Обзор 3D-печати металлами: технологии и 3D-принтеры

Всем привет! С вами Top 3D Shop и в этом обзоре мы рассказываем о 3D-печати металлами: основных технологиях и 3D-принтерах, возможностях и применении.

Содержание

• Видео
• SLM и DMLS
• Процессы изготовления
• Постобработка
• Расходные материалы для SLM и DMLS
• 3D-принтеры
  • SLM Solutions
    • SLM Solutions SLM 500
  • HP
    • HP Metal Jet
  • Aurora Labs
    • Aurora Labs S-Titanium Pro
    • Aurora Labs RMP-1 Beta
  • Digital Metal
    • Digital Metal DM P2500
  • Shining 3D
    • Shining 3D EP-M250
  • Stratasys
  • Fabrisonic
    • Fabrisonic SonicLayer 7200
  • Sciaky
    • Sciaky EBAM 300
  • 3D Systems
    • 3D Systems ProX DMP 320
    • 3D Systems ProX DMP 300
  • Farsoon
    • Farsoon FS421M
    • Farsoon FS301M
• Заключение

Видео

«3D-принтер, который печатает металлом» — еще лет двадцать назад такое словосочетание сочли бы за выдумку писателя-фантаста. Сегодня аддитивное производство изделий из металлических порошков внедряют Audi и Porsche, SpaceX и NASA.

SLM и DMLS

Выборочное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS) — два наиболее распространенных процесса аддитивного производства с использованием металлических порошков.

В число менее распространенных технологий 3D-печати металлами входят: наплавление лазером или мощным электронным лучом, а также послойное нанесение связующего материала.

Различия между SLM и DMLS сводятся к методу связывания частиц: в SLM лазер расплавляет металлический порошок, а в DMLS частицы порошка нагреваются меньше и спекаются между собой, не переходя в жидкую фазу.

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.

SLM-принтер 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.

Важный момент: изготовленные по технологии DMLS детали уступают в монолитности и запасе прочности деталям напечатанным по методу SLM.

Процессы изготовления

Процессы изготовления деталей по технологиям SLM и DMLS очень схожи. Камеру построения сначала заполняют инертным газом, а затем нагревают.

Тонкий слой металлического порошка распределяется по платформе построения, а высокомощный лазер сканирует поперечное сечение компонента, плавя или спекая вместе металлические частицы.

По окончании формирования слоя платформа построения опускается на толщину слоя. Наносится следующий слой порошка.

Процесс повторяется до завершения всей детали. Детали прикрепляются к платформе построения при печати с помощью поддержек, которые строятся с использованием того же материала, что и деталь. Их необходимо использовать, во избежание деформации и искажений, которые могут возникнуть из-за высоких температур.

По окончании печати камера построения остывает до комнатной температуры, неизрасходованный порошок удаляется, затем убирают поддержки. Деталь отделяется от платформы и готова к последующей обработке.

Постобработка

Для улучшения механических свойств, точности и внешнего вида готовых деталей используются различные методы. Обязательные этапы обработки включают удаление остатков порошка и поддержек. Для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств детали обычно используется термический обжиг.

В зависимости от назначения той или иной детали, также применяются: обработка давлением, металлизация, механобработка и полировка на станках с ЧПУ или вручную.

Расходные материалы для SLM и DMLS

SLM и DMLS-принтеры работают с порошками самых разных металлов и металлических сплавов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальт-хром и никель-хром. Эти материалы охватывают потребности большинства отраслей промышленности, 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.

3D-принтеры

SLM Solutions

SLM Solutions SLM 500

SLM 500 от компании SLM Solutions — промышленная установка для аддитивного производства металлических изделий методом выборочного лазерного плавления. Обладает камерой большого размера, позволяющей создавать крупногабаритные модели.

Плавка осуществляется четырьмя лазерами мощностью 400 или 700 ватт каждый, минимальная толщина наносимого слоя составляет 20 микрон. В качестве расходных материалов используются порошки из титана, алюминия, стали и других металлов и сплавов.

HP

HP Metal Jet

Компания HP на международной выставке IMTS 2018 представила 3D-принтер HP Metal Jet, печатающий по технологии похожей на Binder Jetting.

HP Metal Jet использует послойную печать с нанесением соединительного раствора на порошковую подложку — как обычный струйный принтер наносит чернила на листы бумаги, после чего изделие отправляется в обжиг.

Детали могут быть свободно размещены в порошковом слое в нескольких уровнях, с целью оптимизации использования пространства рабочей камеры, увеличения производительности и уменьшения стоимости производства.

Видео о применении:

Aurora Labs

Aurora Labs S-Titanium Pro

Австралийский производитель Aurora Labs — новичок в области аддитивного производства. В сентябре 2018 года компания объявила, что добилась больших успехов в развитии технологий печати металлами.

Aurora Labs выпустила S-Titanium Pro — 3D-принтер с открытым исходным кодом. Пользователи смогут создавать собственное программное обеспечение и металлические порошки.

Скорость печати S-Titanium Pro — 662 грамма в час, что в восемь раз превышает скорость аналогов представленных на рынке.

Aurora Labs RMP-1 Beta

На выставке Formnext 2019 компанией был впервые представлен 3D-принтер RMP-1 Beta, работающий по технологии Aurora Labs Multi-layer Concurrent Printing (MCP). Производителю удалось многократно превысить все доступные на рынке скорости печати, в ходе последних испытаний принтер смог работать со скоростью 350 килограммов материала в день.

Это достигается за счет технологии последовательного насыпания порошка, одновременно с которым несколько лазеров выжигают часть детали в своей собственной ячейке.

Digital Metal

Digital Metal DM P2500

Digital Metal — дочерняя компания шведского производителя металлических порошков Höganäs, — недавно показала новый высокоточный метод послойного соединения частиц металла.

3D-принтер для печати металлами, получивший название DM P2500, производит небольшие и исключительно сложные металлические детали. Технология собственной разработки позволяет обходиться без поддержек.

Объем печати Digital Metal составляет 2500 кубических сантиметров, скорость печати — 100 кубических сантиметров в час.

Shining 3D

Shining 3D EP-M250

Shining 3D EP-M250 — это новейшая версия 3D-принтера, печатающего металлическим порошковым материалом. Он способен создавать объекты произвольной сложной структуры и почти стопроцентной плотности.

Коэффициент использования материала при печати превышает 90%, что позволяет экономить на таких дорогих материалах, как титановый или никелевый порошок.

EP-M250 широко применяется в аэрокосмической отрасли, медицине, автомобилестроении и при производстве бытовой техники.

Stratasys

В рамках выставки Formnext 2018 компания Stratasys анонсировала совершенно новую аддитивную технологию Layered Powder Metallurgy, которая, по мнению представителей Stratasys, произведет революцию в 3D-печати металлами.

LPM призвана стать самым экономичным и быстрым направлением в аддитивной металлургии — компания утверждает, что ее система будет печатать в девять раз быстрее, чем другие решения для 3D-печати металлом.

Fabrisonic

Fabrisonic SonicLayer 7200

Альтернативный способ 3D-печати больших металлических деталей — технология ультразвукового аддитивного производства компании Fabrisonic. Ее станки оборудованы аппаратом подачи и обрезки металлической ленты, фрезером и сонотродом — инструментом для ультразвукового соединения металла.

Слои здесь формирует металлическая фольга — аппарат отрезает ее из бобины с лентой. Добавляемый металл прижимается к предыдущему слою и подвергается воздействию ультразвука — соединение слоев происходит за счет ускоренной диффузии.

После соединения фреза удаляет лишний материал, так образуется очередной слой. Этот метод печати металлом дает меньше возможностей для образования сложных форм и внутренних структур, но лучше всего подходит для серийной печати крупных изделий.

Sciaky

Sciaky EBAM 300

Для печати действительно больших металлических конструкций лучшим выбором будет EBAM от Sciaky. Принтеры этой компании используются, в основном, в аэрокосмической и оборонной промышленности Соединенных Штатов.

Конструктивные элементы самолетов, производство которых по традиционным технологиям могло занимать до полугода, теперь печатаются в течение 48 часов.

Уникальная технология Sciaky использует электронно-лучевую пушку высокой мощности для плавки титанового филамента толщиной 3 мм, со стандартной скоростью осаждения от 3 до 9 килограммов в час.

Пример применения авиастроительной компанией Локхид-Мартин:

3D Systems

3D Systems ProX DMP 320

Источник: youtube.com

*На сегодняшний момент 3D-принтер снят с производства. Другие модели по технологии DMLS/SLM здесь.

3D Systems ProX DMP 320 — принтер нового поколения, печатающий по технологии DMLS. Этот принтер может работать без остановки 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, обеспечивая высочайшие показатели скорости построения модели и производительности. Стоит отметить довольно большой объем рабочей камеры — 275 x 275 x 420 мм.

Источник: youtube.com

Процесс производства полностью автоматизирован — от задания параметров для построения до уборки и утилизации отработанного и излишнего материала. Принтер печатает различными сплавами титана, никеля и стали. Благодаря сниженному присутствию кислорода в камере построения, изделия, напечатанные на ProX DMP 320 отличаются высокой прочностью, долговечностью и небольшим весом.

Источник: youtube.com

Пример применения в автоспорте:

3D Systems ProX DMP 300

ProX DMP 300 от 3D Systems — еще одна популярная установка для печати металлами. Ключевым удобством работы с этим 3D-принтером является автоматизированная система загрузки и переработки материалов.

Источник: youtube.com

Благодаря системе наплавления собственной разработки, ProX DMP 300 может печатать под углом до 20° без поддержек. Улучшенное качество отпечатанной поверхности и меньшее количество поддержек ведут к уменьшению затрат на постобработку и расходные материалы — следовательно, экономится время и финансы.

Источник: youtube.com

Farsoon

Farsoon FS421M

Источник: top3dshop.ru

3D-принтер Farsoon FS421M имеет большую рабочую зону и оборудован волоконным лазером высокой мощности. Принтер оснащен закрытой системой работы с порошком. Загрузка, перемещение, подача и переработка порошка осуществляется единой системой в среде инертного газа. Принтер работает как с металлическими сплавами производства Farsoon, так и с материалами других производителей.

Источник: top3dshop.ru

Farsoon FS301M

Источник: top3dshop.ru

Farsoon FS301M3 — промышленный “металлический” 3D-принтер с закрытым корпусом и вместительной рабочей камерой для печати крупногабаритных объектов. Как и в модели FS421M, в принтере FS301M3 есть возможность установить второй дополнительный лазер мощностью 500 Вт. Технология с двойным лазером повышает производительность, так как лазеры охватывают всю область печати.

Источник: top3dshop.ru

Farsoon FS301M3 имеет высокую скорость, благодаря минимальной задержке между нанесением слоев порошка.

Заключение

3D-печать металлами способна удовлетворить запрос не только на прототипы при разработке изделий, но и на готовые детали, при малотиражном и единичном выпуске, и такие детали зачастую превосходят созданные традиционными методами. Это преимущество выражается не только в сокращении сроков и стоимости их создания, но и в повышении точности и функциональности — 3D-печатные металлические объекты уже сейчас можно делать намного сложнее литых и штампованных.

Эта информация оказалась полезной?

Да Нет

Отправить

Благодарим за отзыв!

VK.com Twitter