3D-печать металлом – востребованная технология, предлагающая воспроизвести уникальные комбинации практических и эстетических характеристик готовой продукции. Методика применима к прототипам, функциональным элементам, украшениям и бытовым предметам. В настоящее время она оценивается, как одна из самых перспективных, а в скором будущем сможет вытеснить современные способы прототипирования.

Обычное производство объектов из сплавов весьма расточительно. В определенных сферах в отходы отправляется до 90% сырья. Трехмерная печать требует меньше энергетических затрат и минимизирует объем остатков. Распечатанная на 3D-принтере деталь получается на 50% легче в сравнении с литой заготовкой.

DMP и SLS-технологии: в чем разница

Суть процедуры: лазерный либо иной энергетический луч спекает в общую массу частицы тщательно распределенного сыпучего материала, послойно формируя изделия. Особо востребованные методики – Direct Metal Printing (прямое спекание) и Selective Laser Sintering (селективное лазерное спекание).

Технологии SLS и DMP часто путают. Главное различие данных процессов кроется в том, что первый метод подразумевает частичное расплавление металлического порошка, необходимое для спекания, а второй вариант обеспечивает полноценную плавку частиц иттербиевым лазером, нужную для выстраивания монолитных объектов. Кроме того, DMP - прогрессивная методика, используемая исключительно в промышленном производстве.

Как работает 3D-печать металлом

Производственный цикл начинается с цифровой модели, на базе которой аппарат распределяет слои порошкового сырья.

Процесс изготовления металлических предметов состоит из следующих этапов:

1. Рабочая камера наполняется инертным газом для минимизирования степени окисления расходуемого порошка и готового изделия.
2. При необходимости камера разогревается до заданной температуры.
3. Часть материала распределяется по платформе, а мощный лазер выполняет движение по маршруту, определенному программным обеспечением, и спекает частицы, формируя единый слой.
4. Когда процедура сплавления закончена, платформа смещается вниз на толщину слоя и процесс возобновляется.
5. Послойное построение изделия повторяется до полного построения объекта.

При необходимости, опора в 3D-печати создается из идентичного состава, что и базовый элемент. Данное условие выполняется с целью уменьшения вероятности деформирования, спровоцированного высокими температурами.
После того как камера 3D-принтера охладилась, остатки сыпучего компонента удаляются.

Расходные материалы для DMP и SLS

Ассортимент сплавов, применяющихся в металлических 3D-принтерах, обширен. Сейчас востребованы полтора-два десятка вариаций, протестированные и готовые к эксплуатации. Часто используемые составы:

• Нержавеющая сталь 316L – самый доступный компонент, устойчив к агрессивным средам и внедрен в различных секторах промышленности и дизайна. Смеси, включающие кобальт и никель, характеризуются повышенной устойчивостью на сгиб и эластичностью.
• Титановые сплавы Ti6 либо TiAl4V являются самым популярным сырьем для печати металлом на 3D-принтере. Универсальный ресурс прочен, характеризуется малым весом и коррозионной стойкостью. Состав востребован в медицинской сфере (подбор протезов), машиностроении и аэрокосмическом производстве (создание прототипов и мобильных элементов).
• Сплав кобальт-хром CobaltChrome обладает повышенной удельной прочностью. Применяется для печати стоматологических коронок, мостов и протезов.
• Алюминиевый сплав AlSi10Mg сочетает достойную теплопроводность и износостойкость.
• Инконель Inconel отличается жаропрочностью, из-за которой он подходит для нефтяной и аэрокосмической сфер (для изготовления «черных ящиков» авиалайнеров, распределительных форсунок на оборудование).

Большинство моделей 3D-принтеров, способны работать с драгметаллами. Основная задача при взаимодействии с золотом, серебром или платиной – наладить рациональный расход дорогого материала. Ценные компоненты используются для 3D-распечатки ювелирных украшений и медицинских устройств, электроники.

Несмотря на широкий выбор ресурсов, обладающих различными свойствами, любое предприятие имеет возможность разработать или заказать для себя уникальный порошок.

Функциональное оборудование

В некоторых секторах промышленности такие машины стали принципиально важной составляющей технологического процесса. Для работы со сплавами подходят:

• DMP-Factory-500 – оборудование, оптимизированное для масштабного выпуска. Модель годится для распечатки больших и бесшовных изделий. Передовая система снабжена программным обеспечением 3DXpert и функционирует с продукцией LaserForm. Агрегат дает возможность управлять производительностью, меняя количество и типы модулей.
• DMP-Flex-350 – устройство с повышенной пропускной способностью, позволяет воспроизводить предметы, четко сохраняя заданные параметры. Машина работает с высокой скоростью и выдерживает большие нагрузки. Подходит для изготовления прототипов, ограничений по сложности конфигурации не существует.
• DMP-Factory-350 – модель, усовершенствованная модулем автоматической циркуляции порошка. По сравнению с предыдущим образцом добавлена опция очистки рабочей платформы от остатков ресурса при закрытой камере через перчаточный бокс, улучшен пользовательский интерфейс.

Плюсы и минусы печати металлом

3D- печать металлических объектов имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Преимущества:

• плотность и точность распечатки высокого уровня;
• экономия времени;
• 3D-оборудование способно функционировать с широким перечнем сплавов, включая труднообрабатываемые;
• готовые детали можно оптимизировать, чтобы уменьшить их массу и увеличить производительность;
• свобода в проектировании и изготовлении - 3D-печать может использоваться для построения сложных изделий на заказ по персональному эскизу, с конфигураций, которую обычные методики обеспечить не в состоянии.

Ограничения:

• большие первоначальные вложения – производственные расходы, связанные с металлической 3D-печатью, довольно высоки, как и цена расходного сырья;
ограниченные габариты рабочей области в 3D-принтерах данного типа;
• необходимость научных исследований свойств задействованных компонентов;
• специфические требования к условиям работы и к помещению, в котором эксплуатируется 3D-аппаратура;
• сложность в адаптации инновационных решений к имеющимся технологическим циклам.

Заключение

Главными пользователями 3D-принтеров являются масштабные промышленные предприятия и крупные научно-исследовательские центры, имеющие возможность инвестировать. Благодаря передовым корпорациям технология 3D-печати металлом демонстрирует впечатляющий рост, помогает оптимизировать производственный цикл и приносит существенную выгоду. Сейчас разработка больше подходит для эксклюзивных моделей, которые дорого или невозможно выполнить традиционными методами. Однако скорость производства растет, а текущие затраты снижаются, что способствует расширению сферы применения трехмерных принтеров.