3D печать металлическими нитями: всё о технологиях и материалах

3D-печать металлическими нитями набирает популярность как одна из самых передовых технологий в области аддитивного производства. Этот процесс позволяет создавать металлические детали со сложной геометрией, которые были бы практически невыполнимы при использовании традиционных методов производства.

В этой статье мы рассмотрим, что такое металлическая нить, как ею печатать, какие этапы включает процесс 3D-печати металлом, а также преимущества и ограничения данной технологии.

Содержание:

• Что такое металлическая нить и как ею печатать?
  • Сколько в филаменте металла?
  • Какие 3D-принтеры подходят для металлизированного филамента?
  • Недостатки металлического пластика
• Какие этапы включает процесс 3D-печать металлическими нитями?
  • Настройка 3d-принтеров для печати металлической нитью
  • Усадка готового изделия
  • Процесс спекания и его важность
  • Последующая постобработка и финализация изделия
• Каковы преимущества и ограничения 3d-печать металлическими нитями?
  • Основные преимущества использования металлизированного пластика
  • Какие ограничения существуют при 3D-печати металлом?
• Лучшие металлические филаменты
• Лучшие 3D-принтеры для печати металлический пластик
  • Stereotech Fiber 530 V5
  • Picaso Designer X Pro S2
  • Volgobot A4 Pro
• Заключение

Что такое металлическая нить и как ею печатать?

Металлическая нить, или metal filament, представляет собой филамент, состоящий из смеси металлического порошка и полимерного связующего. Эти нити позволяют использовать 3D-принтеры для создания прототипов и функциональных деталей из металла.

Металлические нити содержат значительное количество металлических частиц, как правило, порошок металлов и сплавов, который после печати требует удаления связующего и спекания для достижения конечной прочности.

Печать металлическими нитями ведётся так же, как и стандартным пластиком, с теми же соплами и платформами, хотя часто требуется дополнительное охлаждение и поддержка структуры. Итоговое изделие после печати подвергается сложным процессам удаления связующего и спекания для достижения необходимых характеристик материала.

Сколько в филаменте металла?

Содержание металла в филаменте может существенно варьироваться в зависимости от производителя и типа используемого материала. Например, Ultrafuse® 316L от BASF содержит около 90% металлического порошка нержавеющей стали 316L, причём оставшиеся 10% составляют полимерные связующие компоненты.

Эта высокая концентрация металла позволяет получить детали, которые обладают свойствами, близкими к традиционному металлу после процесса спекания. Важно отметить, что чем выше количество металла в филаменте, тем сложнее процесс печати и спекания, что требует более тщательной настройки 3D-принтера и последующей обработки.

Использование филаментов с высокой долей металлического порошка позволяет получать изделия с превосходными механическими характеристиками. Это особенно важно при производстве функциональных прототипов и конечных металлических деталей.

Тем не менее, высокая концентрация металла также приводит к увеличению усадки готового изделия после удаления связующего и спекания, что необходимо учитывать при проектировании моделей. Специалисты рекомендуют проводить предварительные тесты и калибровку оборудования для достижения наилучших результатов.

Какие 3D-принтеры подходят для металлизированного филамента?

Для работы с металлическими нитями подходят специализированные FDM 3D-принтеры, способные выдерживать более высокие температуры и нагрузки. Важными характеристиками для таких принтеров являются термостойкое сопло и экструдер, а также возможность поддерживать стабильную температуру на протяжении всего процесса печати. 

Также важно учитывать размер рабочей области принтера и его способность работать с различными параметрами печати, такими как скорость и температура. Некоторые модели 3D-принтеров требуют дополнительного оснащения, например, систем охлаждения или усиленной поддержки платформы для обеспечения безопасного и качественного процесса печати. 

Недостатки металлического пластика

Высокая стоимость: Металлические филаменты значительно дороже традиционных материалов на основе PLA или ABS из-за содержания большого количества металлического порошка и сложности производства.

Сложность последующей обработки: Использование металлических филаментов требует дополнительных шагов, таких как удаление связующего и спекание, которые требуют специализированного оборудования и занимают больше времени.

Дорогостоящие 3D-принтеры: Печать металлическим пластиком требует более сложных и дорогих 3D-принтеров, что увеличивает общие затраты на проект.

Усадка изделия: Готовые изделия подвержены усадке, что требует точных расчетов и калибровок при проектировании и производстве.

Повышенные температуры: Печать требует высоких температур и специализированных сопел и экструдеров, что увеличивает риск сбоев в печати и поломок оборудования.

Все перечисленные факторы делают 3D-печать металлическими нитями менее доступной для обычных пользователей и более подходящей для индустриальных применений.

Какие этапы включает процесс 3D-печать металлическими нитями?

Процесс 3D-печати металлическими нитями состоит из нескольких ключевых этапов, каждый из которых играет важную роль в получении качественного и прочного изделия.

Этапы работы с металлическим филаментом

1. Настройка 3D-принтера: Подготовка 3D-принтера для работы с металлическим филаментом.

2. Удаление связующего: После завершения печати готовое изделие подвергается процессу удаления связующего для достижения финальной прочности и твердости.

3. Спекание: Изделие запекается в печи при высоких температурах, что позволяет металлическим частицам сплавиться.

4. Постобработка: Финализация изделия, включая шлифовку, полировку и другие виды обработки для достижения необходимых характеристик.

Настройка 3d-принтеров для печати металлической нитью

Первый шаг в процессе 3D-печати металлом – это настройка 3D-принтера. Для успешной работы с металлическими нитями требуется оборудование, способное выдерживать более высокие температуры и обеспечивать стабильность во время печати.

Необходимо выбрать подходящее сопло, например, из закалённой стали или другого термостойкого материала, чтобы избежать быстрого износа. Также важным является настройка правильной температуры экструзии и платформы, так как металлический филамент требует более высоких температур по сравнению с пластиками.

Дополнительным шагом может быть установка системы охлаждения, чтобы предотвратить перегрев принтера. Настройка скоростей печати и использования поддержек также критичны для успешной 3D-печати металлом, так как металлические нити требуют более медленной и аккуратной работы.

Специалисты рекомендуют проводить предварительные тесты и настройки перед запуском основного проекта, чтобы избежать возможных ошибок и достижения качественного результата. Важно также обеспечить соответствующие условия для хранения металлического филамента, так как он может быть предрасположен к коррозии и другим внешним воздействиям.

Усадка готового изделия

После завершения процесса печати металлическим филаментом, важно учитывать усадку готового изделия. Это явление связано с тем, что металлические детали после печати и удаления связующего могут существенно уменьшаться в размере.

В среднем, усадка может составлять до 20%, что значительно влияет на конечные размеры изделия. Правильные расчеты и калибровка модели перед началом печати могут помочь учесть возможные изменения размеров и форм.

Усадка обусловлена процессом удаления связующего и спекания, который происходит при высоких температурах. Эти этапы приводят к тому, что полимерные компоненты испаряются, оставляя только металлические частицы.

Для минимизации усадки применяются различные технические методы, такие как использование специальных поддержек и охлаждающих систем. Важно учитывать все эти факторы при проектировании и выполнении 3D-печати, чтобы избежать дефектов и обеспечить высокое качество конечного изделия.

Процесс спекания и его важность

Процесс спекания является одним из ключевых этапов 3D-печати металлом и имеет огромное значение для достижения финальной прочности и твердости изделия. После завершения печати и удаления связующего материала, детали подвергаются термической обработке в специальных печах.

В ходе спекания при высоких температурах происходит сплавление металлических частиц, что позволяет получить материал с характеристиками, близкими к традиционным металлургическим изделиям. Этот этап является критически важным для окончательной формы и размеров изделия.

Спекание представляет собой сложный и требующий больших энергозатрат процесс, так как его необходимо проводить внутри специальных печей при строго контролируемых условиях температур и времени. В ходе спекания детали могут подвергаться значительным изменениям размеров и формы, что требует точных и предсказуемых настроек.

Ряд факторов, таких как тип используемого филамента, температуры спекания и продолжительность процесса, оказывают значительное влияние на конечные характеристики и качество готового изделия. Понимание и контроль всех этих параметров позволяют добиться высоких результатов в 3D-печати металлом.

Последующая постобработка и финализация изделия

После завершения процесса спекания, изделие проходит через последующую постобработку и финализацию. Этот этап включает различные методы обработки, такие как механическая шлифовка, полировка и дополнительная термообработка для достижения необходимых характеристик поверхности и прочности.

Постобработка имеет принципиальное значение для придания деталей окончательного вида и улучшения их эксплуатационных свойств. В зависимости от типа изделия и его назначения, могут применяться дополнительные виды обработки, такие как покраска или лущение.

Методы постобработки включают снятие заусенцев и полировку поверхностей для улучшения эстетических и механических характеристик изделия. Для улучшения коррозионной стойкости металлических деталей могут применяться различные покрытия или химическая обработка.

Финализация также может включать проверку качества и точности изделий с использованием различного измерительного оборудования и методов контроля. В конечном итоге, все эти действия направлены на то, чтобы продукт удовлетворял строго заданным требованиям и стандартам, что особенно важно для промышленных применений и высокоточных областей.

Каковы преимущества и ограничения 3d-печать металлическими нитями?

Использование металлических нитей в 3D-печати открывает новые возможности для создания сложных и функциональных изделий с уникальными характеристиками. Основные преимущества данного метода включают высокую точность и детализацию изделий, возможность производства прототипов и конечных деталей с уникальной геометрией, а также значительное сокращение времени и затрат на производство.

Однако, несмотря на все преимущества, эта технология имеет и определенные ограничения, которые необходимо учитывать прежде чем приступать к процессу 3D-печати металлом.

Ограничения процесса связаны с высокой стоимостью материалов и оборудования, необходимостью в специфической настройке 3D-принтера и сложностью процесса постобработки. Также важно учитывать технологические особенности и параметры усадки изделия, которые могут оказывать влияние на конечные размеры и качество деталей.

Ограниченный выбор доступных филаментов и специализированных 3D-принтеров также является фактором, осложняющим процесс внедрения этой технологии в массовое производство. Понимание всех этих аспектов помогает принимать обоснованные решения и оптимизировать процесс 3D-печати металлическими нитями.

Основные преимущества использования металлизированного пластика

Металлический филамент в 3D-печати позволяет создавать детали с высокими механическими и термическими характеристиками, что делает эту технологию привлекательной для различных отраслей, включая аэрокосмическую, автомобильную и медицинскую промышленность.

Высокая точность и детализация изделий, достигаемая благодаря этой технологии, способствует созданию сложных геометрий и уникальных прототипов. Применение металлических филаментов также позволяет существенно сократить время на производство и снизить затраты по сравнению с традиционными методами.

Металлические детали, изготовленные с помощью 3D-печати, обладают высокой прочностью и износостойкостью, что делает их пригодными для использования в условиях высоких нагрузок и экстремальных температур. Возможность создания уникальных конструкций без необходимости в дорогостоящих формах и оснастке значимо увеличивает гибкость и скорость внедрения новых продуктов.

Специалисты отмечают, что 3D-печать металлом позволяет значительно увеличить инновационный потенциал в сфере разработки и производства новых изделий, предоставляя возможность создания сложных прототипов и функциональных деталей на заказ.

Какие ограничения существуют при 3D-печати металлом?

Одним из главных ограничений при 3D-печати металлом является высокая стоимость используемых материалов и оборудования. Металлические филаменты и специальные 3D-принтеры требуют значительных вложений, что делает эту технологию менее доступной для малого бизнеса и отдельных пользователей.

Дополнительные затраты связаны с необходимостью специализированного оборудования для удаления связующего и процесса спекания, что увеличивает общие производственные издержки.

Другим важным ограничением является сложность процесса постобработки, который требует специфических знаний и навыков. Усадка готового изделия может повлиять на точность и размеры конечного продукта, что требует тщательного планирования и учета всех параметров на этапе проектирования.

Ограниченный выбор металлических филаментов и необходимость в точной настройке 3D-принтера также могут стать препятствием для широкого использования этой технологии. Тем не менее, все эти вызовы могут быть преодолены благодаря новым разработкам и инновациям в области 3D-печати.

Лучшие металлические филаменты

На рынке представлено несколько ведущих производителей металлических филаментов, которые предлагают различные материалы для 3D-печати. Одним из наиболее известных брендов является BASF с линейкой Ultrafuse, включающей Ultrafuse® 316L и Ultrafuse 17-4 PH.

Эти филаменты содержат нержавеющей стальной порошок, обеспечивая высокое качество и прочность готовых изделий после процесса спекания. Филаменты от The Virtual Foundry также заслуживают внимания, предлагая варианты из меди и бронзы, что расширяет возможности применения 3D-печати металлом в различных областях.

Лучшие 3D-принтеры для печати металлический пластик

Stereotech Fiber 530 V5

Stereotech Fiber 530 V5 — это передовой промышленный 5-осевой 3D принтер, который поддерживает как традиционную 3D, так и более инновационную 5D печать. Этот гибридный принтер оснащен двумя экструдерами, что позволяет печатать не только пластиковыми материалами, но и армировать детали непрерывным углеволокном (карбоном). Принтер разработан и производится в России, в Волгограде, компанией Stereotech.

Принтер оборудован 5-дюймовым AMOLED дисплеем для интуитивно понятного управления и имеет встроенную веб-камеру для дистанционного контроля процесса печати. Модель поддерживает автоматическую калибровку как в 3D, так и в 5D режимах, а также имеет защиту от отключения питания и встроенный накопитель, что позволяет печатать без подключения к компьютеру.

Преимущества:

1. Гибридная печать: Поддержка 3D и 5D печати с возможностью армирования деталей углеволокном.

2. Высокая температура печати: Экструдеры могут нагреваться до 310°C, позволяя работать с различными материалами.

3. Автокалибровка: Автоматическая калибровка в режимах 3D и 5D, обеспечивающая точность печати.

4. Интуитивное управление: 5-дюймовый цветной AMOLED дисплей для легкого управления процессом.

5. Дистанционный контроль: Встроенная веб-камера для мониторинга печати в реальном времени.

6. Надежность: Защита от отключения питания и встроенный накопитель для автономной работы.

7. Разнообразие подключения: Поддержка WiFi, Ethernet и USB для гибкости использования.

8. Обновление ПО: Регулярное обновление программного обеспечения для улучшения функциональности принтера.

Picaso Designer X Pro S2

Picaso Designer X Pro S2 — это профессиональный FDM 3D принтер, разработанный для использования в инженерных, производственных и прототипных задачах. Он оснащен системой переключения сопел Jet Switch™, которая позволяет быстро и точно менять активное сопло за 0,5 секунды, обеспечивая качественную двухматериальную печать. Принтер поддерживает печать с экструдерами, работающими при температуре до 410°C, что позволяет использовать широкий спектр материалов, включая высокотемпературные инженерные пластики.

Компактный корпус из алюминиевого композита и стали обеспечивает высокую стабильность и точность печати. Автоматические системы контроля подачи и наличия пластика, а также активная подогреваемая камера печати до 80°C минимизируют риск деформации и обеспечивают высокое качество деталей. Принтер также поддерживает облачную систему профилей материалов и может управляться удаленно через ПО Polygon X.

Преимущества:

1. Высокотемпературная печать: Экструдеры поддерживают температуру до 410°C, что позволяет использовать разнообразные материалы, включая инженерные пластики.

2. Система Jet Switch™: Быстрая и точная смена сопел за 0,5 секунды для качественной двухматериальной печати.

3. Автоматические системы контроля: Контроль подачи и наличия пластика, автоматическая калибровка первого слоя и система предотвращения перегрева.

4. Активная подогреваемая камера: Поддержание оптимальной температуры до 80°C для предотвращения деформации и обеспечения качества печати.

5. Удаленное управление: Встроенные интерфейсы Ethernet, Wi-Fi и USB, а также поддержка облачного управления через ПО Polygon X.

6. Высокая точность: Минимальная толщина слоя до 10 микрон и повторяемость позиционирования сопел с точностью до 1 микрона.

7. Надежность и устойчивость: Корпус из алюминиевого композита и стальные направляющие обеспечивают долговечность и стабильность печати.

8. Возобновление печати: Возможность продолжения печати после отключения питания с точки остановки.

Volgobot A4 Pro

Volgobot A4 Pro — это усовершенствованная версия промышленного 3D-принтера Volgobot A4, разработанная для выполнения сложных задач в аддитивном производстве. Принтер оснащен экструдером, который может достигать температуры до 450°C, что позволяет использовать широкий спектр высокотемпературных материалов, включая инженерные пластики и композиты. Активная термокамера поддерживает температуру до 250°C, предотвращая деформации и обеспечивая высокое качество печати.

Принтер имеет прочную конструкцию из листовой стали, что гарантирует долговечность и стабильность. Система водяного охлаждения эффективно отводит тепло от ключевых компонентов, а встроенная система циркуляции горячего воздуха обеспечивает равномерный нагрев всей рабочей зоны. Volgobot A4 Pro также оснащен современными системами контроля подачи и наличия пластика, что минимизирует риск ошибок и повышает надежность процесса печати.

Преимущества:

1. Высокотемпературная печать: Экструдер поддерживает температуру до 450°C, позволяя использовать различные виды филаментов, включая инженерные пластики и композиты.

2. Активная термокамера: Поддерживает температуру до 250°C, предотвращая деформации и трещины в процессе печати.

3. Прочная конструкция: Корпус из листовой стали обеспечивает надежность и долговечность.

4. Система водяного охлаждения: Эффективно отводит тепло от ключевых компонентов принтера, увеличивая их срок службы.

5. Управление через сенсорный экран: Легкость управления и контроля за процессом печати благодаря сенсорному экрану и дисплею с механическим маховиком.

6. Широкий выбор материалов: Поддержка печати всеми видами филаментов, включая инженерные пластики и композиты, что расширяет возможности использования принтера.

7. Быстрая подготовка к печати: Система быстрого нагрева позволяет начать печать менее чем за 10 минут.

8. Высокая точность и качество печати: Прецизионные направляющие и системы управления обеспечивают высокое качество и точность печати.

3D-печать металлическими нитями представляет собой передовую технологию, открывающую новые возможности для создания сложных и функциональных изделий. Несмотря на высокие затраты и сложности процесса, преимущества данного метода делают его уникальным инструментом для различных отраслей. Важно понимать все аспекты и этапы 3D-печати металлом, чтобы максимально эффективно использовать эту технологию. Также необходимо проводить тщательные исследования и испытания.

Эта информация оказалась полезной?

Да Нет

Отправить

Благодарим за отзыв!

VK.com Twitter