Українська 
English 
Español 
Français 
العربية 
Русский 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Nederlands (Formeel) 
日本語 
Türkçe 
Коли мова заходить про 3D-друк, варто поговорити про металевий 3D-друк, оскільки він відрізняється високою міцністю та довговічністю металів. Перш за все, 3D-друк на металі є синонімом адитивного виробництва, яке полягає у створенні виробів шляхом нарощування шарів один за одним.
Існують різні техніки 3D-друку на металі. Таким чином, ви можете вибирати між типами матеріалів, щоб отримати ідеальне поєднання довговічності, вартості, якості поверхні та швидкості. Ось повний посібник з процесу, роботи, типів і застосувань 3D-друку на металі.
Що таке технологія 3D-друку на металі та як вона працює?
Металевий 3D-друк - це технологія адитивного виробництва, яка виготовляє металеві деталі у вигляді шарів шляхом спікання, плавлення та зварювання. Металевий 3D-друк зазвичай використовує металевий порошок для роботи. Як правило, для 3D-друку на металі використовується широкий спектр металевих сплавів і металів, включаючи нержавіючу сталь, алюміній, кобальт-хром і титан.
Обробка металу для 3D-принтерів в основному обертається навколо SLM і DMLS. Отже, давайте подивимося, як це працює:
Перш ніж перейти до процесу металевого 3D-друку, дозвольте представити платформу для побудови. Зазвичай металеві деталі кріпляться до них за допомогою опорних конструкцій, виготовлених з того ж матеріалу, що й деталі. Платформа в основному запобігає викривленню або згинанню під дією високих температур.
Крок 1
Першим кроком є мінімізація ймовірності окислення металевого порошку шляхом заповнення камери інертним газом, тобто аргоном. Потім камеру нагрівають до оптимальної температури.
Крок 2
Після нанесення тонкого шару металевого порошку поперечний переріз компонента сканується за допомогою потужного лазера.
В результаті металеві частинки сплавляються і утворюють наступний шар. Так само контролюється вся площа металевої деталі, щоб забезпечити формування повністю суцільного продукту.
Крок 3
Як тільки процес сканування завершується, робоча платформа опускається вниз і наносить другий тонкий шар металу за допомогою рекотеру. Процес повторюється до тих пір, поки не буде сформовано кінцевий продукт.
Крок 4
Після того, як виріб сформовано і бункер охолоне до кімнатної температури, надлишок металевого порошку технічний персонал видаляє вручну. Після цього деталь піддається термічній обробці, не знімаючи її з робочої платформи. Тут платформа слугує для зняття залишкових напружень деталі.
Нарешті, настав час відокремити компонент від будівельної платформи за допомогою механічної обробки або різання. Тепер ви можете використовувати деталь для подальшої постобробки.
Які існують різні типи технологій 3D-друку на металі?
Як ми вже говорили раніше, металевий порошок є ключовим елементом металевих принтерів. Тому різниця між усіма типами методів металевого 3D-друку полягає у сплавленні порошку в металеві деталі. Ці методи передбачають різні джерела для роботи металевого 3D-принтера.
|
Класифікація методів 3D-друку металів |
|||||||
| Типи |
Порошкова плавка в порошковому шарі |
Струменеве в'яжуче | Струминне подавання матеріалу | Екструзія матеріалів | Чанна полімеризація | Пряме осадження енергії |
Ламінування аркушів |
| Підтипи |
DMLS SLS MJF |
Струменеве в'яжуче | Струменеве реактивне транспортування матеріалів DOD | FDM
FFF |
SLA
DLP КЛІП |
Лазерна дефектоскопія
Дуга DED Електронно-променева дефектоскопія |
LOM SLCOM PSL SDL |
| Матеріали | Сталевий EBM,
Нержавіюча сталь, Титан, Кобальтова мідь, Алюміній |
Карбід вольфраму, сплави на основі нікелю Нержавіюча сталь |
Нержавіюча сталь |
Титанові сплави, нікелеві сплави, алюмінієві сплави, мідь, нержавіюча сталь |
Смоли |
Нержавіюча сталь, нікелеві сплави, титанові сплави, кобальтові сплави |
Папір, метал, кераміка, полімер, |
Нижче ми розглянемо основні його види, принцип дії та способи використання:
1. Сплавлення в порошковому шарі
Сплавлення порошкового шару - найпоширеніший метод прямого металевого 3D-друку. Принцип роботи цих машин полягає в тому, що вони наносять тонкий шар порошку і за допомогою теплового джерела розплавляють поперечний переріз деталі в шар порошку.
Для того, щоб дізнатися більше про цей процес, варто розглянути його популярні типи. Коли мова заходить про найкращі металеві 3D-принтери, першими в голові з'являються зображення DMLS і SLS. Як правило, SLM (селективне лазерне спікання), DMLS (пряме лазерне спікання металу) і MJF (багатоструменеве плавлення) є різновидами плавлення в порошковому шарі. Давайте обговоримо ці типи по черзі:
DMLS
Пряме лазерне спікання металу стоїть вище, тому що з його допомогою можна виготовляти деталі з будь-яких металевих сплавів. Тоді як інші методи 3D-друку сумісні лише з певними металевими сплавами або матеріалами на основі полімерів. Хоча робота DMLS дуже схожа на роботу SLS, різниця лежить на молекулярному рівні. Замість того, щоб плавити металевий порошок, він лише спікається разом. В результаті ви отримуєте менш пористі деталі порівняно з методом плавлення.
Крім того, цей металографічний 3D-принтер потребує менше енергії, оскільки не потребує нагрівання для розплавлення металевого порошку. Процес спеціально використовується для створення виробів з підрізами, порожнинами та кутами нахилу. Ви можете знайти його основні застосування у функціональних прототипах, інструментах, а також медичних пристроях та інструментах.
SLS
За допомогою цього методу можна отримати надзвичайно щільні та міцні друковані об'єкти. Зазвичай для з'єднання дрібних частинок порошку в тривимірну деталь використовується потужний лазер. Після того, як шар сплавлений, над шаром переміщують валик, щоб забезпечити розподіл наступного шару порошку. Пізніше більша частина вільного порошку видаляється ручним чищенням.
Металеві SLS-принтери ідеально підходять для друку механічних деталей, зокрема гвинтів і шестерень. Крім того, за допомогою цього процесу виготовляють деталі для автомобільної, аерокосмічної та медичної промисловості.
MJF
Технологія Multi Jet Fusion працює за допомогою зачисних рукавів. Спочатку зачищувальна рука наносить шар порошку, потім друга рука, яка складається з струменевих форсунок, вибірково наносить сполучну речовину на певну заготовку. Крім того, струменевий апарат забезпечує гладку і точну поверхню, наносячи деталізуючий агент навколо сполучної речовини.
Переваги PBF
Нижче наведено деякі загальні переваги методу плавлення в порошковому шарі:
- Ви можете виготовити широкий спектр геометрій.
- Забезпечує найкращі механічні властивості виробів.
Недоліки
Цей метод має певні недоліки, такі як високі витрати, обмежені розміри, утворення відходів та небезпечне поводження з металевими порошками.
2. Струменеве в'яжуче
Техніка струменевого впорскування сполучних речовин у 3D-друку була розроблена в 1990-х роках. Метою було створення недорогого металу для друку, який міг би бути високоефективним.
Метод починається з того, що початковий матеріал для 3D-друку засипається в принтер у вигляді порошку, наприклад, піску, металевого порошку, кераміки або полімеру. Потім за допомогою струменевого друку наноситься сполучна речовина, і кожен шар друкується на робочу платформу. Коли процес повторюється, порошок повторюється після кожного шару, поки друк не буде завершено.
За допомогою цієї технології можна виготовити велику кількість високоякісних деталей та обробних інструментів за короткий час. Крім того, ви можете знайти його застосування у виробництві форм для лиття з піску, реалістичних моделей і недорогих прототипів.
Переваги
При використанні цієї методики можна очікувати наступних переваг:
- Дешево.
- Точність розмірів 2 мм.
- Чудова передача кольору.
Недоліки
Незважаючи на значні переваги, результати все ще не на висоті. Ви можете використовувати його лише для низькоінтенсивних застосувань.
3. Струменеве подавання матеріалу
Струменевий друк, також відомий як поліструменевий, є досить популярною технікою у виробництві листового металу для 3D-принтерів. Вона використовує в'язкі фотореактивні матеріали, такі як віск і фотополімери (рідкі), які широко застосовуються завдяки своїй в'язкості. Завдяки своїй в'язкій природі вони утворюють дрібні краплі, що утворюють шари. Як правило, метод використовує ультрафіолетове світло для затвердіння матеріалу на деталях. Виріб в основному виготовляється шар за шаром, поки не буде завершений.
Цю техніку можна використовувати в таких додатках, як прототипування для створення яскравих візуальних прототипів для різних брендів і медичних моделей.
Переваги
- Точність може досягати 0,01 міліметра на тонкий шар.
- Забезпечує гладку обробку поверхні.
- Процес пропонує широку кольорову гаму для матеріальних деталей.
Недоліки
Недоліки струменевого друку полягають у тому, що він непридатний для механічних застосувань і є низькошвидкісним процесом друку.
4. Екструзія матеріалів
Як випливає з назви, ця техніка 3D-друку працює за принципом екструзії, коли матеріал, близький до температури плавлення, пропускається через невеликий отвір. Ця техніка працює шляхом осадження композитних металевих 3D ниток і термопластичних матеріалів на заздалегідь визначеному шляху для формування шарів. Найпоширенішими матеріалами для екструзії є PLA, PA, ABS, TPU, вуглецеве волокно тощо.
Зазвичай екструзія матеріалів у металевих 3D-друкованих деталях застосовується для виготовлення електронних корпусів, моделей для лиття по виплавлюваних моделях, світильників тощо.
Існує два підвиди екструзії матеріалів:
- FDM (Fused Deposition Modeling - моделювання плавленого осадження)
- FFF (Fused Filament Fabrication)
1) FDM
Технологія FDM має справу з пластиковою ниткою, яка спочатку розплавляється, а потім знову твердне, набуваючи необхідної форми (вже заданої CAD-моделлю). Зазвичай за розплавлення пластику відповідає нагрівання екструзійного сопла. Розплавлений матеріал має властивість утворювати шари і після затвердіння перетворюється на 3D-об'єкт.
2) FFF
Технологія FFF дуже схожа на FDM. Однак деталі, виготовлені за технологією FDM, вважаються міцнішими, ніж деталі, виготовлені за FFF. Що стосується роботи FFF, то в ній відсутнє нагріте середовище для друку, що є ключовим фактором менш точних результатів продукції.
Переваги
Ось кілька великих переваг екструзії металу:
- Недорогий
- Ви можете легко керувати ним з високим рівнем безпеки.
- Забезпечуйте швидкий друк делікатних деталей.
Недоліки
Екструзія матеріалу не є кращою з точки зору точності та швидкості через обмежений радіус сопла. Крім того, технічні фахівці повинні підтримувати кінцеву якість обробки виробу.
5. Полімеризація в чанах
Чанна фотополімеризація - це один з процесів адитивного виробництва, в якому фотополімер використовується лише як основний матеріал. Зазвичай фотополімерна смола доступна в різних кольорах. Зазвичай для затвердіння смоли використовується ультрафіолетове світло, що забезпечує ідеальну обробку поверхні.
Крім того, процес фотополімеризації відбувається, коли молекули рідких фотополімерів піддаються впливу світла різної довжини хвилі. В результаті вони швидко з'єднуються і тверднуть, перетворюючись на тверду речовину.
Методи чанної полімеризації поширені для виготовлення виробів з тонкими деталями, таких як ювелірні вироби, а також для різних стоматологічних та клінічних застосувань.
Ця 3D-техніка має ще кілька різновидів:
- SLA (стереолітографія)
- DLP (цифрова обробка світла)
- CDLP (безперервна цифрова обробка світла)
1) УГОДА ПРО РІВЕНЬ ОБСЛУГОВУВАННЯ
SLA відомий тим, що забезпечує низький опір, високий рівень деталізації та гладку обробку поверхні. Цей метод передбачає використання робочої платформи, яка занурюється в наповнений смолою контейнер. При цьому між дном ємності зі смолою і робочою платформою залишається лише один шар висоти. Після цього гальванометр за допомогою G-коду відстежує шлях лазерного променя, який відповідає за створення шару на деталі.
Пізніше поперечний переріз певної частини повторно покривається свіжим матеріалом. За допомогою тих самих кроків на цій повторно покритій поверхні можуть бути сформовані нові покриття.
2) DLP
Як випливає з назви, метод Digital Light Processing використовує світло і світлочутливі полімери для друку. Він відрізняється від SLA лише джерелом світла. Він використовує різні джерела світла, що проектуються, наприклад, дугові лампи. Крім того, він вважається швидшим, ніж SLA.
DLP ідеально підходить для друку складних візерунків на смолах з метою формування іграшок, стоматологічних форм, ювелірних форм, статуеток і багатьох інших виробів з дрібними деталями.
3) CDLP
CLIP - це найшвидша технологія ПДВ-полімеризації, яка дозволяє створювати гладкі об'єкти різної форми. Ця технологія передбачає використання УФ-проектора, кисню та світлочутливої смоли для створення 3D-об'єкта.
Робоча платформа злегка занурена у світлочутливу смолу. Коли платформа піднімається, ультрафіолетове світло вступає в реакцію зі смолою, що призводить до затвердіння матеріалу. У цей момент ультрафіолетове світло і кисень регулюються, щоб змінити форму деталі, поки вона піднімається зі смоляної лунки. Однією з важливих цілей CDLP є створення механічних властивостей у справді ізотропних деталях.
Переваги
- Він забезпечує якісну, детальну роботу.
- Крім того, він забезпечує швидкий друк.
Недоліки
Окрім переваг полімеризації в чанах, їй також бракує міцності, а ультрафіолетове світло може впливати на смолу навіть після друку. Більше того, з часом смола може деформуватися і вигинатися.
6. Пряме депонування енергії:
Пряме енергетичне осадження в 3D-друку - це складна технологія, яку зазвичай використовують для ремонту промислових деталей. У цьому процесі використовується лише метал у вигляді дроту або порошку. Крім того, він не потребує додаткових опорних конструкцій і використовує джерело високої енергії, таке як лазер або електронний промінь, щоб розплавити матеріал одночасно з процесом друку.
Однак, залежно від різних застосувань, ця методика також відома як DMD, LENS, EBAM тощо.
У промисловому секторі ця технологія застосовується для ремонту пошкоджених лопатей або лопатей турбін.
Переваги
- Більші деталі можна виготовляти з більшою ефективністю.
- Забезпечує швидкий друк порівняно з іншими послугами 3D-друку на металі.
- Процес створює продукти високої щільності з чудовими механічними властивостями.
Недоліки
Без сумніву, загальна продуктивність цього методу видатна, але він відносно дуже дорогий. Крім того, він працює без використання опорних конструкцій, що виключає можливість появи звисів.
7. Ламінування аркушів
Ламінування листів відбувається за принципом пошарового формування 3D-металевої деталі. У цьому методі тонкі металеві листи складаються і ламінуються, в результаті чого утворюється одна деталь, яку можна перетворити на 3D-об'єкт шляхом різання. Ламінування може включати ультразвукове зварювання, паяння або склеювання. Після завершення процесу друку за допомогою цього методу, отримані вироби модифікуються за допомогою механічної обробки або свердління.
Переваги
- Матеріали легко обробляти
- Додаткова система підтримки не потрібна
- Використання стандартного матеріалу економить витрати
- Після постобробки він забезпечує швидший час друку
Недоліки
Технологія листового ламінування пропонує обмежений вибір матеріалів. Крім того, може бути важко видалити надлишки матеріалу після ламінування. Перш за все, цей метод призводить до великої кількості відходів.
Характеристики металевого 3D-друку з точки зору SLM та DMLS
1. Параметри 3D-принтера
Параметри вже встановлюються в принтері виробниками машин. Зазвичай використовується висота шару від 20 до 50 мікрон. З іншого боку, загальний розмір системи становить майже 250*150*150 мм, проте на ринку доступні й більші розміри.
Крім того, під час SLM і DMLS менше 5% порошкового металу втрачається у вигляді опорних конструкцій. Однак максимальна кількість порошку може бути перероблена.
2. Адгезія шарів
Деталі, виготовлені на 3D-принтерах DMLS і SLM, які можуть друкувати метал, мають високі термічні та ізотропні механічні характеристики. Ці суцільні деталі мають дуже незначну внутрішню пористість. При цьому вони мають вищу міцність і твердість порівняно з іншими традиційними методами.
Однак висока шорсткість поверхні робить їх схильними до втоми.
3. Легкі конструкції
У металевому 3D-друці для отримання легких деталей зазвичай використовується решітчаста структура. Крім того, ви можете використовувати алгоритми оптимізації топології для отримання органічних, легких конструкцій.
4. Опорні конструкції
Опорні конструкції мають вирішальне значення для 3D-принтерів SLM і DMLS, щоб впоратися з наслідками високих температур обробки. Три основні функції цих конструкцій полягають у наступному:
- Вони слугують для кріплення заготовки для виготовлення плит, щоб уникнути деформації.
- Це допомагає сформувати наступний шар, на якому буде побудовано наступний.
- Вони відіграють життєво важливу роль у відведенні тепла від компонента. Таким чином, він швидко охолоджується.
Остаточний вердикт
Ви, мабуть, помітили, що поряд з деякими перевагами різних методів 3D-друку на металі, вони мають і певні недоліки. Особливо якщо врахувати відносно високу вартість 3D-принтерів і металевих порошків, найкращим рішенням буде отримати індивідуальний 3D-друк на замовлення.
