3D-печать на металле 101

Для многих связь между 3D-печатью металлом и производством была ограничена. Однако по мере того, как технология стала более доступной, ее начали использовать на производственных предприятиях. В этом сообщении блога мы узнаем, почему компании в первую очередь выбирают металлическую 3D-печать, а также как работают различные технологии аддитивного производства металлов.

Прочтите наше Руководство по металлическому дизайну

Почему стоит выбрать аддитивное производство металлов?

3D-печать металлом имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами обработки металлов. Один, который присущ всем формам аддитивного производства, заключается в том, что стоимость детали одинакова для мелкосерийного и крупносерийного производства. Это позволяет производить небольшие партии нестандартных деталей по доступной цене. Еще одно преимущество в том, что сложность бесплатна. Сложные компоненты, которые стоят тысячи для ЧПУ и требуют установки нескольких станков, можно распечатать на 3D-принтере с небольшими усилиями за небольшую часть цены. Это особенно выгодно для металлов, которые трудно обрабатывать. Поскольку процесс 3D-печати является аддитивным, материалы, которые обычно трудно разрезать, такие как титан и инконель, можно напечатать с гораздо меньшими усилиями. Наконец, аддитивное производство металла позволяет изготавливать детали, которые невозможно создать никаким другим способом. Это дает инженерам возможность разрабатывать компоненты более конкретно для их функций, не ограничиваясь типичными ограничениями традиционного производства. ‍

Как работает аддитивное производство металлов?

Существует много различных типов металлической 3D-печати, и, как и в случае с пластиковой печатью, каждый из них подходит для разных производственных целей. Основная идея, которую все они разделяют, - это создание металлической детали слой за слоем. Ниже приведены четыре наиболее распространенных типа аддитивного производства металлов и принципы их работы.

Powder Bed Fusion

Принтеры этого семейства равномерно распределяют тонкий слой порошка по рабочей пластине, а затем выборочно расплавляют поперечное сечение детали на каждом слое. Некоторые технологии, о которых вы, возможно, слышали в этой категории, включают селективную лазерную плавку (SLM), прямое лазерное спекание металла (DMLS) и электронно-лучевое плавление (EBM).

Одним из преимуществ методов плавления в порошковой подложке является то, что они могут достигать очень высокого разрешения, что полезно для небольших или более точных деталей. Обратной стороной является то, что эти машины (с учетом модернизации оборудования и оборудования для постобработки) стоят более 1 миллиона долларов США. Кроме того, пользователи должны соблюдать особые меры предосторожности, поскольку они напрямую работают с опасными металлическими порошками.

Прямое распределение энергии (DED)

Процессы DED включают осаждение и сплавление металлического сырья из печатающей головки для создания слоев детали. Среди машин DED - электронно-лучевое аддитивное производство (EBAM) и лазерное осаждение материалов (LMD).

Машины DED отлично подходят для очень больших деталей и, поскольку они не используют металлические порошки, не требуют тех же мер предосторожности, что и порошковые технологии. С другой стороны, эти принтеры, как правило, имеют более низкое разрешение и такие же дорогие, как и их аналоги с порошковой подушкой.

Распыление связующего

Подобно расплавлению порошкового покрытия, эти принтеры распределяют слои металлического порошка, но вместо лазерного спекания они распределяют связующее на каждом слое. Это создает непрочно приклеенную металлическую деталь, которую затем спекают в печи, чтобы получить окончательную металлическую деталь. Спекание расплавляет связующее и равномерно нагревает порошок до температуры чуть ниже его точки плавления, позволяя детали соединиться в готовую металлическую деталь.

Технология струйной печати на связующем является преимуществом, поскольку она позволяет изготавливать точные детали намного быстрее, чем другие методы. Десятки деталей могут быть напечатаны одновременно, а затем спечены в большой печи, что позволяет производить 3D-печать на уровне производства. Подобно методам плавления в порошковом слое, распыление связующего очень дорого и имеет высокий барьер для входа:системы стоят более 1 миллиона долларов и требуют специальных мер для обработки металлического порошка.

Экструзия связанного порошка

Эта новая форма металла AM и метод, используемый Markforged Metal X, используют металлические порошки, связанные воскообразным полимером, для изготовления деталей. Эта металлопластиковая смесь расплавляется и печатается через сопло, аналогично 3D-печати FFF. Затем, чтобы удалить неметаллические частицы и получить окончательный металлический компонент, эта «сырая» часть промывается в растворителе и спекается в специальной печи, аналогично струйной очистке связующего.

Экструзия связанного порошка значительно дешевле, чем другие варианты, и стоит менее 200000 долларов. Это также намного безопаснее и удобнее; порошок больше не опасен, когда он связан с нитью. Одним из недостатков является то, что изготовление деталей может занять больше времени из-за многоступенчатого процесса.

Аддитивное производство металлов превратилось в разнообразный набор процессов, приносящих преимущества, которые не могут обеспечить никакие другие методы изготовления. Поскольку цены на системы продолжают падать, превращение металлических 3D-принтеров в обычный производственный инструмент - лишь вопрос времени. Чтобы узнать о компаниях, которые уже извлекают выгоду из аддитивного производства металлов, ознакомьтесь с нашими тематическими исследованиями.