актуального тренда, чем металл. Мы расскажем про металлическую печать в домашних условиях, как это делается в промышленным масштабах, о технологиях, приложениях, принтерах, процессах, ценах и материалах.

Последние несколько лет 3D–печать металлом активно набирала популярность. И это вполне естественно: каждый материал предлагает уникальное сочетание практических и эстетических качеств, может подходить для широкого круга изделий, прототипов, миниатюр, украшений, функциональных деталей и даже кухонной утвари.

Причина, по которой 3D–печать металлом стала столь популярной, заключается в том, что напечатанные объекты можно выпускать серийно. На самом деле, некоторые из напечатанных деталей так же хороши (если не лучше), как и те, которые изготавливаются традиционными способами.

При традиционном производстве работа с пластиком и металлом может оказаться довольно расточительной — появляется масса отходов, используется немало лишнего материала. Когда авиапроизводитель делает детали из металла, до 90% материала просто обрезается. 3D–напечатанные металлические детали требуют меньше энергии, а количество отходов сокращается до минимума. Немаловажно и то, что конечный напечатанный 3D–продукт оказывается до 60% легче традиционной детали. На одной только авиационной промышленности — главным образом за счет снижения веса и экономии топлива — можно сэкономить миллиарды долларов.

Итак, что же нам надо знать про 3D–печать металлами?

 

3D–печать металлом в домашних условиях

Если вы хотите изготавливать дома объекты, которые будут выглядеть, как металлические, лучше всего обратить внимание на металлизированные PLA–филаменты (Фото: colorFabb)

С чего начать, если хочется печатать металлические объекты в домашних условиях? Учитывая экстремально высокую температуру, которая требуется для настоящей 3D–печати металлом, обычным FDM 3D–принтером сделать это не получится.

Едва ли в это десятилетие появится возможность печатать жидким металлом в домашних условиях. До 2020 года у вас, вероятно, не появится дома специализированного для этих целей принтера. Но через несколько лет, по мере развития нанотехнологий, мы можем стать свидетелями существенного развития новых приложений. Это может быть 3D–печать проводящим серебром, которое будет испускаться примерно так же, как это происходит в двумерных домашних принтерах. Станет возможным даже смешивать в одном объекте различные материалы вроде пластика и металла.

Материалы для металлической 3D–печати в домашних условиях

Даже несмотря на то, что вы не можете печатать в домашних условиях собственно металлические объекты, можно обратиться к пластиковому филаменту, в который добавлены металлические порошки. ColorFabb, ProtoPasta и TreeD Filaments предлагают интересные композитные металло-PLA филаменты. Эти филаменты, содержащие значительный процент металлических порошков, остаются достаточно пластичными для того, чтобы ими можно было печатать при низкой температуре (от 200 до 300 по Цельсию) на практически любом 3D–принтере. В то же самое время они содержат достаточно металла, чтобы конечный объект выглядел, создавал тактильное ощущение и даже весил, как металлический. Филаменты на основе железа в определенных условиях даже ржавеют.

Но можно пойти и дальше. Обычно в филамент для 3D–печати добавляется до 50 процентов металлического порошка. В голландской компании Formfutura заявляют, что им удалось добиться 85-процентного содержания металлического порошка при 15 процентах PLA. Эти филаменты называются MetalFil Ancient Bronze и Metalfil Classic Copper. Ими можно печатать даже при «умеренных» температурах от 190 до 200 градусов Цельсия.

Катушки филамента для металлической 3D–печати, в данном случае от SteelFill и CopperFill colorFabb (Сталь и бронза), Ancient Bronze (Старинная бронза) от Formfutura

Вот ключевые моменты о металлической печати в домашних условиях

  • Получается уникальная металлическая поверхность и вид
  • Идеальный вариант для украшений, статуэток, бытовой утвари, реплик
  • Долговечность
  • Объекты не гибкие (зависит от структуры)
  • Объекты не растворяются
  • Не считаются безопасными для продуктов питания
  • Обычная температура печати: 195 — 220 °C
  • Крайне малая усадка при охлаждении
  • Подогрева стола не требуется
  • Сложность печати высокая, требуется тонкая настройка температуры сопла, скорости подачи, постобработки

Подготовка домашнего принтера к металлической 3D–печати

Поскольку получение металлических 3D–распечаток — дело более сложное, чем обычно, вам может понадобиться сделать апгрейд сопла 3D–принтера, особенно, если речь идет о принтере начального уровня. Металлический филамент быстро его изнашивает. Существуют износостойкие хот-энды (например, E3D V6), которые сами сделаны из металла. Они могут противостоять высоким температурам и подходят к большинству принтеров. Будьте готовы к тому, что сопла придется заменять часто, потому что металлический филамент очень абразивен.

Также вам нужно будет позаботиться о конечной доводке поверхности (чистке, зачистке, смазке, покрытии воском или грунтом), чтобы напечатанный металлический объект блестел как положено.

Почём металлический филамент для 3D–печати?

И почем же металлический филамент для 3D–печати? — спросите вы. Вот несколько примеров:

  • 750-граммовая катушка Bronzefill от ColorFabb стоит $56,36
  • 750-граммовая катушка Copperfill от ColorFabb стоит $56,36
  • PLA-композит Polishable Stainless Steel от Protopasta стоит $56 за 56 граммов
  • PLA-композит Rustable Magnetic Iron от Protopasta стоит $34.99 за 500 граммов

 

Металлическая 3D–печать в промышленности

Но что если вам требуется более качественный результат или даже полностью металлическая 3D–печать? Следует ли для бизнес-нужд приобретать реально «металлический» 3D–принтер? Мы бы не советовали — если только вы не собираетесь заниматься этим каждый день. Стоит профессиональный 3D–принтер металлом дорого: аппараты фирм EOS или Stratasys обойдутся вам в 100–500 тысяч долларов. Кроме того, расходы окажутся еще больше, поскольку вам придется нанять оператора, работника для обслуживания аппарата, а также для конечной доводки распечаток (полировки, например). Просто отметьте для себя: в 2016 году приемлемого по цене металлического 3D–принтера не существовало.

Снижаем затраты на металлическую 3D–печать

В случае если вы не собираетесь открывать дело по 3D–печати металлом, но вам всё же требуется профессионально выполненная на 3D–принтере металлическая деталь, лучше обратиться в соответствующую фирму, которая оказывает такие услуги. Сервисы 3D–печати, подобные Shapeways, Sculpteo и iMaterialise, предлагают прямую печать металлом.

В настоящее время при 3D–печати они работают со следующими металлическими материалами:

  • алюминий
  • сталь
  • латунь
  • медь
  • бронза
  • стерлинговое серебро
  • золото
  • платина
  • титан

Если вы ювелир, вы можете также заказать восковые модели для отливки из благородных металлов.

Если говорить о восковых моделях, то в большинстве случаев именно они (с последующим расплавлением) используются при печати металлами (включая золото и серебро). Не все заказы выполняются непосредственно этими фирмами. Обычно, чтобы выполнить заказ, они обращаются к другим компаниям, специализирующимся на металлической 3D–печати. Впрочем, число подобно рода сервисов во всем мире быстро растет. Кроме того, техника для 3D–печати металлом получает все большее распространение в фирмах, которые предлагают такие услуги.

Причина, по которой крупные компании так полюбили 3D–печать, заключается в том, что на ее основе можно построить полностью автоматизированные линии, выпускающие «топологически оптимизированные» детали. Это означает, что появляется возможность точно выделять исходные материалы и делать компоненты толще лишь в том случае, если они должны выдерживать большие нагрузки. В целом масса деталей существенным образом уменьшается, а их структурная целостность при этом сохраняется. И это не единственное преимущество данной технологии. В некоторых случаях продукт получается существенно дешевле и доступным по цене практически всем.

Имейте, пожалуйста, в виду, что 3D–печать металлом требует для моделирования специальных CAD-программ. Стоит обратить внимание на рекомендации Shapeways — 3D printing metal guidelines. Чтобы еще больше углубиться в тему, посмотрите Statasys’ information по соответствующим 3D–принтерам и нюансам металлической 3D–печати.

Вот несколько примеров цены тестовой модели Benchy при металлической 3D–печати:

  • Металлический пластик: $22,44 (бывший алюмид, PLA с алюминием)
  • Нержавеющая сталь: $83,75 (плакированная, полированная)
  • Бронза: $299,91 (сплошная, полированная)
  • Серебро: $713,47 (сплошная, зеркальной полировки)
  • Золото: $87,75 (плакированная золотом, полированная)
  • Золото: $12 540 (сплошная, золото 18 карат)
  • Платина: $27 314 (сплошная, полированная)

Как и следовало ожидать, что цены на сплошную металлическую 3D–печать довольно высоки.

 

Металлическая 3D–печать. Применения

Детали авиадвигателя GE LEAP, напечатанные на 3D–принтере на фабрике Avio Aero (Фото: GE)

Есть несколько отраслей, в которых уже применяются 3D–принтеры для изготовления объектов повседневного пользования — вы можете даже не знать, что эти объекты напечатаны.

  • Наиболее распространенный случай — хирургические и зубные импланты, которые в таком исполнении сегодня считаются лучшим вариантом для пациентов. Причина: они могут быть приспособлены под индивидуальные особенности.
  • Другая отрасль — ювелирное дело. Тут большинство производителей отказались от 3D–печати смолой и восковой отливки, переключившись непосредственно на металлическую 3D–печать.
  • Кроме того, аэрокосмическая отрасль становится все более и более зависимой от напечатанных металлических 3D–объектов. Итальянская компания Ge-AvioAero была первой, которая занялась цельнометаллической 3D–печатью. Она производит компоненты для авиадвигателей LEAP.
  • Еще одна отрасль, нацеливающаяся на металлическую 3D–печать — это автомобилестроение. BMW, Audi, FCA серьезно рассматривают эту технологию, причем не только для прототипирования (для этого 3D–печать применяется уже довольно давно), но и для изготовления реальных деталей.

Однако прежде, чем металлическая 3D–печать по-настоящему пойдет на взлет, придется преодолеть некоторые препятствия. И в первую очередь это — высокая цена, которую не получается сделать ниже, чем при формовке. Также проблемой является низкая скорость изготовления.

 

3D–печать металлом.

Технологии 

Большинство процессов 3D–печати металлом начинается с «атомизированного» порошка

Можно много говорить про «металлические» 3D–принтеры, но главными их проблемами остаются те же, что и у любых других 3D–принтеров: программные и аппаратные ограничения, оптимизация материалов и мультиматериальность. Мы не будет особо говорить о программном обеспечении, скажем только, что большинство крупных профильных софтверных компаний, таких как Autodesk, SolidWorks и solidThinking, стараются максимально упирать на то обстоятельство, что в результате процесса 3D–печати металлом можно получить какую угодно форму.

В целом, металлические напечатанные детали могут быть такими же прочными, как и детали, изготовленные по традиционным процессам. Детали, выполненные по технологии DMLS, имеют механические свойства, эквивалентные литью. Помимо этого, пористость объектов, выполненных на хорошем «металлическом» 3D–принтере, может достигать 99,5%. Вообще-то, производитель Stratasys утверждает, что 3D–напечатанные металлические детали при проверке на плотность показывают результаты выше промышленных стандартов.

3D–напечатанный металл может иметь разное разрешение. При самом высоком разрешении толщина слоя составляет 0,0008 — 0,0012″, а разрешение по X/Y — 0,012 – 0,016″. Минимальный диаметр отверстия — 0,035 — 0,045″.

Давайте, впрочем, рассмотрим, какие бывают технологии металлической 3D–печати.

 

Процесс металлической 3D–печати №1:


Powder Bed Fusion (расплавление в заранее сформированном слое)

Процесс металлической 3D–печати, который сегодня применяется большинством соответствующих крупных компаний, называется Powder Bed Fusion. Это название указывает на то, что некий источник энергии (лазер или другой энергетический пучок) расплавляет «атомизированный» порошок (т.е. такой металлический порошок, который тщательно измельчен на сферические частицы), в результате чего получаются слои печатаемого объекта.

В мире существует восемь крупных производителей металлических 3D–принтеров, в которых уже применяется данная технология; пока мы тут рассуждаем, таких компаний становится больше и больше. Большинство из них находится в Германии. Их технологии называются SLM (Selective Laser Melting — селективное лазерное сплавление) или DMLS (Direct Metal Laser Sintering — прямое лазерное спекание металлов).

 

Процесс металлической 3D–печати №2:


Binder Jetting (разбрызгивание связующего вещества)

При 3DP-технологии ExOne металлические объекты печатаются за счет связывания порошка перед его обжигом в горне (фото: ExOne)

Другой профессиональный подход, при котором также применяется порошковая основа, называется Binder Jetting. В этом случае слои формируются за счет склеивания металлических частиц и дальнейшего их спекания (или сплавления) в высокотемпературном горне — точно так же, как это делается с керамикой.

Еще один вариант, который тоже похож на работу с керамикой, это замешивание металлического порошка в металлическую пасту. 3D–принтер с пневматическим экструдированием (похожий на шприцевый биопринтер или недорогой пищевой принтер) формирует 3D–объекты. Когда требуемая форма достигнута, объект отправляется в печь, т.е. в горн.

Этот подход применяется в Mini Metal Maker, видимо, единственном недорогом «металлическом» 3D–принтере.

 

Процесс металлической 3D–печати №3:


Metal Deposition (нанесение слоя металла)

Может показаться, что единственный процесс 3D–печати, который остается в стороне от работы с металлами, это послойное наплавление. Это не совсем так. Разумеется, на каком-то настольном устройстве просто наплавлять металлические нити на основу не получится. Однако очень крупные металлургические компании это могут. И делают. Есть два варианта работы при «наплавлении металла».

Один называется DED (Directed Energy Deposition — осаждение материала при помощи направленного энергетического воздействия) или Laser Cladding (лазерное плакирование, наплавка). Здесь для расплавления металлического порошка, который медленно выпускается и застывает в виде слоя, применяется лазерный луч, а порошок подается при помощи роботизированной руки.

Обычно весь процесс идет в закрытой камере, но в проекте MX3D при строительстве полноразмерного моста использованы приемы привычной 3D–печати. Другой вариант наплавления металла называется EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing — аддитивная технология электронного пучка), который по сути является пайкой, при которой для расплавления 3-миллиметровой титановой проволоки применяется очень мощный электронный пучок, а расплавленный металл образует очень крупные готовые структуры. Что касается этой технологии, то ее подробности известны пока только военным.

 

Металл для 3D–печати №1: Титан

Чистый титан (Ti64 или TiAl4V) — один из наиболее часто применяемых для 3D–печати металлов, он определенно один из самых универсальных, он прочен и легок. Титан задействуется как при процессе расплавления в заранее сформированном слое, так и при процессе разбрызгивания связующего вещества и применяется главным образом в медицинской промышленности (для изготовления персональных протезов), а также в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении и в станкостроении (для изготовления деталей и прототипов). Но есть одна проблема. Титан очень химически активен и в порошкообразном виде легко взрывается. Поэтому необходимо, чтобы титановая 3D–печать проходила в вакууме или в аргоновой среде.

 

Металл для 3D–печати №2: Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь — один из наиболее дешевых металлов для 3D–печати. В то же время она очень прочна и может применяться в широком спектре производственных и даже художественно-дизайнерских приложений. Используемый тип стального сплава содержит также кобальт и никель, его очень трудно сломать, при этом он обладает очень высокой эластичностью. Нержавеющая сталь используется почти исключительно в промышленности.

 

Металл для 3D–печати №3: Инконель

Инконель — это суперсплав, выпускаемый компанией Special Metals Corporation, ее зарегистрированная торговая марка. Сплав состоит в основном из никеля и хрома и очень термостоек. Поэтому его применяют в нефтяной, химической и аэрокосмической (для черных ящиков) отраслях.

 

Металл для 3D–печати №4: Алюминий

Из-за легкости и многофункциональности алюминий очень популярен в 3D–печати. Обычно используются сплавы на основе алюминия.

 

Металл для 3D–печати №5: Кобальт-хром

Этот сплав обладает очень высокой удельной прочностью (т.е. прочностью, деленной на плотность, что в целом показывает силу, которую требуется приложить на единицу площади для разрыва). Он чаще всего используется в производстве турбин, зубных и ортопедических имплантов, везде, где 3D–печать стала доминирующей технологией.

 

Металл для 3D–печати №5. Медь и бронза

За некоторыми исключениями медь и бронза применяются в процессах воскового выплавления, в процессе расплавления в слое — редко. Дело заключается в том, что эти металлы не очень подходят для промышленности, они чаще применяются при изготовлении произведений искусства и поделок. На colorFabb предлагаются оба металла — в качестве основы специального металлического филамента.

 

Металл для 3D–печати №6. Железо

Железо, в т.ч. магнитное, тоже в основном используется как добавка к филаментам на базе PLA, которые производятся, например, ProtoPasta и TreeD.

 

Металл для 3D–печати №7. Золото, серебро и другие благородные металлы

 

Большинство компаний, занимающихся процессом расплавления в заранее сформированном слое, могут задействовать при 3D–печати такие благородные металлы, как золото, серебро и платину. Здесь наряду с сохранением эстетических свойств материалов важно добиться оптимизации работы с дорогим исходным порошком. 3D–печать благородными металлами требуется для ювелирного дела, медицинских приложений и электроники.

 

Металлическая 3D–печать. Принтеры

Даже не сомневайтесь — приобретение металлического 3D–принтера не пройдет бесследно для вашего бюджета. Обойдется он как минимум в 100–250 тысяч долларов. Приводим список разнообразных «металлических» принтеров, некоторые из которых можно встретить в фирмах, предоставляющих услуги 3D–печати.

 

Металлический 3D–принтер №1: 


Sciaky EBAM 300 — печать металлическим филаментом

Если вам требуется печатать по-настоящему крупные металлические конструкции, лучше всего остановить свой выбор на Sciaky’s EBAM technology. По заказу может быть выстроен аппарат практически любых размеров. Такая техника используется главным образом в аэрокосмической отрасли и военными.

Самый крупный из серийных принтеров Sciaky — это EBAM 300. Он печатает объекты в объеме 5791 × 1219 × 1219 мм.

В компании утверждают, что EBAM 300 является также одним из самых быстрых имеющихся в продаже промышленных 3D–принтеров. Трехметрового размера титановая деталь для самолета печатается на нем за 48 часов, при этом расход материала составляет около 7 кг в час. Вообще, кованные детали, на которые обычно уходит 6-12 месяцев, на этом 3D–принтере могут быть сделаны за 2 дня.

Применяемая в Sciaky уникальная технология использует высокоэнергетический электронный пучок, который плавит 3-миллиметровый титановый прут, стандартная скорость наплавления составляет от 3 до 9 кг в час.

 

Металлический 3D–принтер №2: 


Fabrisonic UAM — ультразвуковая 3D–печать

Другой способ печати крупных металлических деталей — UAM (Ultrasound Additive Manufacturing Technology — ультразвуковая аддитивная технология) от Fabrisonic. Аппараты этой фирмы представляют собой трехосные фрезы с ЧПУ, к которым добавлены сварочные головки для аддитивности процесса.

Металлические слои сначала разрезаются, а потом свариваются ультразвуком. Самый большой принтер Fabrisonic 7200 работает в объеме 2 × 2 × 1,5 м.

 

Металлический 3D–принтер №3:

Concept Laser XLine 1000 — 3D–печать металлическим порошком

Самый крупный на рынке 3D–принтер, работающий с металлическим порошком, — это Concept Laser XLine 1000. Он имеет объем моделирования — 630 × 400 × 500 мм, а сам размером с дом.

Выпускающая его немецкая компания, один из главных поставщиков 3D–принтеров для аэрокосмических гигантов вроде Airbus, недавно представила новый аппарат — Xline 2000.

В этом оборудовании задействовано два лазера, а рабочий объем составляет 800 × 400 × 500 мм. Используется лазерная технология LaserCUSING (вариант селективного лазерного сплавления) от Concept Laser, которая позволяет печатать сплавами стали, алюминия, никеля, титана, благородных металлов и даже некоторыми чистыми веществами (титан и высокосортная сталь).

Металлическая 3D–печать. Сервисы

В мире существует более 100 компаний, предлагающих услуги металлической 3D–печати. Перечислим наиболее популярные сервисы для потребительских нужд.

Сервис металлической 3D–печати №1: Shapeways

Самый популярный в мире сервис 3D–печати Shapeways предлагает два вида услуг. Как потребитель вы можете сделать свой выбор среди большого ассортимента профессионально спроектированных объектов, кастомизировать их, после чего заказывать их печать по вашим спецификациям. Как и другие сервисы 3D–печати, Shapeways предлагает площадку для дизайнеров, чтобы они могли продавать и печатать свои работы. Shapeways также хорошее место для быстрого прототипирования: клиенты выигрывают за счет принтеров промышленного уровня (EOS, 3D Systems) и персональной технической поддержки.

Металлы для 3D–печати: алюминий, латунь, бронза, золото, платина, плакировка благородными металлами, серебро, сталь. Предлагаются также восковые формы для ювелирных целей.

 

Сервис металлической 3D–печати №2: Sculpteo

Подобно Shapeways и i.materialise, Sculpteo — онлайн-сервис 3D–печати, который позволяет каждому желающему закачивать 3D–модели и направлять их на изготовление из широкого спектра материалов. Как и конкуренты, Sculpteo предоставляет свою площадку для любителей и профессионалов, которые могут демонстрировать и продавать свои дизайнерские решения. В конюшне принтеров Sculpteo — высокопрофессиональные машины от 3D Systems, EOS, Stratasys и ZCorp. Обширная техническая документация поможет выявить недочеты в дизайне и подобрать для проекта правильный материал.

Металлы для 3D–печати: алюмид (пластик с частицами алюминия), латунь, серебро.

 

Сервис металлической 3D–печати №3: iMaterialise

Materialise — это компания, которая работает с промышленными клиентами, занимаясь прототипированием 3D–печатной продукции. Для простых пользователей и дизайнеров Materialise предлагает онлайн-сервис 3D–печати под названием i.materialise. Как и в случае Shapeways, этот сервис позволяет всем закачивать свои 3D–проекты и распечатывать их. Как только объект загружен и успешно напечатан, дизайнер может выставить его на продажу либо в галерее онлайн-магазина i.materalise, либо встроив определенный код в свой сайт.

Металлы для 3D–печати: алюмид (пластик с алюминиевым порошком), латунь, бронза, медь, золото, серебро, сталь, титан.

 

Сервис металлической 3D–печати №4: 3D Hubs

Через 3D Hubs вы можете искать частных лиц и фирмы, которые в вашем регионе предлагают услуги 3D–печати, закачивать STL-файлы (которые немедленно оцениваются на предмет недочетов) и непосредственно связываться с поставщиками услуг для выполнения работы. Онлайн-услуга 3D–печати позволяет также сортировать предложения по материалам, клиентскому рейтингу, удаленности и множеству других параметров. Какой бы объект вы ни пожелали напечатать, скорее всего, найдется кто-то неподалеку, кто сможет это сделать. Значительное количество материалов может быть напечатано в промышленном качестве, у таких материалов в поле поиска имеется пометка HD.

Металлы для 3D–печати: алюминий, бронза, кобальт-хром, нержавеющая сталь, титан.

 

Система 3D-печати Metal X

Принтер Metal X

Markforged Metal X — это новый тип принтера по металлу. Печатая металлический порошок в пластиковой матрице, Markforged устранил многие риски безопасности, связанные с традиционными металлическими 3D-принтерами. Это означает отсутствие рассыпчатого порошка, лазеров и традиционных мер предосторожности. Его безопасно использовать в магазине с минимальными модернизациями оборудования.

На практике Metal X — это, по сути, очень продвинутый 3D-принтер FFF.Metal X оснащен высокоточным порталом с механической обработкой, камерой с подогревом и платформой для печати, а также современным оборудованием для экструзии. Он специально разработан, чтобы изнашиваемые компоненты и расходные материалы, включая листы для печати, сопла и щетки, были доступны и легко заменялись.

Мойка-1

Wash-1 — это система удаления связующего на основе растворителя. В основном он использует Opteon SF-79, высокоэффективную жидкость, разработанную для обеспечения превосходной очищающей способности, более высокой эффективности и безопасности без ущерба для окружающей среды — при необходимости можно заменить Opeton SF-80 или Tergo Metal Cleaning Fluid.

Wash-1 работает с простой вентиляцией и отличается чрезвычайно простым пользовательским интерфейсом. Это было протестировано и подтверждено как безопасная для магазинов система.

Синтер-2 и Синтер-1

Markforged Sinter-2 и Sinter-1 — это высокооптимизированные трубчатые печи, используемые для спекания металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере. Они обеспечивают передовую надежность спекания и время работы и оснащены передовыми функциями безопасности.Sinter-2 более продвинутый, чем Sinter-1, с большим рабочим объемом, более точным контролем температуры и механической блокировкой дверцы.

Агрегаты Sinter-1 и Sinter-2 обычно имеют время работы от 26 до 31 часа. Однако Sinter-2 может обрабатывать мелкие детали в экспресс-режиме, где он может спекать до 250 г деталей всего за 17 часов.

Нержавеющая сталь 17-4 PH — прочный металл Материал для 3D-печати

Сокращение сроков поставки металлических инструментов, приспособлений и прототипов

17-4 PH Нержавеющая сталь — это сталь многоцелевого назначения, используемая в промышленности.Markforged 17-4 PH, термообрабатываемый до 36 HRC и обладающий 95% -ной прочностью на деформацию, позволяет печатать высокопрочные, прочные металлические детали для самых разных областей применения.

Заявки:

  • Концевые инструменты

  • Легкие кронштейны

  • Универсальная износостойкая оснастка

  • Функциональные прототипы

  • Ключи и розетки на заказ


1050 МПа
После спекания

1250 МПа
Термообработанная

30 HRC
После спекания

36 HRC
Термообработка.

Guhring UK

Заказчик

Основанная в 1973 году компания Guhring UK — филиал группы Guhring в Бирмингеме — производит прецизионные режущие инструменты. Компания начинала как акционер более стандартизированных режущих и фрезерных инструментов.Сегодня Guhring UK производит специальные режущие и фрезерные инструменты для некоторых крупнейших мировых компаний, включая BMW, Jaguar Land Rover, Airbus и BAE Systems. Опыт Guhring в производстве режущего инструмента из карбида и поликристаллического алмаза (PCD) известен во всем мире. Их ассортимент инструментов PCD изготавливается по индивидуальному заказу в соответствии с требованиями клиентов и производится путем пайки алмазных режущих кромок сверхвысокой твердости промышленного класса на специально изготовленные корпуса из закаленной инструментальной стали.

Алан Пирс, руководитель производства PCD, Guhring UK

The Challenge

Каждый специальный инструмент, который производит компания Guhring UK, сначала должен быть спроектирован и одобрен заказчиком.В зависимости от размера и сложности компонента на разработку, тестирование и производство специального инструмента может уйти до восьми недель, а работа над инструментом даже не может начаться, пока проект не будет одобрен. Более мелкие производители с меньшими объемами не могут оправдать затраты или время выполнения заказа на специальные инструменты.

«Когда мы начали искать клиентов в меньших объемах, это стало проблемой», — говорит Алан Пирс, руководитель производства ПХД в Guhring UK. Это побудило компанию рассмотреть аддитивное производство как возможность открыть новые потоки доходов, сократить время выполнения заказов для существующих и управлять сроками для более мелких клиентов.

Инженеры Guhring UK смогли быстро создать прототип режущего инструмента из композитных материалов, прежде чем печатать его из металла.

Решение

Команда изучила промышленную 3D-печать, чтобы сделать свои продукты и услуги доступными для более широкого круга предприятий, особенно для небольших. «Идея заключалась в том, чтобы снизить стоимость прототипа и время итеративного цикла», — говорит Пирс. Они объединились с местным партнером Markforged, Mark3D UK, чтобы найти лучший 3D-принтер для своих нужд, и выбрали систему Markforged Metal X, а также непрерывный волоконный 3D-принтер Markforged для образцов клиентов и технического обслуживания оборудования.Затем компания начала использовать свой 3D-принтер из углеродного волокна для изготовления небольших прототипов специальных инструментов и быстро обратилась к 3D-печати на металле для производства функциональных инструментов. «Теперь мы можем изготавливать единичную производственную деталь и поставлять ее заказчику менее чем в одной трети времени и с меньшими затратами», — говорит Пирс.

Наконечники инструмента были прикреплены к 3D-печатному телу перед шлифовкой до требуемой формы.

Первым инструментом, изготовленным на 3D-принтере Guhring UK, была базовая фреза с использованием инструментальной стали h23.«В течение одного дня мы спроектировали и напечатали инструмент из оникса [нейлона, смешанного с рубленым углеродным волокном], и мы могли сразу увидеть, собираемся ли мы столкнуться с какими-либо проблемами при его производстве. В течение пяти дней мы напечатали и спекли полностью функциональный корпус фрезы по металлу. Использование 3D-принтеров Markforged просто ускоряет все ». После добавления режущих головок Геринг квалифицировал фрезу, сначала протестировав ее как развертку для алюминия, и обнаружил, что она работает очень хорошо. Затем инженеры изменили конфигурацию геометрии наконечника инструмента и запустили инструмент, напечатанный на 3D-принтере, как фрезу, чтобы проверить его возможности со смещенной нагрузкой.Это тоже сработало точно так, как планировалось. Инструмент, напечатанный на 3D-принтере, на 60% легче своего традиционного предшественника, что позволяет быстрее менять инструмент в циклах и сокращать время цикла. Это открытие приложений позволило компании производить более универсальные и легкие инструменты для своих клиентов по гораздо более низкой цене.

Компания Guhring UK отправила клиентам металлические инструменты для 3D-печати для тестирования новых концепций.

Будущее

Guhring UK теперь имеет возможность обслуживать малые предприятия, делая их продукты и услуги более доступными.Инженеры компании даже начали экспериментировать с напечатанными на 3D-принтере схемами подачи охлаждающей жидкости — один из первых клиентов Markforged, сделавших это. Дополнительные деньги, которые Guhring UK сэкономила, добавив 3D-принтеры Markforged, не будут потрачены зря, и Пирс сказал, что любые сэкономленные средства будут «реинвестированы обратно в компанию, чтобы мы могли продолжать расти и поставлять нашим клиентам более крупные и качественные продукты. ” Что касается дополнительного сэкономленного времени, Пирс говорит, что оно будет использовано для изготовления производственных деталей.Добавление 3D-принтеров Markforged уже позволило инженерам освободить свои 5-осевые фрезы и традиционные технологии для производства других деталей, приносящих доход, что увеличило прибыль компании.

Шукла Медикал

Заказчик

Shukla Medical, дочерняя компания, находящаяся в полной собственности авиакосмического производителя S.S. White Technologies, разрабатывает и производит универсальные инструменты для удаления ортопедических имплантатов, такие как универсальная система удаления спинного имплантата Xtract-All® Spine (см. Изображение на обложке).Их продукция используется хирургами по всему миру для эффективного удаления старых имплантатов перед заменой их новыми, при этом сохраняя кость пациента. Большинство инструментов для удаления ортопедических имплантатов сложны и требуют значительного времени для работы, тогда как универсальные инструменты Shukla Medical известны своим простым и интуитивно понятным дизайном.

The Challenge

Продукция Shukla разработана для хирургов-ортопедов с такими функциями экономии времени, как быстрое соединение и несколько вариантов удаления.«Общеизвестно, что каждая минута в операционной обходится очень дорого, — сказал Зак Свейтцер, менеджер по разработке продуктов в Shukla Medical. «Так что любое время, которое вы можете сэкономить, очень полезно». Стоимость операционной может варьироваться от 35 до 100 долларов, хотя она варьируется в зависимости от больницы и хирургической процедуры. Инструменты Shukla должны быть быстро прототипированы и протестированы хирургами-ортопедами-имплантологами для проверки формы и соответствия перед изготовлением конечного продукта. Первоначально команда создавала прототипы деталей с помощью своего станка с ЧПУ или отправляла проекты третьей стороне, но обнаружила, что длительное время выполнения заказа значительно замедляет работу над прототипами и не позволяет им быстро вывести свой продукт на рынок.

— Адам Госик-Вулф, инженер-механик, Shukla Medical

Гнезда для вертолетов, которые позволяют полностью удалить винтовые конструкции, были первым прототипом, который позволил хирургам-ортопедам проверить форму и соответствие всего хирургического инструмента.

‍Решение

Shukla Medical приобрела 3D-принтер Markforged, способный печатать на непрерывном углеродном волокне, в 2017 году и начала использовать его для создания прототипов своих инструментов вместо станка с ЧПУ.Это было фантастическое дополнение к возможностям команды. «Мы сильно нагружаем наши инструменты, и углеродное волокно придает им немного большей жесткости, поэтому они не кажутся игрушками», — говорит Адам Госик-Вулф, инженер-механик в Shukla Medical. Но Адам и его команда хотели чего-то большего — они хотели металлические прототипы, чтобы хирургам было еще проще представить себе использование этого инструмента. Субраманья Наглапура, вице-президент по операциям в Shukla Medical, также увидел потенциал и поддержал покупку Metal X.После большого опыта работы со своим 3D-принтером Markforged из углеродного волокна, команда приняла решение добавить систему Metal X — при полной управленческой поддержке

Используя нержавеющую сталь 17-4 PH, Shukla Medical смогла создать прототип из того же материала, что и многие другие. готовой продукции. Теперь они используют свой 3D-принтер из углеродного волокна для первоначальных прототипов, а затем систему Metal X для окончательного прототипа, который передается в руки хирургов для оценки. «Хирург может представить себе, как он использует его в самом разрезе, и может сказать нам, правильно ли он чувствует себя в его руках», — говорит Свитцер.«Возможность более эффективного прототипирования и более быстрого вывода готовой продукции на рынок позволит нам оставаться в авангарде отрасли». 3D-принтер с непрерывным углеродным волокном также используется для изготовления мягких губок для любых деталей Metal X, требующих постобработки, что делает его и Metal X идеальным решением для 3D-печати для команды.

— Зак Свейтцер, менеджер по развитию продукции в Shukla Medical

Shukla Medical создала прототип деталей, используя 3D-печать из нержавеющей стали 17-4 PH.

Будущее

Компания Shukla Medical значительно сократила время коммерциализации своей продукции за счет использования 3D-принтера из углеродного волокна и системы Metal X. Инженеры S.S. White Technologies, дочерней компанией которой является Shukla Medical, часто используют принтеры Markforged для изготовления инструментов и приспособлений для аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности. «Мы собираемся быстрее выводить на рынок намного больше продуктов с нашими принтерами Markforged, и, наконец, у нас появилась свобода дизайна для этого», — говорит Свитцер.

Введение в 3D-печать металлом

3D-печать или ЧПУ? Найдите лучшую технологию для производства ваших металлических деталей

Загрузите наше руководство по производству металлических деталей

SLM & DMLS: в чем разница?

Выборочная лазерная плавка (SLM) и прямое лазерное спекание металла (DMLS) — это два процесса аддитивного производства металлов, которые относятся к семейству 3D-печати методом расплавления порошка. Эти две технологии имеют много общего: в обеих используется лазер для сканирования и выборочного сплавления (или плавления) частиц металлического порошка, связывания их вместе и создания детали слой за слоем.Кроме того, материалы, используемые в обоих процессах, представляют собой металлы в гранулированной форме.

Различия между SLM и DMLS сводятся к основам процесса связывания частиц (а также патентам): SLM использует металлические порошки с единой температурой плавления и полностью плавит частицы, тогда как в DMLS порошок состоит из материалов с переменной температурой плавления. точки, которые сливаются на молекулярном уровне при повышенных температурах.

По существу:

SLM производит детали из цельного металла , а DMLS производит детали из металлических сплавов .

И SLM, и DMLS используются в промышленных приложениях для создания конечных инженерных продуктов. В этой статье мы используем термин 3D-печать на металле для обозначения обоих процессов в целом и описываем основные механизмы процесса изготовления, которые необходимы инженерам и дизайнерам для понимания преимуществ и ограничений технологии.

Существуют и другие процессы аддитивного производства, которые можно использовать для производства плотных металлических деталей, такие как электронно-лучевая плавка (EBM) и ультразвуковое аддитивное производство (UAM).Однако их доступность и возможности применения ограничены, поэтому здесь они не будут представлены. Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о струйной очистке металлических связующих.

Процесс печати SLM / DMLS

Как работает 3D-печать металлом?

Базовый процесс изготовления SLM и DMLS очень похож. Вот как это работает:

  1. Камера сборки сначала заполняется инертным газом (например, аргоном) для минимизации окисления металлического порошка, а затем нагревается до оптимальной температуры сборки.
  2. Тонкий слой металлического порошка распределяется по платформе сборки, и лазер высокой мощности сканирует поперечное сечение компонента, плавя (или сплавливая) металлические частицы вместе и создавая следующий слой. Сканируется вся область модели, поэтому деталь создается полностью цельной.
  3. Когда процесс сканирования завершен, строительная платформа перемещается вниз на один слой, и устройство для повторного нанесения покрывает еще один тонкий слой металлического порошка. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет завершена вся часть.

Когда процесс сборки завершен, детали полностью заключены в металлический порошок. В отличие от процесса сплавления полимерного порошкового слоя (такого как SLS), детали прикрепляются к платформе сборки через опорные конструкции . Опора в металлической 3D-печати изготавливается из того же материала, что и деталь, и всегда требуется для смягчения деформации и искажения, которые могут возникнуть из-за высоких температур обработки.

Когда бункер охлаждается до комнатной температуры, излишки порошка удаляются вручную, а детали обычно подвергаются термообработке, пока они еще прикреплены к строительной платформе, чтобы снять любые остаточные напряжения.Затем компоненты отделяются от рабочей пластины с помощью резки, механической обработки или электроэрозионной обработки и готовы к использованию или дальнейшей постобработке.

Схема принтера SLM / DMLS

Повысьте свои навыки проектирования 3D-печати

Получите бесплатный плакат с правилами дизайна для 3D-печати

Характеристики SLM и DMLS

Параметры принтера

В SLM и DMLS почти все параметры процесса устанавливаются производителем станка. Высота слоя , используемого в 3D-печати на металле, варьируется от 20 до 50 микрон и зависит от свойств металлического порошка (текучесть, гранулометрический состав, форма и т. Д.).

Типичный размер сборки металлической системы 3D-печати составляет 250 x 150 x 150 мм, но также доступны машины большего размера (до 500 x 280 x 360 мм). Точность размеров , которую может достичь металлический 3D-принтер, составляет приблизительно ± 0,1 мм.

Металлические принтеры могут использоваться для мелкосерийного производства , но возможности систем трехмерной печати на металле больше напоминают возможности серийного производства машин FDM или SLA, чем SLS-принтеров: они ограничены доступной областью печати (направление XY ), так как детали должны быть прикреплены к платформе сборки.

Металлический порошок в SLM и DMLS пригоден для вторичной переработки. : как правило, уходит менее 5%. После каждой печати неиспользованный порошок собирается, просеивается, а затем доливается свежим материалом до уровня, необходимого для следующей сборки.

Отходы при печати на металле имеют форму опорной конструкции , которая имеет решающее значение для успешного завершения сборки, но может значительно увеличить количество требуемого материала (и стоимость).

Мелкосерийное производство велосипедной рамы с использованием SLM.Предоставлено: Renishaw и Empire Cycles

Слой адгезии

Металлические детали из SLM и DMLS имеют почти изотропные механические и термические свойства. Они твердые с очень небольшой внутренней пористостью (менее 0,2–0,5% в состоянии после печати и практически отсутствуют после термической обработки).

Детали с металлической печатью имеют на более высокую прочность и твердость и часто на более гибкие , чем детали, изготовленные с использованием традиционного метода. Однако они более склонны к утомлению.

Например, взгляните на механические свойства металлического сплава AlSi10Mg EOS для 3D-печати и сплава A360 для литья под давлением . Эти два материала имеют очень похожий химический состав, с высоким содержанием кремния и магния. Напечатанные детали имеют превосходные механические свойства и более высокую твердость по сравнению с кованым материалом.

Из-за гранулированной формы необработанного материала заводская шероховатость поверхности (Ra) металлической детали, напечатанной на 3D-принтере, составляет примерно 6-10 мкм.Эта относительно высокая шероховатость поверхности может частично объяснить более низкую усталостную прочность .

AlSi10Mg (сплав для 3D-печати) A360 (литье под давлением)
Предел текучести (деформация 0,2%) & ast; XY: 230 МПа Z: 230 МПа 165 МПа
Прочность на растяжение & ast; XY: 345 МПа Z: 350 МПа 317 МПа
Модуль и аст; XY: 70 ГПа Z: 60 ГПа 71 ГПа
Удлинение при разрыве & ast; XY: 12% Z: 11% 3.5%
Твердость и аст; 119 HBW 75 HBW
Усталостная прочность & ast; & ast; 97 МПа 124 МПа


& ast; : Термическая обработка: отжиг при 300 & # 8451 в течение 2 часов.
& ast; & ast; : Проверено на реальных образцах

Опорная конструкция и ориентация деталей

Опорные конструкции всегда требуются при печати на металле из-за очень высокой температуры обработки, и они обычно строятся с использованием решетчатого узора.

Поддержка 3D-печати металлом выполняет 3 разные функции:

  • Они предлагают подходящую платформу для строительства следующего слоя.
  • Они прикрепляют деталь к рабочей пластине и предотвращают деформацию.
  • Они действуют как радиатор , отводящий тепло от детали и позволяющий ей охлаждаться с более контролируемой скоростью.

Детали часто ориентируют под углом, чтобы свести к минимуму вероятность деформации и максимизировать прочность детали в критических направлениях.Однако это увеличит объем необходимой поддержки, время сборки, отходы материалов и (в конечном итоге) общую стоимость.

Деформация также может быть минимизирована с помощью рандомизированных шаблонов сканирования . Эта стратегия сканирования предотвращает накопление остаточных напряжений в любом конкретном направлении и добавляет детали характерную текстуру поверхности.

Поскольку стоимость печати на металле очень высока, моделирование часто используется для прогнозирования поведения детали во время обработки. Алгоритмы оптимизации топологии также используются не только для максимизации механических характеристик и создания легких деталей, но также для минимизации потребности в опорной конструкции и вероятности деформации.

Металлический кронштейн перед снятием опоры, ориентированный под углом 45 o .
Предоставлено: Concept Laser

Полые профили и легкие конструкции

В отличие от процессов плавления в полимерном порошковом слое, таких как SLS, большие полые секции обычно не используются в печати на металле, поскольку несущие конструкции не могут быть легко удалены.

Для внутренних каналов диаметром более 8 мм рекомендуется использовать ромбовидные или каплевидные поперечные сечения вместо круглых, поскольку они не требуют опорных конструкций. Дополнительные рекомендации по проектированию SLM и DMLS можно найти в этой статье.

В качестве альтернативы полым профилям детали могут быть выполнены с оболочкой и сердечником. Кожа и сердечники обрабатываются с использованием различной мощности лазера и скорости сканирования, что приводит к различным свойствам материала. Использование оболочки и стержней очень полезно при производстве деталей с большим твердым сечением, поскольку они значительно сокращают время печати и вероятность деформации и позволяют производить детали с высокой стабильностью и превосходным качеством поверхности.

Использование решетчатой ​​структуры также является распространенной стратегией в 3D-печати металлом для уменьшения веса детали. Алгоритмы оптимизации топологии также могут помочь в разработке органической облегченной формы .

Удаление порошка вокруг металлических деталей, изготовленных методом SLM-печати.

Общие материалы SLM и DMLS

SLM и DMLS могут производить детали из широкого спектра металлов и металлических сплавов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальт-хром и инконель.Эти материалы удовлетворяют потребности большинства промышленных применений, от аэрокосмической до медицинской. Драгоценные металлы, такие как золото, платина, палладий и серебро, также могут обрабатываться, но их применение является второстепенным и в основном ограничивается изготовлением ювелирных изделий.

Стоимость металлического порошка очень высока. Например, килограмм порошка из нержавеющей стали 316L стоит примерно 350-450 долларов. По этой причине минимизация объема деталей и необходимость поддержки являются ключом к поддержанию как можно более низких затрат.

Ключевым преимуществом металлической 3D-печати является ее совместимость с высокопрочными материалами, такими как никель или кобальт-хромовые суперсплавы, которые очень трудно обрабатывать традиционными методами производства. Значительная экономия затрат и времени может быть получена за счет использования 3D-печати на металле для создания детали почти чистой формы, которая впоследствии может быть подвергнута постобработке до очень высокого качества поверхности.

Материал
Алюминиевые сплавы

Хорошие механические и термические свойства

Низкая плотность

Хорошая электропроводность

Низкая твердость

Нержавеющая сталь и инструментальная сталь

Высокая износостойкость

Высокая твердость

Хорошая пластичность и свариваемость

Титановые сплавы

Коррозионная стойкость

Превосходное соотношение прочности и веса

Низкое тепловое расширение

Биосовместимый

Кобальт-хромовые суперсплавы

Превосходная износостойкость и коррозионная стойкость

Отличные свойства при повышенных температурах

Очень высокая твердость

Биосовместимый

Никелевые суперсплавы (инконель)

Отличные механические свойства

Высокая коррозионная стойкость

Термостойкость до 1200 o C

Используется в экстремальных условиях

Драгоценные металлы

Используется в ювелирном деле

Нет в наличии

Сравните затраты на 3D печать металлом

Получите мгновенную цитату

Постобработка

Для улучшения механических свойств, точности и внешнего вида металлических печатных деталей используются различные методы постобработки.

Обязательные этапы последующей обработки включают удаление рыхлого порошка и опорных структур, а термическая обработка (термический отжиг) обычно используется для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств детали.

Обработка с ЧПУ

может использоваться для деталей, имеющих решающие размеры (таких как отверстия или резьба). Пескоструйная очистка, металлизация, полировка и микрообработка могут улучшить качество поверхности и усталостную прочность металлической детали с печатью.

Спутниковая антенна изготовлена ​​с использованием DMLS. Предоставлено: Concept Laser и Optisys LLC

Подробнее о станках с ЧПУ

Скачать руководство по проектированию и производству

Преимущества и ограничения 3D-печати металлом

Вот основные преимущества и недостатки процессов 3D-печати металлом:

С помощью процессов 3D-печати металлом можно изготавливать сложные индивидуальные детали с геометрией, которую невозможно получить с помощью традиционных методов производства.

Металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, можно оптимизировать топологически, чтобы максимизировать их производительность при минимальном весе и общем количестве компонентов в сборке.

Металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, обладают превосходными физическими свойствами, а диапазон доступных материалов включает труднообрабатываемые иным образом материалы, такие как металлические суперсплавы.

Затраты на материалы и производство, связанные с 3D-печатью на металле, высоки, поэтому эти технологии не подходят для деталей, которые можно легко изготовить традиционными методами.

Размер сборки систем трехмерной печати на металле ограничен, так как требуются точные производственные условия и контроль процесса.

Уже существующие конструкции могут не подходить для 3D-печати металлом и, возможно, потребуется изменить.

Подробное руководство по проектированию металлической 3D-печати дано в этой статье Базы знаний. Основные характеристики систем SLM и DMLS приведены в таблице ниже:

3D-печать металлом (SLM / DMLS)
Материалы Металлы и металлические сплавы (алюминий, сталь, титан и т. Д.)
Точность размеров ± 0.1 мм
Типичный размер сборки 250 x 150 x 150 мм (до 500 x 280 x 360 мм)
Толщина общего слоя 20-50 мкм
Поддержка Всегда требуется

Эмпирические правила

  • Металл 3D-печать наиболее подходит для сложных деталей, которые сложно или очень дорого производить традиционными методами.
  • Сведение к минимуму необходимости в опорных конструкциях значительно снизит стоимость печати на металле.
  • Оптимизация топологии важна для получения максимальных дополнительных преимуществ от использования печати на металле.
  • Металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, обладают отличными механическими свойствами и могут изготавливаться из широкого спектра конструкционных материалов, включая металлические суперсплавы.

Узнайте разницу между 3D-печатью металлом и ЧПУ

Загрузите наше руководство по производству металлических деталей

Металлическая 3D-печать: опровергнуты 7 распространенных заблуждений

3 марта 2020 г.

Отсутствие понимания возможностей и ограничений 3D-печати металлом остается одной из ключевых проблем на пути к более широкому внедрению этой технологии.Заблуждения, возникшие вокруг технологии, только подливают масла в огонь.

В сегодняшней статье мы разберем некоторые распространенные мифы, связанные с 3D-печатью металлом, чтобы раскрыть правду и вооружить вас фактами.

1. 3D-печать металлом — слишком дорогое удовольствие

Аддитивное производство металлов (AM) может быть дорогостоящей технологией. Некоторые металлические системы AM могут стоить до миллиона долларов, что делает их доступными только для крупных предприятий.

Тем не менее, некоторые компании понимают, что такие капиталовложения недопустимы для небольших фирм и механических цехов, и специально разработали 3D-принтеры по цене ниже 200 000 долларов. Такие системы нацелены на демократизацию 3D-печати металлом, открывая доступ к технологиям для более широких рынков.

Примеры включают такие компании, как Xact Metal, Laser Melting Innovations (LMI) и One Click Metal, которые демократизируют технологию плавления металлического порошка.

В большинстве случаев эти компании оснастили свои системы более экономичными компонентами, чтобы снизить затраты на оборудование. Например, в 3D-принтере LMI Alpha 140 используется диодный лазер, который дешевле и менее подвержен повреждениям, чем CO2-лазер. И вместо дорогих систем сканирования Alpha 140 оснащена лазерной системой с декартовым движением. Благодаря этим изменениям компания смогла снизить цену на свою машину до менее чем 100 000 евро.

Кроме того, другие компании, такие как Desktop Metal и Markforged, разработали новый подход к 3D-печати металлом, чтобы сделать ее более доступной.И система Desktop Metal Studio, и система Metal X от Markforged основаны на аналогичной технологии, в то время как металлические порошки, заключенные в пластиковую нить, экструдируются через сопло для создания сырых деталей, которые затем спекаются в печи.

Что делает этот подход более доступным, так это более дешевые компоненты, необходимые для производства принтера, и более низкие эксплуатационные расходы, достигаемые за счет более дешевых материалов для литья металла под давлением.

По цене менее 200 000 долларов и Metal X, и Studio System открыли новые возможности в области 3D-печати металлом, сделав процесс менее дорогостоящим, удобным для офиса и более простым в управлении.

2. Большинство металлических систем AM аналогичны

Еще одно распространенное заблуждение — все металлические 3D-принтеры похожи. На самом деле существует целых пять ключевых технологий 3D-печати металлом, каждая со своими уникальными требованиями и функциональностью.

Даже в пределах одной технологической группы 3D-принтеры могут существенно различаться. В качестве примера возьмем металлический порошковый сплав (PBF), процесс, при котором металлические порошки наплавляются слой за слоем с помощью мощного источника тепла.Хотя ключевая идея PBF остается прежней, существует несколько совершенно уникальных подходов к этой технологии.

Например, VELO3D разработала 3D-принтер для расплавления порошкового слоя, который имеет уникальный механизм повторного нанесения покрытия и тесно интегрирован с программным обеспечением. Это дает системе уникальную возможность печати деталей практически без опорных конструкций.

В другом примере, Aurora Labs разрабатывает металлический 3D-принтер PBF, который сможет печатать детали с беспрецедентной технологией PBF скоростью до тонны металла в день.

В целом ландшафт 3D-печати металлом довольно сложен, и за ним бывает трудно следить. Вы можете прочитать наше полное руководство по 3D-печати из металла, чтобы узнать больше об этой технологии.

3. 3D-печать металлом подходит только для мелкосерийного производства

3D-печать металлом — это действительно популярная технология, когда нужно производить небольшие объемы деталей. Однако на этом его возможности не заканчиваются. Некоторые 3D-принтеры по металлу, в частности те, которые основаны на технологии струйной печати связующего, могут работать с партиями деталей от средних до крупных.

Одна компания, иллюстрирующая это, — 3DEO. Компания, занимающаяся 3D-печатью металла, разработала запатентованную технологию Intelligent Layering, которая позволяет производить массовое, воспроизводимое и автоматизированное производство металлических деталей.

[Изображение предоставлено 3DEO]

Аддитивный процесс 3DEO состоит из трех этапов. Сначала машина распределяет тонкий слой стандартного металлического порошка для литья под давлением (MIM). Затем распыляет связующее на весь слой. Наконец, он использует концевую фрезу с ЧПУ для точного определения формы детали на каждом слое.Такой гибридный подход позволяет компании, которая использует свою технологию в качестве услуги, обрабатывать заказы объемом 250 000 штук в год.

Другим примером является производственная система Desktop Metal’s Production, машина для струйной печати связующего, способная печатать со скоростью до 12 000 см3 / час, что означает более 60 кг металлических деталей в час. Такая скорость на порядки выше, чем у большинства металлических 3D-принтеров на рынке, что делает его идеальным для производства сложных металлических деталей в больших объемах.

Как потенциальная альтернатива традиционным методам, таким как механическая обработка, эти методы демонстрируют, что отрасль разрабатывает решения для более быстрой 3D-печати металлом, выводя эту технологию в новую сферу более крупносерийного производства.

4. Высококачественные приложения — единственные приложения, которые стимулируют спрос на 3D-печать металлом

Metal AM был действительно впервые использован для высокотехнологичных приложений в аэрокосмической и медицинской промышленности. Однако с распространением более доступных решений для 3D-печати металлом спектр приложений расширился до запасных частей, функциональных прототипов и нестандартных инструментов.

Интересно, что способность 3D-печати улучшать существующие производственные процессы с помощью аддитивных форм, приспособлений и приспособлений считается одним из основных преимуществ AM, согласно недавнему отчету EY.

Например, компания по производству инструментов Built-Rite использует собственную систему Studio Desktop Metal для производства компонентов для сборки быстроповоротных пресс-форм. Система Studio работает путем нагрева и экструзии металлических стержней — металлического порошка и полимерных связующих — формируя сырую деталь слой за слоем, а затем деталь спекается в удобной для офиса печи.

Вставка пресс-формы, напечатанная на 3D-принтере [Изображение предоставлено Desktop Metal]

Этот процесс позволяет Built-Rite сделать компоненты на 90 процентов дешевле и на 30 процентов быстрее, чем при аутсорсинге, при этом уменьшая вес и, следовательно, использование материалов, на 40 процентов.

Когда дело доходит до производства запасных частей, metal AM может помочь устранить несколько основных факторов, влияющих на стоимость послепродажного обслуживания и ремонта: большие запасы, старые запасные части, на которые меньше спрос, и устаревшие или немоторные части на складах.

Очевидно, что преимущества 3D-печати металлом выходят за рамки дорогостоящих аэрокосмических и медицинских компонентов, поскольку она становится технологией с широким спектром низкоуровневых приложений.

5. Металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, уступают обычным металлическим деталям

Многие производители не уверены в том, может ли качество металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере, быть таким же, как у деталей, изготовленных традиционным способом.Это заблуждение возникло в основном из-за новизны металлической 3D-печати, которая еще должна доказать свою пригодность для производства деталей конечного использования.

Rocket Lab использует 3D-печать металлом для производства всех основных компонентов своего ракетного двигателя Резерфорд [Изображение предоставлено: Rocket Lab]

На самом деле, приверженцы технологий уже доказали, что качество металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере, равно или даже превосходит качество традиционных аналогов.Вот почему мы все чаще видим, как металлические детали AM используются в критических системах, таких как ракетные двигатели, теплообменники и различные детали турбин.

Несмотря на то, что создание квалифицированного технологического процесса AM для металла может быть сложной задачей, производители внедряют эту технологию, чтобы в конечном итоге воспользоваться преимуществами более эффективных, легких и эффективных металлических компонентов.

6. Металлические 3D-принтеры могут печатать только мелкие детали

По мере роста спроса на более крупные металлические детали технология эволюционировала, позволяя производить более крупные компоненты.

В 2020 году большинство 3D-принтеров, особенно на основе порошковой технологии и технологии струйной печати связующего, будут создавать мелкие детали, измеряемые в сантиметрах. Например, в случае технологии PBF, когда слои металлического порошка плавятся с помощью лазера или электронного луча, большие детали трудно создать из-за накопления напряжений внутри детали. Чем больше деталь, тем больше изменения температуры, которые увеличивают остаточное напряжение и изменение деформации детали.

Вот почему производство более крупных деталей часто осуществляется с использованием других технологий металлического AM, таких как прямое энергетическое напыление и аддитивное производство проволочной дуги.

Например, производитель металлических 3D-принтеров Sciaky предлагает одни из крупнейших в мире металлических 3D-принтеров, основанных на технологии электронно-лучевого аддитивного производства (EBAM). Sciaky позиционирует свою систему AM как более быструю и доступную альтернативу крупногабаритным поковкам и отливкам.

Один из ее 3D-принтеров, EBAM 150, имеет впечатляющие размеры 3708 x 1575 x 1575 мм.

EBAM использует процесс, подобный сварке, когда электронный луч используется для плавления металла в форме проволоки.Это означает, что данная технология хорошо подходит для обработки широкого спектра свариваемых материалов, от титана до инконеля и нержавеющей стали.

Lockheed Martin напечатала на 3D-принтере титановые купола для космических кораблей [Изображение предоставлено Lockheed Martin]

Lockheed Martin — один из пользователей технологии EBAM. Аэрокосмическая компания применила его для создания двух гигантских куполов для резервуаров высокого давления, несущих топливо на борту спутников. Эта технология позволила Lockheed Martin напечатать на 3D-принтере два купола диаметром 116 см каждый за три месяца вместо двух лет, что на целых 87 процентов сократило время выполнения заказа.

Возможности 3D-печати металлом явно выходят за рамки простых компонентов, открывая возможность 3D-печати крупномасштабных деталей более быстрым и гибким способом.

7. Повторное использование металлического порошка отрицательно влияет на свойства материала детали

Последнее заблуждение, которое мы обсудим сегодня, заключается в том, что повторное использование и переработка порошка в процессе PBF на основе лазера отрицательно влияет на свойства материала и приводит к ухудшению качества деталей.

В PBF после завершения процесса печати нерасплавленный порошок повторно используется, а затем смешивается с новым порошком в заданной пропорции.Однако инженеры, скептически относящиеся к переработке материалов, часто указывают максимальный возраст порошка и требуют от поставщиков AM выбросить весь старый порошок.

Тем не менее, многочисленные исследования доказывают, что повторное использование и переработка порошка при надлежащем контроле не только не влияет на механические свойства, но также позволяет использовать PBF на основе лазера как более эффективный и экономичный процесс AM.

Поставщик услуг 3D-печати, компания Stratasys Direct Manufacturing, например, провела углубленное исследование влияния вторичной переработки на детали, изготовленные из суперсплавов на основе никеля.Измеряя различные параметры, такие как прочность на разрыв и предел текучести деталей, напечатанных на 3D-принтере из переработанного материала, исследование показало, что переработка практически не влияет на свойства Inconel 718 и Inconel 625 при комнатной температуре или при повышенных температурах.

В другом исследовании Renishaw , производитель металлических 3D-принтеров, выполнил в общей сложности 38 сборок с использованием переработанного порошка Ti6Al4V ELI (Extra Low Interstitial) из титанового сплава. Компания пришла к выводу, что изменения в порошке за период исследования не были достаточно значительными, чтобы повлиять на настройки параметров материала, и нет никаких доказательств того, что потребуется утилизация порошка.

Преодоление заблуждений в области 3D-печати металлом

По мере того, как металлическая 3D-печать продолжает развиваться, один из способов сделать эту технологию более распространенной — это информировать людей об истинных возможностях и ограничениях этой технологии.

В конечном итоге, вооруженная современными знаниями, металлургическая промышленность AM может быстрее продвигаться по пути индустриализации, открывая технологию для более широких рынков и приложений.

Металлических вех в 3D-печати

Отслеживание недалеких корней металлической 3D-печати, ее развития и направления ее развития

RenAM 500Q от Renishaw для печати деталей для оптической системы Renishaw.

По сравнению с механической обработкой и другими традиционными процессами обработки металлов аддитивное производство (AM) является новинкой. Большинство отраслевых экспертов относят ее рождение к 1987 году, когда Чак Халл из компании 3D Systems представил первую коммерчески доступную стереолитографическую машину SLA-1. Два года спустя соучредитель Stratasys Скотт Крамп и его жена Лиза разработали FDM (моделирование методом наплавленного осаждения), а через два года после этого основатель Electro Optical Systems (EOS) Ганс Лангер представил STEREOS 400, прямого конкурента SLA-1. .Так родилась индустрия быстрого прототипирования.

Однако у этих ранних систем была только одна проблема: они печатали только на пластике. Если вам нужны металлические детали, вам нужно будет их обработать, штамповать, сформировать или отлить. Конечно, EOS разработала то, что многие считают первым 3D-принтером для металла — EOSINT M250 — в 1994 году, но в этой машине использовалась смесь металлических порошков, например, бронзы и никеля, один из которых обеспечивал низкую температуру плавления, необходимую для формирования связующая матрица. Как называется эта технология печати на металле? DMLS, или прямое лазерное спекание металла.

Нет больше агломерата

В результате первые полностью плотные металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, появятся не раньше 2004 года или около того. Именно тогда EOS представила EOSINT M270, систему порошкового слоя, оснащенную 200-ваттным волоконным лазером с диодной накачкой и мощностью, достаточной для фактического плавления отдельных металлических частиц. К счастью, компании не пришлось менять название своей торговой марки — S в DMLS теперь означает затвердевание или «schmelzen» (по-немецки «плавиться»), хотя большинство представителей отрасли все еще называют это спеканием.

С тех пор многое изменилось. Хотя лежащая в основе методология «один слой за раз, работая снизу вверх», общая практически для всех 3D-принтеров, не изменилась за последние три десятилетия, DMLS и его кузен, электронно-лучевое плавление (EBM), продолжали развиваться. точные и функциональные, до такой степени, что части, которые сейчас выходят из этих машин, обычно используются для критически важных для полета приложений, а также в человеческом теле. В то же время существует несколько новых аддитивных технологий для металлов.К ним относятся струя металлического связующего, системы прямого осаждения энергии (DED) с использованием металлического порошка или проволоки, а также металлический аналог FDM, экструзия связанного порошка (BPE). Подробнее об этом чуть позже.

Новая функция, доступная в 3DXpert 15, позволяет полностью автоматизировать процесс создания опор для различных геометрических форм, сохраняя при этом высокий уровень дополнительного ручного управления.

Благодаря этим разработкам появилась обширная база знаний и вспомогательная инфраструктура, необходимая для полного использования металлического AM, главной из которых является целая отрасль, построенная на обработке высококачественных металлических порошков.«В 1994 году никто не производил порошок», — сказал Анкит Сахаран, менеджер по разработке приложений и НИОКР в EOS North America, Пфлюгервилль, Техас. «Мы были вынуждены использовать отходы других производственных процессов и разрабатывать смеси, которые позволили бы достичь наших целей. К 2004 году у нас было девять металлов, а сегодня доступны практически все основные сплавы, а также ряд новых, часто патентованных материалов ».

3D-принтер не ваших родителей

Помимо использования этой металлической радуги порошков, EOS и другие упорно трудились над улучшением своих изделий.Мощность лазера увеличилась в пять и более раз, при этом в некоторых производственных системах используются сдвоенные или даже четырехканальные лазеры. Использование вакуума или инертных газов, таких как аргон, вместе с герметично закрытыми рабочими камерами привело к созданию более металлургически надежных изделий. Технология повторного нанесения покрытия продолжает развиваться, равно как и лазерное управление и использование встроенных метрологических систем для мониторинга процессов сборки. Проще говоря, 3D-печать металлом собирается стать основным процессом, позволяющим производить детали, которые раньше были невозможны в истории производства.

Большая часть этого успеха связана с современным программным обеспечением САПР. Разработчикам продуктов AM пришлось отказаться от многолетнего дизайна по принципам технологичности (DFM) в пользу дизайна для аддитивного производства (DfAM), большая часть которого вращается вокруг создания нетрадиционных форм и геометрий, которыми известна 3D-печать. Кто-то может возразить, что без программного обеспечения для генеративного дизайна 3D-печать похожа на точно настроенный двигатель, вынужденный работать на низкооктановом топливе. Но есть также программное обеспечение для подготовки сборки, программное обеспечение для управления и мониторинга процесса, программное обеспечение для моделирования, и эти инструменты так же важны для металлического AM, как и высококачественные порошки и сырье.

Марк Кук, вице-президент по управлению продуктами подразделения металлов в 3D Systems Inc., Рок-Хилл, Южная Каролина, согласился. Он сказал, что 3DXpert компании объединяет эти и другие функции в единый параметрический пакет, предоставляя операторам AM платформу на основе САПР, которая охватывает начальный импорт файлов и постобработку. «У каждой компании есть резидентное программное обеспечение для станков для подготовки сборки и управления параметрами процесса, но мы разработали 3DXpert как единое решение для всего рабочего процесса AM для металла.”

Хотя компания 3D Systems была пионером в аддитивном производстве на основе полимеров. Компания сыграла жизненно важную роль в развитии SLS (селективного лазерного спекания) после приобретения в 2001 году компании DTM изобретателя Карла Декарда. Тем не менее, он не входил в сферу AM-металла до 2013 года. Именно тогда он добавил DMP (прямая печать на металле) в свой портфель продуктов, работая с Phenix Systems, Риом, Франция, а затем приобретя контрольный пакет акций, а через год — с приобретение LayerWise в г. Лёвен, Бельгия.

С тех пор компания 3D Systems продолжала совершенствовать эти две технологии DMP, начав с внедрения бескислородной среды сборки. «Помещая всю камеру под вакуумом, мы можем удалить кислород и азот из порошка, уменьшив при этом поглощение других загрязняющих веществ», — сказал Кук. «Это ключевая особенность для клиентов, производящих самолеты и медицинские детали, особенно те, которые сделаны из титана, который реагирует с кислородом. Мы также расширили этот уровень контроля окружающей среды на наш съемный модуль печати.Это не только обеспечивает стабильное качество порошка и, следовательно, более стабильные детали, но также упрощает погрузочно-разгрузочные работы и сокращает время простоя машины. Мы считаем, что каждый из этих атрибутов имеет решающее значение для производственного аддитивного производства металлов ».

Rock Hill в Левен (и обратно)

Кук отметил, что семена этой вакуумной технологии исходили от LayerWise, производителя оборудования DMP, расположенного рядом с другим пионером AM, Materialise NV. По иронии судьбы, основатель Materialise Фрид Ванкраен и его жена Хильде купили одну из первых версий стереолитографических машин 3D Systems — SLA-250.Это было в 1990 году, и это был их первый 3D-принтер. Также парадоксален тот факт, что примерно в это же время Барт Ван дер Шуерен, технический директор Materialise, работал над прототипом лазерного принтера по металлу в рамках своей магистерской диссертации на факультете машиностроения KU Leuven. Ван дер Шуерен присоединился к Materialise несколько лет спустя, но его ранняя работа по плавлению электронным пучком была подхвачена другими в университете и в конечном итоге привела к созданию LayerWise в 2008 году.Мир 3D-печати действительно сплочен.

Как и все производственные процессы, работа с металлическим 3D-принтером требует соблюдения соответствующих правил безопасности, включая защиту работников.

Несмотря на то, что компания Materialise NV, Плимут, штат Мичиган, была одной из первых, кто начал применять полимерную 3D-печать, это еще одна компания, которая плохо знакома с металлической компанией AM, хотя и не так, как вы могли бы подумать. Еще в 2008 году компания Materialise начала коммерциализацию металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере, через ряд приобретений и партнерских отношений, прежде всего в ортопедическом секторе.Эта работа была проведена собственными силами в 2014 году после того, как Materialise инвестировала в станки DMLS и LaserCUSING от EOS и Concept Laser соответственно.

«Для нас не было экономического смысла инвестировать в собственное оборудование, не поначалу», — пояснил Ван дер Шуерен. «Мы наблюдали, как производительность 3D-принтеров по металлу неуклонно росла год за годом, но в те первые дни их устаревание вызывало особую озабоченность. В то же время нам нужно было развить знания, необходимые для рентабельной эксплуатации принтера по металлу, а также создать поток доходов, необходимый для поддержки таких инвестиций.”

Сегодня у Materialise около 200 3D-принтеров, из которых около двадцати могут печатать на металле. Компания также признана лидером в сфере услуг и программного обеспечения для 3D-печати. Платформа Materialize Magics — это не зависящий от бренда набор утилит, охватывающий все: от подготовки сборки, о которой говорилось ранее, до функций обработки и контроля качества и инструментов виртуального планирования, необходимых для черепно-челюстно-лицевой (CMF) хирургии, в которой специализируется Materialise.

От имплантатов до деталей самолетов

То же самое и с ПЛК Renishaw.С 2009 года британский производитель метрологии глубоко погрузился в секторы CMF и стоматологии, начав с покупки металлического 3D-принтера. «Наш председатель был недоволен достигнутыми результатами и решил, что мы разработаем собственное оборудование, — сказал Марк Кирби, менеджер по аддитивному производству Renishaw Canada. «Мы начали с покупки MTT Technologies в 2011 году, компании, у которой уже была линия оборудования для аддитивного производства, которую мы использовали в качестве отправной точки».

Это оборудование было быстро модернизировано и переименовано, чтобы поставить 200-ваттный станок с одним лазером, известный как Renishaw AM 250, который с тех пор был заменен AM 400.Однако совсем недавно компания Renishaw представила свой многолазерный RenAM 500Q. «Мы продолжаем улучшать нашу аддитивную платформу, разрабатывая собственную оптическую систему, которую мы, кстати, печатаем на нашем оборудовании в 3D, а также систему рециркуляции и фильтрации порошка», — сказал Кирби. «Модель 500Q является кульминацией всех этих достижений вместе с четырьмя независимыми лазерами мощностью 500 Вт для максимальной производительности и скорости сборки».

По словам Кирби, не только скорость, но и потребность в воспроизводимости процесса в целом движет индустрия AM.Это означает, что сегодня можно печатать детали с такими же металлургическими и физическими характеристиками, как и в прошлом году, поэтому большинство разработчиков машиностроителей (включая Renishaw) по-прежнему сосредотачиваются на контроле среды сборки, управлении порошком и лазером, а также на расширенном программном обеспечении для обработки. . Renishaw — один из многих производителей оборудования, поддерживающих интеграцию с пакетом Materialize Magics, хотя Кирби отметил, что компания также разработала собственную программу подготовки сборки QuantAM и программное обеспечение для мониторинга процессов под торговой маркой InfiniAM.Другие машиностроители последовали их примеру с аналогичными системами.

В конечном итоге, управление процессом означает возможность печатать детали на любом станке, будь то Renishaw или другой производитель. Это становится еще более актуальным при увеличении объемов производства, например, в автомобильной промышленности, или в сценариях распределенного производства. Поэтому машиностроители должны предоставлять надежные решения для печати на металле, предположил Кирби, но достаточно предсказуемые, чтобы все машины в сборочной ферме работали одинаково.«Если бы мы говорили о механической обработке, никто бы никогда не сказал:« Ну, это можно сделать только на Mazak, Okuma или Matsuura ». Это было бы совершенно неприемлемо для любого производителя, что бы они ни производили», — сказал Кирби.

Этот теплообменник, напечатанный на 3D-принтере из Inconel 718, демонстрирует не требующие поддержки возможности VELO3D при печати внутренних охлаждающих каналов и мелких деталей.

Без поддержки

Необходимость во временных опорных конструкциях, которые необходимо удалить после сборки, была проблемой для индустрии 3D-печати.Есть решение? Зак Мерфри думает, что мы приближаемся. Вице-президент по техническому партнерству поставщика решений для аддитивного производства VELO3D Inc., Кэмпбелл, Калифорния, быстро отмечает, что принтер Sapphire компании нарушает нормы AM для металла, сокращая, а в некоторых случаях устраняя эти вспомогательные конструкции. «Мы продолжаем раздвигать конечные пределы процесса LPBF (сплавление в лазерном порошковом слое) и смогли успешно печатать углы с нулевым градусом, то есть горизонтальные поверхности, вообще без каких-либо поддерживающих структур», — сказал он.

Печать без поддержки дает несколько преимуществ, пояснил Мерфри. Снижается стоимость постобработки, которая часто составляет значительную часть от общей стоимости единицы продукции. Кроме того, требуется меньше изменений конструкции, связанных с поддержкой, что упрощает процесс перехода деталей от традиционного производства к аддитивному. Всю рабочую камеру можно использовать, когда детали не нужно прикреплять к рабочей пластине, что значительно увеличивает производительность машины. Возможно, наиболее важно то, что дизайнеры достигают большей свободы с помощью печати без опоры, открывая двери для ранее не производимых конструкций, таких как внутренние каналы для жидкости и теплообменники, и тонких деталей, которые могут быть разрушены вторичными процессами обработки.

Несмотря на эти успехи, Мерфри предположил, что индустрии AM в целом еще предстоит пройти путь, прежде чем она станет полностью мейнстримом. «Я думаю, что обеспечение качества 3D-печати все еще недостаточно развито», — сказал он. «Нехватка убедительных данных о качестве деталей на месте — это повсеместная проблема, с которой сталкиваются все конечные пользователи. Из-за этого клиенты, как правило, не доверяют деталям, которые они получают из аддитивных систем, что мы решили с помощью нашей новой системы обеспечения качества и контроля, которая объединяет калибровку станков вместе с метрологией, чтобы предоставить исчерпывающий отчет о сборке, который дает пользователь подробно разбирается в том, что происходило во время сборки.

«Существует также стоимость деталей, напечатанных на 3D-принтере, которая, как правило, выше, чем стоимость деталей, произведенных с помощью традиционных производственных процессов, и поэтому в некоторой степени ограничивает использование технологии дорогостоящими аэрокосмическими и медицинскими деталями», — продолжил Мерфри. «Чтобы снизить затраты, вы видите системы с более крупными платформами для сборки и несколькими лазерами, а также улучшения качества, необходимые для крупных производственных приложений».

Познакомьтесь с ADAM

До сих пор мы обсуждали только принтеры для наплавки металлического порошка (PBF), которые используют лазер или, в некоторых случаях, электронный луч для соединения крошечных кусочков металла в полностью плотные изделия.Тем не менее, в аддитивном блоке появились новые дети — системы, которые обещают создавать в 100 раз быстрее, чем принтеры PBF, с гораздо меньшими инвестиционными затратами на загрузку. Более того, большинство этих систем предназначены для офисного использования или легкой промышленности, что позволяет использовать принтер непосредственно рядом с дизайнерами и инженерами продуктов и предоставлять их в распоряжение.

Одна из этих систем поступает от Markforged Inc., Уотертаун, штат Массачусетс, где директор по материалам Джо Рой-Мэйхью описал, как компания использовала свой опыт в области 3D-печати композитных материалов в качестве входа в металлический AM.«Мы запустили наш первый металлический 3D-принтер — Metal X — в феврале 2019 года с целью демократизации металлической 3D-печати с помощью искробезопасного и экономичного метода производства деталей», — сказал он.

Печатная ферма Markforged считается экономичным и масштабируемым решением для 3D-печати из углеродного волокна и металла.

В принтере Metal X в качестве сырья используется металлический порошок, связанный в пластиковой матрице (то, что многие называют экструзией связанного порошка [BPE]). На момент запуска продукта этот материал ограничивался нержавеющей сталью 17-4 PH, хотя с тех пор компания расширила свое предложение, включив в него Inconel 625 и несколько марок инструментальной стали.Система работает путем экструзии металлического сырья аналогично печати FDM, но оставляет после себя «зеленую» часть, которую затем промывают для удаления большей части связующего материала. Теперь «коричневая» деталь перемещается в печь для спекания, сжигая оставшееся связующее и превращая заготовку в полностью плотный металлический компонент.

Этот процесс в Markforged называют аддитивным производством с атомной диффузией (ADAM). Рой-Мэйхью сказал, что он предлагает несколько преимуществ по сравнению с системами PBF, начиная с порошка.«При лазерном спекании обычно используется слой металлического порошка, и детали, выходящие из этого слоя, зависят от его свойств», — сказал он. «Также существуют соображения по обращению с металлическим порошком, таким как отходы и переработка, а также вспомогательные конструкции и требования к постобработке. У нас нет ничего подобного с ADAM. Это простая в использовании система, которая предоставляет согласованные и надежные детали и может быть развернута практически где угодно ».

Volkswagen намерен использовать HP Metal Jet для 3D-печати различных деталей автомобилей следующего поколения.

Увеличьте объем

Другой альтернативой металлическому PBF является струя связующего, или, более конкретно, HP Metal Jet. Удай Ядати, ответственный за управление продуктами, стратегию, развитие бизнеса и разработку приложений в HP Inc. в Пало-Альто, Калифорния, объяснил, что система работает как традиционный бумажный принтер, поскольку в ней используется глобальная обработка для создания всего слой за один раз. «HP Metal Jet может наносить до 630 миллионов капель жидкого связующего в секунду размером до 630 миллионов нанограмм на слой металлического порошка, что помогает быстро и точно построить деталь слой за слоем», — сказал он.«В результате скорость сборки в 50 раз выше, чем у других технологий аддитивного производства металлов, представленных на рынке, но [струя связующего] также дешевле и надежнее».

Как и в случае с технологией ADAM от Markforged, детали сопла со связующим подвергаются различным вторичным процессам — в случае HP Metal Jet, они включают снятие осадка для удаления рыхлого порошка с последующим спеканием в печи. Также может потребоваться обработка деталей с жесткими допусками, а также полировка для соответствия требованиям к чистоте поверхности.HP Metal Jet в настоящее время ограничивается стандартными порошками для нержавеющей стали, хотя компания работает с партнерами по материалам для расширения своего портфеля. Однако не ограничивается ее пропускная способность: по словам Ядати, эта технология нацелена на массовое производство промышленных металлических деталей, особенно тех, которые используются в автомобильной промышленности и сфере потребительских товаров.

«Наша технология открывает огромные возможности для автопроизводителей, поскольку они переходят на электромобили (EV) и отказываются от двигателей внутреннего сгорания», — сказал он.«Volkswagen, например, завершил успешное выполнение первого шага в своей стратегической дорожной карте для Metal Jet, выполнив производство более 10 000 высококачественных деталей, произведенных HP и GKN Powder Metallurgy, для поддержки перспективного запуска электромобиля ID.3. мероприятие. На последующих этапах Volkswagen намеревается как можно быстрее интегрировать структурные детали, напечатанные Metal Jet, в автомобили следующего поколения и нацелен на постоянное увеличение размеров и точности деталей с будущей целью изготовления деталей размером с футбольный мяч, производимых в серийном производстве.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *