Русский 
English 
Español 
Français 
العربية 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Nederlands (Formeel) 
日本語 
Türkçe 
Українська 
Когда речь заходит о 3D-печати, стоит обсудить металлическую 3D-печать, поскольку металлы обладают высокой прочностью и долговечностью. В первую очередь металлическая 3D-печать является синонимом аддитивного производства, которое занимается созданием изделий путем создания слоев один за другим.
Существуют различные технологии металлической 3D-печати. Таким образом, вы можете выбирать между типами материалов, чтобы получить идеальное сочетание долговечности, стоимости, качества поверхности и скорости. Здесь представлено полное руководство по процессу, работе, типам и применению металлической 3D-печати.
Что такое технология 3D-печати металла и как она работает?
Металлическая 3D-печать - это технология аддитивного производства, которая позволяет получать металлические детали в виде слоев путем спекания, плавления и сварки. Металлическая 3D-печать обычно использует металлический порошок для работы. Как правило, в 3D-печати металлами задействован широкий спектр металлических сплавов и металлов, включая нержавеющую 3D-печать, а также сталь, алюминий, кобальт-хром и титан.
Обработка металла для 3D-принтеров в основном вращается вокруг SLM и DMLS. Итак, давайте посмотрим, как это работает:
Прежде чем перейти к процессу металлической 3D-печати, позвольте мне представить платформу для сборки. Обычно металлические детали крепятся к ней с помощью опорных конструкций, изготовленных из того же материала, что и детали. Платформа для сборки в основном предотвращает деформацию или изгиб под воздействием высоких температур.
Шаг 1
Первый шаг - минимизация вероятности окисления металлического порошка путем заполнения камеры построения инертным газом, например, аргоном. Затем камера нагревается до оптимальной температуры.
Шаг 2
После нанесения тонкого слоя металлического порошка поперечное сечение детали сканируется мощным лазером.
В результате металлические частицы сплавляются и образуют новый слой. Аналогичным образом контролируется вся площадь металлической детали, чтобы обеспечить формирование полностью цельного изделия.
Шаг 3
Как только процесс сканирования заканчивается, платформа для сборки перемещается вниз и наносит второй тонкий слой металла с помощью устройства повторного покрытия. Процесс повторяется до формирования конечного продукта.
Шаг 4
После того как изделие сформировано и бункер остывает до комнатной температуры, излишки металлического порошка должны быть удалены техниками вручную. После этого деталь подвергается термообработке, не отрывая ее от платформы. При этом платформа служит для снятия остаточных напряжений в детали.
Наконец, пришло время отделить деталь от платформы сборки с помощью обработки или резки. Теперь вы можете использовать деталь для дальнейшей постобработки.
Каковы различные типы технологий 3D-печати металла?
Как уже говорилось ранее, металлический порошок является ключевым элементом машин для печати металлом. Поэтому разница между всеми типами технологий металлической 3D-печати заключается в сплавлении порошка в металлические детали. Для работы металлического 3D-принтера используются различные источники.
|
Классификация технологий 3D-печати металлов |
|||||||
| Типы |
Порошковая кровать Fusion |
Струйная обработка вяжущего | Струйная обработка материалов | Экструзия материалов | Полимеризация в чанах | Прямое энергетическое осаждение |
Ламинирование листов |
| Подтипы |
DMLS SLS MJF |
Струйная обработка вяжущего | Струйная обработка материалов DOD | FDM
FFF |
SLA
DLP CLIP |
Лазерный светодиод
Дуга DED Электронный луч DED |
LOM SLCOM PSL SDL |
| Материалы | Сталь EBM,
Нержавеющая сталь, Титан, Кобальтовая медь, Алюминий |
Карбид вольфрама, сплавы на основе никеля Нержавеющая сталь |
Нержавеющая сталь |
Титановые сплавы, никелевые сплавы, алюминиевые сплавы, медь, нержавеющая сталь |
Смолы |
Нержавеющая сталь, никелевые сплавы, титановые сплавы, кобальтовые сплавы |
Бумага, металлы, керамика, полимеры, |
Ниже мы рассмотрим его основные виды, принцип работы и способы применения:
1. Сплавление порошкового слоя
Сплавление порошкового слоя - наиболее часто используемая технология прямой металлической 3D-печати. Принцип работы этих машин заключается в том, что они наносят тонкий слой порошка и с помощью источника тепла вплавляют поперечное сечение детали в слой порошка.
Для того чтобы получить исчерпывающую информацию об этом процессе, необходимо рассмотреть его популярные виды. Когда речь заходит о лучших металлических 3D-принтерах, первые образы, которые возникают в голове, - это DMLS и SLS. Как правило, SLM (Selective Laser Sintering), DMLS (Direct Metal Laser Sintering) и MJF (Multi Jet Fusion) - это типы порошкового наплавления. Давайте обсудим эти типы по очереди:
● DMLS
Прямое лазерное спекание металла выгодно отличается тем, что с его помощью можно изготавливать детали из любых металлических сплавов. В то время как другие методы 3D-печати совместимы только с определенными металлическими сплавами или материалами на основе полимеров. Хотя принцип работы DMLS довольно схож с SLS, разница лежит на молекулярном уровне. Вместо того чтобы плавить металлический порошок, его только спекают. В итоге вы получаете менее пористые детали по сравнению с методом плавления.
Кроме того, при использовании этого 3D-принтера для спекания металла требуется меньше энергии, поскольку для расплавления металлического порошка не требуется нагрев. Этот процесс специально используется для создания изделий с вырезами, полостями и углами наклона. Его основное применение можно найти в функциональных прототипах, инструментах, медицинских приборах и инструментах.
● SLS
Используя этот метод, можно получить чрезвычайно плотные и прочные печатные объекты. Как правило, для соединения мелких частиц порошка в трехмерную деталь используется мощный лазер. После того как слой сплавляется, по слою перемещается валик, обеспечивающий распределение следующего слоя порошка. Затем большая часть порошка удаляется ручной щеткой.
Металлические SLS-принтеры идеально подходят для работы с механическими деталями, включая пропеллеры и шестерни. Кроме того, с помощью этого процесса изготавливаются детали для автомобильной, аэрокосмической и медицинской промышленности.
● MJF
Технология Multi Jet Fusion предполагает использование зачистных рукавов. Сначала сметающая рука наносит слой порошка, затем вторая рука, состоящая из струйных аппаратов, выборочно наносит связующее вещество на конкретную заготовку. Кроме того, струйный аппарат обеспечивает гладкие и точные поверхности за счет нанесения детализирующего вещества вокруг связующего.
Преимущества PBF
Ниже перечислены некоторые общие преимущества метода плавления в порошковом слое:
- Вы можете изготавливать изделия самых разных геометрических форм.
- Обеспечивает наилучшие механические свойства изделий.
Недостатки
Этот метод имеет ряд недостатков, таких как высокая стоимость, ограниченные размеры сборки, производство отходов и опасное обращение с металлическими порошками.
2. Струйная обработка вяжущего
Техника струйной печати на связующем была разработана в 1990-х годах. Цель заключалась в том, чтобы создать недорогой металл для печати, который при этом был бы высокоэффективным.
Метод начинается с того, что в принтер закладывается исходный тип материала для 3D-печати в виде порошка: песка, металлического порошка, керамики или полимера. Затем с помощью струйной печати наносится связующее вещество, и каждый слой печатается на платформе. При повторении процесса порошок наносится после каждого слоя до тех пор, пока печать не будет завершена.
Эта технология позволяет в короткие сроки изготовить большое количество высококачественных деталей и инструментов для обработки. Кроме того, она может найти применение при изготовлении форм для литья из песка, реалистичных моделей и недорогих прототипов.
Преимущества
При использовании этой техники можно ожидать следующих преимуществ:
- Низкая стоимость.
- Точность размеров 2 мм.
- Отличная цветопередача.
Недостатки
Наряду со значительными преимуществами, результаты не всегда соответствуют действительности. Вы можете использовать его только для низкоинтенсивного применения.
3. Струйная обработка материалов
Струйная обработка материалов, также известная как полиструйная, является довольно популярной техникой печати листового металла на 3D-принтере. В ней используются вязкие фотореактивные материалы, такие как воски и фотополимеры (жидкие), которые обычно применяются из-за своей вязкости. Благодаря своей вязкой природе они образуют мелкие капли для формирования слоев. Как правило, для затвердевания материала на деталях используется ультрафиолетовое излучение. В основном изделие изготавливается слой за слоем до полного завершения.
Эта техника может быть использована в таких приложениях, как прототипирование, для создания ярких визуальных прототипов различных брендов и медицинских моделей.
Преимущества
- Точность может достигать 0,01 миллиметра на тонкий слой.
- Он обеспечивает гладкую поверхность.
- Процесс обеспечивает широкую цветовую гамму для деталей из материалов.
Недостатки
К недостаткам струйной печати можно отнести то, что она не подходит для механических применений и является низкоскоростным процессом печати.
4. Экструзия материалов
Как следует из названия, эта технология 3D-печати работает по принципу экструзии, когда материал, близкий к температуре плавления, пропускается через небольшое отверстие. Эта техника работает путем осаждения композитных металлических 3D-нитей и термопластичных материалов на заранее определенную траекторию для формирования слоев. Для экструзии используются такие материалы, как PLA, PA, ABS, TPU, углеродное волокно и другие.
Обычно экструзия материала в металлических 3D-печатных деталях применяется для изготовления электронных корпусов, шаблонов для литья по выплавляемым моделям, приспособлений и т.д.
Существует два вида экструзии материалов:
- FDM (Fused Deposition Modeling)
- FFF (Fused Filament Fabrication)
1) FDM
Технология FDM предполагает использование пластиковой нити, которая сначала разжижается, а затем вновь застывает в требуемой форме (уже заданной CAD-моделью). Как правило, нагрев экструзионного сопла отвечает за плавление пластика. Расплавленный материал образует слои, и после затвердевания получается 3D-объект.
2) FFF
Технология FFF полностью аналогична FDM. Однако детали FDM считаются более прочными, чем детали FFF. Что касается работы FFF, то в ней отсутствует подогреваемая среда печати, что является ключевым фактором менее точных результатов изделий.
Преимущества
Вот некоторые преимущества экструзии металла:
- Недорогие
- Вы можете легко управлять им с высокой степенью безопасности.
- Обеспечивает быструю печать для хрупких деталей.
Недостатки
Экструзия материала не является предпочтительной с точки зрения точности и скорости из-за ограниченного радиуса сопла. Кроме того, специалистам необходимо поддерживать качество конечной отделки изделия.
5. Полимеризация в чанах
Фотополимеризация в чанах - это один из процессов аддитивного производства, в котором в качестве основного материала используется только фотополимер. Обычно фотополимерная смола доступна в различных цветах. Как правило, для отверждения смолы используется ультрафиолетовое излучение, обеспечивающее идеальную поверхность.
Кроме того, процесс фотополимеризации происходит, когда молекулы жидких фотополимеров подвергаются воздействию света различной длины волны. В результате они быстро соединяются друг с другом и затвердевают в твердое вещество.
Методы полимеризации в чанах широко используются для производства изделий с мелкими деталями, например, ювелирных изделий, а также для различных стоматологических и клинических применений.
У этой 3D-техники есть еще несколько разновидностей:
- SLA (стереолитография)
- DLP (цифровая обработка света)
- CDLP (непрерывная цифровая обработка света)
1) SLA
Технология SLA известна тем, что обеспечивает высокую прочность, детализацию и гладкую поверхность. При работе этого типа используется платформа для построения, которая погружается в емкость, заполненную смолой. При этом между дном емкости со смолой и платформой остается только один слой. После этого гальванометр с помощью G-кода отслеживает траекторию лазерного луча, который отвечает за создание слоя на детали.
Затем на поперечное сечение определенной детали наносится новое покрытие. Следуя тем же этапам, можно формировать новые покрытия на этой повторно покрытой поверхности.
2) DLP
Как следует из названия, метод цифровой обработки света использует для печати свет и светочувствительные полимеры. Он отличается от SLA только источником света. В нем используются различные источники проецируемого света, например дуговые лампы. Кроме того, он считается более быстрым, чем SLA.
DLP идеально подходит для печати сложных узоров на смолах для формирования игрушек, стоматологических форм, форм для ювелирных изделий, статуэток и многих других изделий с мелкими деталями.
3) CDLP
CLIP - это самая быстрая технология полимеризации НДС, позволяющая получать гладкие объекты различной формы. Для создания 3D-объекта используется УФ-проектор, кислород и светочувствительная смола.
Платформа для сборки слегка погружена в лунку со светочувствительной смолой. Когда платформа поднимается, ультрафиолетовый свет вступает в реакцию со смолой, что приводит к затвердеванию материала. В этот момент ультрафиолетовый свет и кислород регулируются, чтобы изменить форму детали, пока она поднимается из лунки со смолой. Одной из важных целей CDLP является создание механических свойств в действительно изотропных деталях.
Преимущества
- Он обеспечивает качественную и детальную работу.
- Кроме того, он обеспечивает быструю печать.
Недостатки
Помимо преимуществ полимеризации в чане, она также не обладает достаточной прочностью, а ультрафиолетовое излучение может воздействовать на смолу даже после печати. Кроме того, со временем смола может деформироваться и изгибаться.
6. Прямое энергетическое осаждение:
Прямое энергетическое осаждение в 3D-печати - это сложная технология, обычно используемая для ремонта промышленных деталей. В этом процессе используется только металл в виде проволоки или порошка. Кроме того, он не требует дополнительной поддерживающей структуры и использует источник высокой энергии, такой как лазер или электронный луч, чтобы расплавить материал одновременно с печатью.
Однако в зависимости от сферы применения эта техника также известна как DMD, LENS, EBAM и т.д.
В промышленном секторе этот метод применяется для ремонта поврежденных лопастей или турбинных лопаток.
Преимущества
- Более крупные детали могут быть изготовлены с большей эффективностью.
- Обеспечивает быструю печать по сравнению с другими сервисами 3D-печати металлов.
- Этот процесс позволяет создавать изделия высокой плотности с превосходными механическими свойствами.
Недостатки
Несомненно, общие характеристики этого метода выдающиеся, но он относительно очень дорог. Кроме того, он работает без использования опорных конструкций, исключая возможность образования свесов.
7. Ламинирование листов
Ламинирование листов происходит по принципу "слой за слоем" для формирования металлической 3D-детали. В этом методе тонкие металлические листы укладываются и ламинируются, в результате чего получается единая деталь, которая может быть преобразована в 3D-объект путем резки. Ламинирование может включать ультразвуковую сварку, пайку или склеивание. После завершения процесса печати этим методом полученные изделия подвергаются механической обработке или сверлению.
Преимущества
- Материалы просты в обращении
- Дополнительная система поддержки не требуется
- Использование стандартных материалов экономит средства
- После постобработки печать становится быстрее.
Недостатки
Технология ламинирования листов предлагает ограниченный выбор материалов. Кроме того, после ламинирования может быть трудно удалить излишки материала. Кроме того, этот метод приводит к большому количеству отходов.
Характеристики металлической 3D-печати по сравнению с SLM и DMLS
1. Параметры 3D-принтера
Эти параметры уже заданы производителями принтеров. Обычно используется высота слоя от 20 до 50 микрон. С другой стороны, общий размер системы составляет почти 250 * 150 * 150 мм, однако на рынке представлены и более крупные модели.
Кроме того, в процессе SLM и DMLS менее 5% порошкового металла уходит в виде опорных структур. Однако максимальное количество порошка может быть переработано.
2. Адгезия слоев
Детали, изготовленные с помощью DMLS и SLM 3d-принтеров, которые могут печатать металлом, имеют высокие тепловые и изотропные механические характеристики. Эти твердые детали имеют очень незначительную внутреннюю пористость. При этом они обладают более высокой прочностью и твердостью по сравнению с другими традиционными технологиями.
Однако высокая шероховатость поверхности делает их склонными к усталости.
3. Легкие конструкции
В металлической 3D-печати для получения легких деталей обычно используется решетчатая структура. Также можно использовать алгоритмы оптимизации топологии для получения органичных и легких конструкций.
4. Опорные конструкции
Поддерживающие конструкции имеют решающее значение для 3D-принтеров SLM и DMLS, чтобы справиться с последствиями высоких температур обработки. Три основные функции этих структур заключаются в следующем:
- Они служат для крепления заготовки к плитам, чтобы избежать коробления.
- Он помогает сформировать следующий слой, на который нужно будет опираться.
- Они играют важную роль в отводе тепла от детали. Таким образом, он быстро охлаждается.
Окончательный вердикт
Вы, наверное, заметили, что наряду с рядом преимуществ различных технологий 3D-печати металлов существуют и определенные недостатки. Особенно если учесть относительно высокую стоимость 3D-принтеров и металлических порошков, лучшим решением будет получение индивидуальных 3D-отпечатков по запросу.
