+7 (499) 322-23-19
Пн–пт 10:00–19:00, сб-вс 10:00–17:00
Кеймбридж
Корзина пуста
Корзина пуста
+7 (499) 322-23-19
Пн–пт 10:00–19:00, сб-вс 11:00–17:00

3D-печать металлами - технологии и принтеры

13 января 2017
4097
Поделитесь в соц. сети:

 

 

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

 

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

 

 

Традиционное производство из металлов и пластиков очень расточительно - в авиапромышленности, например, до 90% материалов уходит в отходы, а выход продукции, лежащей в пределах допусков, в некоторых отраслях составляет не более 30%.

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

 

 

3D-печать металлом дома

 

Если вы действительно хотите, чтобы сделать металлический взгляд отпечатки у себя дома вы можете обратиться к металлорежущих заряженных волокон PLA

 

Что можно сделать, если появилось желание попробовать 3D-печать металлом в домашних условиях? Для печати металлом необходимы чрезвычайно высокие температуры, вряд ли вы сможете использовать обычный FDM 3D-принтер для этого, по крайней мере пока. Ситуация может измениться лет через 15-20, но сейчас домашней 3D-технике это недоступно.

 

Если вы хотите сделать выглядящие металлическими распечатки у себя дома, лучший вариант - использование пластика содержащего частицы металла.

 

Такого например, как Colorfabb Bronzefill или Bestfilament Bronze.

 

Эти филаменты содержат значительный процент металлических порошков, но и достаточно пластика для печати при низкой температуре любым 3D-принтером. В то же время, они содержат достаточное количество металла, чтобы соответственно выглядеть, ощущаться и даже иметь вес близкий к весу металлического предмета.

 

Изделия из филамента с содержанием железа даже покрываются ржавчиной в определенных условиях, что добавляет правдоподобности, а вот проржаветь насквозь и испортиться от этого не смогут - и в этом их преимущество перед настоящими металлическими предметами.

Плюсы таких материалов:

  • Уникальный внешний вид распечаток

  • Идеально подходит для бижутерии, статуэток, предметов домашнего обихода и декора

  • Высокая прочность

  • Очень малая усадка во время охлаждения

  • Подогреваемый стол не обязателен

Минусы:

  • Низкая гибкость изделий, зависит от конструкции распечатки

  • Не считается безопасным при контакте с пищей

  • Требует тонкой настройки температуры сопла и скорости подачи филамента

  • Необходима постобработка изделий - шлифовка, полировка

  • Быстрый износ сопла экструдера - филамент с металлом очень абразивен, по сравнению с обычными материалами

Общий температурный диапазон печати обычно составляет 195°C - 220°C.

 

3D-печать металлом в промышленности

Многие manufaturers намечаете идею полностью автоматизированных заводов металлических 3D печати (изображение: Concept Laser)

 

Если вы хотите приобрести 3D-принтер печатающий настоящим металлом, для использования на предприятии, то тут для вас две новости - хорошая и плохая.

Хорошая новость состоит в том, что их ассортимент достаточно широк и продолжает расширяться, и можно будет выбрать такой аппарат, который соответствует любым техническим требованиям. Далее в статье можно убедиться в этом.

Плохая же новость одна - цены. Стоимость профессиональных печатающих металлом принтеров начинается где-то от $200000 и растет до бесконечности. Кроме того, даже если вы выберете и приобретете самый недорогой из них, отдельным ударом станет покупка расходников, плановое обслуживание с заменой узлов, ремонт. Не забываем также о персонале и расходах на постобработку изделий. Да, и на стадии подготовки к печати понадобится специальное ПО и умеющие обращаться с ним люди.

Если вы готовы ко всем этим тратам и трудностям - читайте дальше, мы представим несколько очень интересных образцов.

 

3D-печать металлом - применение

Части реактивного двигателя GE Прыжок являются 3D напечатанные на Avio Aero аддитивный завод (изображение: GE)

Части реактивного двигателя GE’s LEAP напечатаны в 3D на фабрике аддитивного производства AvioAero (изображение: GE)

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

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

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

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

  • Следующая отрасль использующая металлические 3D-принтеры будет находиться в автомобильном секторе. BMW, Audi, FCA уже серьезно рассматривают применение технологии в серийном производстве, а не только в прототипировании (где они используют 3D-печать уже многие годы).

  • Казалось бы - зачем изобретать велосипед? Но и здесь 3D-печать металлом нашла применение. Уже несколько лет производители велосипедных компонентов и рам применяют 3D печать. Не только в мире, но и в России это получило распространение. Производитель эксклюзивных велосипедов Triton заканчивает проект с элементом титановой рамы, напечатанным на 3д принтере для снижения веса без ущерба прочности.

 

Triton-c.jpg

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

3D-печать металлом - технологии

Большинство процессов металла 3D печати начинают от "распыленного" порошка

Большинство процессов 3D-печати металлом начинаются с порошка

Многое можно сказать о применении печатающих металлом 3D-принтеров. Тем не менее, основные вопросы такие же, как и с любыми другими 3D-принтерами: программное обеспечение и аппаратные ограничения, оптимизация материалов и печать несколькими материалами. Мы не будем говорить о программном обеспечении много, упомянем лишь, что наиболее крупные издатели, такие как Autodesk, SolidWorks и SolidThinking - все разрабатывают программные продукты для использования в объемной печати металлами, чтобы пользователи могли воплотить в жизнь изделие любой вообразимой формы.

В последнее время появились примеры того, что 3D-детали напечатанные металлом могут быть столь же прочными, как традиционно производимые металлические компоненты, а в некоторых случаях и превосходят их. Созданные с помощью DMLS изделия имеют механические свойства эквивалентные цельнолитым.

Посмотрим же на имеющиеся металлические технологии 3D-печати:

Процесс # 1: Послойное сплавление порошка (SLM)

LMF_556x194px

 

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

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

Процесс # 2: Binder Jetting

3DP технологии ExOne 3D-печать металлических частей вместе связывания порошка перед обжигом ее в печи (изображение: ExOne)

 

ExOne производит 3D-печать металлических частей нанося связующее вещество перед обжигом в печи (изображение: ExOne)

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

Еще одна похожая, но в отдельных деталях разительно отличающаяся технология, в основе которой лежит FDM печать - замешивание металлического порошка в металлическую пасту. С помощью пневматической экструзии 3D-принтер выдавливает ее, подобно тому, как строительный 3D-принтер делает это с цементом, чтобы сформировать 3D-объекты. После того, как нужная форма напечатана, объекты также спекают в печи. Эту технологию использует Mini Metal Maker - возможно, единственный более-менее доступный 3D-принтер для печати металлом ($1600). Прибавьте стоимость небольшой печки для обжига.

 

Процесс # 3: Наплавление (DED)

3e-5-3d-bauteil

 

Можно подумать, что среди технологий печатью металлом отсутствует похожая на обычную FDM, но это не совсем так. Конечно, вы не сможете плавить металлическую нить в хот-энде своего 3D-принтера, а вот крупные производители владеют такой технологией и пользуются ею. Есть два основных способа печатать цельнометаллическим материалом.

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

Обычно это делается внутри закрытой камеры, однако, на примере компании MX3D, мы видим возможность реализации подобной технологии в сооружении настоящего полноразмерного моста, который должен быть распечатан в 2017 году в Амстердаме.

 

 

Другой называется EBM (Electron Beam Manufacturing - производство электронным лучом), это технология формирования слоев из металлического сырья под воздействием мощного электронного луча, с ее помощью создают крупные и очень крупные конструкции. Если вы не работаете в оборонном комплексе РФ или США, то вряд ли увидите эту технологию живьем.

Еще парочка новых, едва появившихся технологий, используемых пока только их создателями, представлена ниже - в разделе о принтерах.

 

Используемые металлы

Ti - Титан

Титан-crystal_bar

Чистый титан (Ti64 или TiAl4V) является одним из наиболее часто используемых металлов для 3D-печати, и безусловно - одним из самых универсальных, так как он является одновременно прочным и легким. Он используется как в спекании слоев порошка, главным образом в медицинской промышленности (в персонализированом протезировании), так и в аэрокосмической и автомобильной отрасли (для изготовления деталей и прототипов), и в других областях. Единственная загвоздка - он обладает высокой реакционной способностью, что означает - он может легко взорваться, когда находится в форме порошка, поэтому обязательно должен применяться для печати лишь в среде инертного газа Аргона.

 

SS - Нержавеющая сталь

Сталь XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX (изображение: atlanticstainless.com)

Нержавеющая сталь является одним из самых доступных металлов для 3D-печати. В то же время, она очень прочна и может быть использована в широком спектре промышленных и даже художественных производств. Этот тип стального сплава, содержащий кобальт и никель, обладает высокой упругостью и прочностью на разрыв. 3D-печать нержавейкой используется в основном лишь в тяжелой промышленности.

 

Inconel - Инконель

exone-подвиг

Инконель - суперсплав производимый компанией Special Metals Corporation, запатентованный товарный знак. Он состоит в основном из никеля и хрома и имеет высокую жаропрочность. Именно поэтому он используется в основном в нефтяной, химической и аэрокосмической промышленности (например: для создания распределительных форсунок, бортовых “черных ящиков”).

 

Al - Алюминий

Алюминий

Из-за присущей ему легкости и универсальности, алюминий в настоящее время является очень популярным металлом для применения в 3D-печати. Он используется обычно в виде различных сплавов, составляя их основу. Но порошок алюминия взрывоопасен и применяется в печати также в среде инертного газа Аргона.

 

CoCr - Кобальт-хром

 

Этот металлический сплав имеет очень высокую удельную прочность. Чаще всего он используется для 3D-печати зубных коронок, мостов и бюгельных протезов.

 

Cu - Медь

800px-NatCopper

За редким исключением, медь и ее сплавы - бронза, латунь - используются для литья с использованием выжигаемых моделей, а не для прямой печати металлом. Это потому, что их свойства далеко не идеальны для применения в промышленной 3D-печати, они чаще используются в декоративно-прикладном искусстве. Однако, с большим успехом они добавляются в пластиковый филамент для 3D-печати на обычных 3D-принтерах.

 

Fe - Железо

Платина-самородок

Железо и магнитный железняк также, в основном, используются в качестве добавки к PLA-филаменту. В крупной промышленности чистое железо редко находит применение, а о стали мы написали выше.

 

Au, Ag - Золото, серебро и другие драгоценные металлы

Золотые кристаллы

Большинство сплавляющих слои порошка 3D-принтеров могут работать с драгоценными металлами, такими как золото, серебро и платина. Главная задача при работе с ними - убедиться в оптимальном расходе дорогостоящего материала. Драгоценные металлы применяются в 3D-печати ювелирных и медицинских изделий, а также при производстве электроники.

 

3D принтеры печатающие металлом

SHINING 3D EP-M100T - селективное лазерное плавление (SLM)

 

SHINING 3D ЕР-M100T - небольшой 3D printer печатающий металлом.

Принтер работает по технологии селективного лазерного наплавления - лазерный луч плавит тонкие слои металлического порошка, которые и составляют собой изделие. EP-M100T имеет небольшую рабочую область (120 х 120 х 80 мм), зато высокую точность (толщина слоя - 0.015mm-0.05mm), а потому хорошо подходит для стоматологии, ювелирного дела, создания медицинских изделий.

 

Небольшой размер (940 × 1300 × 1980 мм) делает аппарат удобным для использования в лаборатории, этому же способствует и его экономичность - конструкцией предусмотрена оптимизация расхода инертного газа и металлического порошка, а потребление тока составляет менее 1 кВт.

 

3DSLA - RUSSIAN SLM 250 (SLM)

RussianSLM - это принтер российского производства для печати металлами на основе технологии SLM - селективного лазерного сплавления. В качестве материала принтер использует металлические, поликерамические или другие плавкие порошки фракций не более 60 мкм. Порошок сплавляется лазером в тонкие слои, таким образом формируется печатаемое изделие. Во избжание окисления слоев, для монолитности структуры изделия, плавка происходит в присутствии инертного газа - аргона, азота.
 


Специально для RussianSLM компания 3DSLA.RU наладила производство порошковых металлов: стали, сплавы титана, никеля, кобальт-хрома, кобальт-ванадий-хрома, латуни. Стандартные фракции: 10-55 мкм и 10-30 мкм, но, по специальному заказу, возможно производство других диапазонов фракций, например - 20-30 мкм, 10-40 мкм.

 

Laser XLine 1000 - металлический порошок (LC, аналог SLM)

Xline 2000R

Одним из самых крупных на рынке 3D-принтеров печатающих с помощью металлического порошка долго являлся XLine 1000 производства Concept Laser. Он имеет область сборки размером 630 х 400 х 500 мм, а места занимает как небольшой дом.

Изготовившая его немецкая компания, которая является одним из поставщиков 3D-принтеров для аэрокосмических компаний-гигантов, таких как Airbus, недавно представила новый принтер - XLine 2000.

2000 имеет два лазера и еще больший объем сборки - 800 х 400 х 500 мм. Эта машина, которая использует патентованную технологию LaserCUSING (тип селективного лазерного плавления), может создавать объекты из сплавов стали, алюминия, никеля, титана, драгоценных металлов и из некоторых чистых материалов (титана и сортовых сталей.)

 

Машины, подобные этой, есть у всех основных игроков на рынке 3D-печати металлом: у EOS, SLM, Renishaw, Realizer и 3D Systems, а также у Shining 3D - стремительно развивающейся компании из Китая.

 

M Line Factory - модульная 3D-фабрика (LC)

 

Рабочий объем: 398,78 х 398,78 х 424,18 мм

От 1 до 4 лазеров, 400 - 1000 Вт мощности каждый.

 

Концепция M Line Factory основана на принципах автоматизации и взаимодействия.

 

 

M Line Factory, от той же Concept Laser и работающий по той же технологии, делает акцент не на размере рабочей области, а на удобстве производства - он представляет собой аппарат модульной архитектуры, который разделяет производство на отдельные процессы таким образом, что эти процессы могут происходить одновременно, а не последовательно.

 

Эта новая архитектура состоит из 2 независимых узлов машины:

 

M Line Factory PRD (Production Unit - производственная единица)

 

Production Unit состоит из 3-х типов модулей: модуль дозирования, печатный модуль и модуль переполнения (лоток для готовой продукции). Все они могут быть индивидуально активированы и не образуют одну непрерывную единицу аппаратуры. Эти модули транспортируются через систему туннелей внутри машины. Например, когда новый порошок подается, пустой модуль хранения порошка может быть автоматически заменен на новый модуль, без прерывания процесса печати. Готовые детали могут быть перемещены за пределы машины и немедленно автоматически заменяются следующими заданиями.

 

M Line Factory PCG (Processing Unit - процессинговая единица)

 

Это независимый блок обработки данных, который имеет встроенную станцию просеивания и подготовки порошка. Распаковка, подготовка к следующему заданию печати и просеивание происходят в замкнутой системе, без участия оператора.

 

 

XJET - NanoParticle Jetting - струйная печать металлом (NPJ)

 

 

Технология впрыска наночастиц предполагает использование специальных герметичных катриджей с раствором, в котором находится взвесь наночастиц металла.

Наночастицы осаждаются и образуют собой материал печатаемого изделия.

 

 

Учитывая заявленные особенности технологии (применение металлических частиц наноразмера) несложно поверить создателям аппарата, когда они утверждают о его беспрецедентных точности и разрешении печати по всем трем геометрическим осям.

 

 

SLM Solutions - SLM 500 - селективное лазерное плавление (SLM)

 

SLM 500 обеспечивает печать объектов с размерами до 500 х 280 х 365 мм. В принтере применена технология с одновременной работой четырех лазеров (4x 400 Вт или 4x 700 Вт), что обеспечивает производительность на 90% выше, чем конфигурации с парой лазеров.

 

 

Машина снабжена полностью автоматической системой просеивания и подачи порошка в рабочую область - The Powder Supply Unit PSX, в процессе печати подача происходит непрерывно. Подготовка объектов для печати производится в специальном ПО - Magics RP и SG+, файлы созданные в других промышленных программах также могут быть загружены и обработаны.

Part Removal Station PRS - система, позволяющая собрать избытки порошка для последующего повторного использования и удаляющая готовую деталь из рабочей области. Порошок автоматически собирается в специальные контейнеры, откуда поступает в PSX.

 

Область построения: 500 х 280 х 365 мм

Скорость печати: до 105 см³/ч

Толщина слоя: 20 мкм - 75 мкм

Пятно фокусировки луча: 80 - 115 мкм

Внешние размеры: 5200 мм х 2800 мм х 2700 мм, включая PSX и PRS

 

METAL X - атомная диффузия (ADAM)

 

Компания Markforged представила новую технологию 3D-печати металлом - ADAM, и 3D-принтер работающий по этой технологии - Metal X.

ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) - технология атомной диффузии. Печать производится металлическим порошком, где частицы металла покрыты синтетическим связующим веществом, которое удаляется после печати, позволяя металлу соединиться в единое целое с помощью диффузии.

 

 

Главное преимущество технологии - отсутствие необходимости применения сверхвысоких температур непосредственно в процессе печати,

а значит - отсутствие ограничений по тугоплавкости используемых для печати материалов. Теоретически, принтер может создавать 3D-модели из сверхпрочных инструментальных сталей - сейчас он уже печатает нержавейкой, а в разработке титан, Инконель и стали D2 и A2.

 

 

Технология позволяет создавать детали со сложной внутренней структурой, такой как в пчелиных сотах или в пористых тканях костей, что затруднительно при других технологиях 3D-печати, даже для DMLS.

 

Размер изделий: до 250мм х 220мм х 200мм.

Высота слоя - 50 микрон.

 

DESKTOP METAL Studio System - печать металлическим филаментом с последующим запеканием (BMD)

 

Скорость: 16 см3/час
Высота слоя: 50 мкм
Рабочая область: 300х200х200 мм

В отличии от лазерных систем, которые селективно плавят металлический порошок, принтер Studio использует Bound Metal Deposition - собственную технологию, очень похожую на привычную всем FDM. Он формирует распечатки выдавливая специальный филамент, в котором волокна металла связаны синтетическим веществом, после печати изделие запекается в печи.

 

Рабочая температура печи: 1400 °С

Рабочая область: 1500х1250х750 мм

Печь выжигает связующее металлические волокна вещество и спекает их в однородную массу. Такая технология значительно удешевляет объемную печать металлами, за счет более рационального использования электричества и экономии материала, да и само оборудование значительно доступнее SLM-принтеров.

Комплект из 3D-принтера и печи создан для лабораторий и КБ, он безопасен, рассчитан на применение в офисных условиях и даже размерами подходит для перемещения через стандартные дверные проемы.

 

В ближайшем будущем, с распространением технологий печати металлами, ждем еще большего их удешевления, а значит - повсеместного применения.

Каждый из представленных принтеров - лишь часть модельного ряда компании, которая его производит. Есть и другие модели, отличающиеся в деталях - объемом рабочей области, комплектацией, опциями, - все они доступны, о свойствах каждой из них узнавайте у наших менеджеров.

 

 
 

Читайте также
29 апреля 2016 2346
3D-принтеры в литейном производстве
Почему 3D-принтеры способны перевернуть наши представления о литейном производстве? 
Читать далее
29 апреля 2016 1234
3D-принтеры в архитектуре и дизайне
В последние годы 3D-печать активно проникает в архитектурное и дизайнерское дело. В чем преимущества и выгоды использования новых технологий креативными людьми?
Читать далее
04 мая 2016 4792
3D-принтеры для ювелирного дела
Новое возможности для ювелирного производства, предоставляемые аддитивными технологиями.
Читать далее