3D-печать металлом по-прежнему остается наиболее востребованной аддитивной технологией. Каждый материал предлагает неповторимую комбинацию функциональных и эстетических свойств, необходимых для создания оригинальных миниатюрных деталей, механических элементов, прототипов или украшений.

Для подавляющего большинства людей трехмерные принтеры больше не являются чем-то исключительным, и FDM/FFF-методы становятся популярнее и более распространенными. Однако аддитивное производство с использованием сплавов пока еще является чем-то абстрактным, и вряд ли кто-то четко понимает, как оно действует, для чего конкретно его можно использовать.

Тонкости технологии печати металлом

Существующие причины работать со сплавами настолько весомы, что распечатка объемных предметов металлическими порошками активно вводится в серийное производство. Некоторые 3D-печатные объекты догнали и превзошли практическими характеристиками те функциональные элементы, которые выпускаются традиционными методами.

Однако часто потенциальные заказчики хотят создать на трехмерном оборудовании деталь, совершенно несоответствующую критериям, установленным для 3Д-печати из сплавов. Обычная мотивация – ожидание, что аддитивное производство будет дешевле, чем фрезерование с ЧПУ. Еще одна проблема – это стереотипы, сформировавшиеся о данной технологии на основании опыта работы с дешевыми настольными 3D-принтерами, работающими с пластиком.

Важно понимать, что FDM/FFF-печать полимерами полностью отличается от способов обработки металлов. Это два принципиально различных метода изготовления объектов, единственный общий знаменатель которых состоит в том, что они производят детали поэтапно – один слой за другим. Иными словами, если кто-то овладел секретами 3Д-построения на компактном объемном принтере и чувствует себя действительно сильным в данной области, то в реальности его знания не имеют ценности, когда дело доходит до работы с металлическим порошком.

Что такое 3D-печать из металла

Трехмерная распечатка из сплавов – это порошковая технология. Оборудование работает аналогично методу SLS (построение элементов из полиамидов), но отличается целым рядом технологических нюансов. Наиболее важным различием является тот факт, что в SLS-технологии не нужно использовать опорные конструкции, а в случае печати из металла это необходимо. Поэтому при проектировании моделей следует учитывать необходимость использования поддержек, которые после завершения 3D-печати должны легко сниматься.

В процессе построения объекта на рабочую платформу наносится ровный слой металлического порошка, который выборочно плавится лазерным лучом. Когда один уровень расплавляется, стол опускается на заданную высоту, насыпается другая порция порошка, и лазер снова плавит металлический порошок, спекая его с предыдущим слоем.

По окончании процедуры объект построения очищается от нерасплавленного порошка, убираются опоры. Для некоторых типов металлических сплавов необходима дополнительная термообработка.

Почему 3D-печать металлом такая дорогая

Технология трехмерного выращивания объектов из металлических сплавов считается наиболее дорогостоящей из всех аддитивных методик. Основные причины высокой цены на услугу:

•    оборудование дорого, поскольку в него включены высокотехнологичные компоненты (лазерные головки, точные схемы управления, системы вентиляции, создающие вакуум внутри рабочей камеры и закачивающие в нее технический газ, массивная, герметичная конструкция), а изготовление и сборка аппаратуры, сложны и трудоемки;

•    используемые материалы – порошковые металлические сплавы, для производства которых необходимо сначала преобразовать сырье в проволоку, а затем распылить до заданной степени гранулометрии, что является чрезвычайно сложным и дорогостоящим процессом (например, стоимость килограмма порошковой нержавеющей стали в разы превышает цену такой же массы сырья, используемого для обработке в станке с ЧПУ);

•    операционные расходы – это затраты на технический газ плюс обслуживание всей инфраструктуры, необходимой для постобработки.

Отдельной статьей идет плановое техобслуживание агрегата с заменой узлов, текущий и капитальный ремонт. Также нужны квалифицированный персонал, а также специальное программное обеспечение.
При этом 3Д-печать сплавами расходует меньше энергии и минимизирует объем отходов. Распечатанное готовое изделие может быть в 2 раза легче, чем деталь, изготовленная фрезерованием или литьем. Одна только авиационная промышленность экономит огромные суммы на топливных ресурсах за счет уменьшения массы конструкций.

Когда использовать 3D-печать металлом, а когда ее стоит избегать и выбирать другую технологию изготовления?

Самая распространенная ошибка в представлении о трехмерной распечатке металлическими порошками – это приравнивание ее к фрезерованию с ЧПУ. Если что-то можно фрезеровать относительно легко, нет смысла изготавливать предмет на 3D-принтере – стоимость трехмерной печати будет выше. Это особенно важно для партий больших объемов или тяжелых деталей. Наиболее весомой переменной всегда является стоимость материала, а чем больше ресурсов применяется для распечатки, тем дороже результат.

К 3D-печати металлом целесообразно обращаться, когда:

•    фрезерование или любая другая обработка технологически невозможны;

•    метод ЧПУ очень сложный и трудоемкий;

•    необходимо изготовить тонкостенные элементы (толщиной менее 1 мм) – металлический 3D-принтер в зависимости от геометрии способен выстраивать стенки 0,2-0,3 мм;

•    нужно создать мелкие детали (1-5 см по осям XYZ);

•    требуется сделать объекты, имеющие решетчатую внутреннюю структуру или полые внутри.

3D-печать также применима, когда можно изготовить одну сложную многокомпонентную деталь, вместо того, чтобы собирать ее из нескольких независимых частей (например, три элемента корпуса и набор болтов, шайб, гаек для их соединения).

Еще один яркий пример – 3D-печатные стоматологические протезы и медицинские импланты, которые считаются оптимальным решением. На трехмерном оборудовании изделия выпускаются быстрее и дешевле, а также оперативно адаптируются к персональным потребностям пациента.

3D-построение металлом активно внедряется в ювелирном деле. Технология предоставляет мастерам шанс создавать украшения эксклюзивного дизайна.

Автопроизводители становятся более зависимы от распечатанных металлических запчастей. Ведущие бренды, использовавшие 3D-печать лишь для прототипирования, теперь внедряют технологию в крупносерийное производство.