Является ли 3D-экструзия металлов следующей волной в аддитивных технологиях?

3D-аддитивное производство экструзии металла начинает завоевывать рынок. Обладая более привлекательной ценой, чем другие 3D-технологии, он может встряхнуть мир. Мы рассказываем о нескольких крупных игроках в этой области и их претензиях на известность.

Со всеми новостями о 3D-печати металлом в последнее время велики шансы, что вы, по крайней мере, заинтересованы, если не активно изучаете доступные варианты. Производители используют такие технологии, как прямое лазерное спекание металла и электронно-лучевое плавление, для печати всего, от топливных форсунок реактивных двигателей до медицинских протезов, так почему бы вашей мастерской не использовать эту технологию для прототипов, инструментов и деталей для мелкосерийного производства?

Во-первых, принтеры, используемые для производства этих деталей, и тысячи подобных металлических компонентов могут быть дорогостоящими. Вы можете рассчитывать на 500 000 долларов и выше на лазерную машину для нанесения порошкового слоя, а также на программное обеспечение, обучение и вспомогательное оборудование для ее поддержки. Металлический порошок, необходимый для создания чего-либо, часто является частной собственностью, как и лазеры, используемые для его спекания в полезные продукты.

Новые дети в области 3D-экструзии металла

Не отчаивайтесь. Недавно на рынке появилось новое поколение 3D-принтеров по металлу. Эти машины намного дешевле, относительно просты в использовании и производят полностью плотные металлические детали, подходящие для конечного применения. Существует несколько различных технологий, и около дюжины производителей оборудования предлагают свои собственные уникальные альтернативы традиционным системам с порошковым слоем. Вот несколько примеров.

Жизнеспособно ли 3D-аддитивное производство, несмотря на шумиху вокруг него? Прочтите статью «Применение 3D-печати в производстве», чтобы узнать больше.

3D-профили экструзии металла:Markforged, Desktop Metal, Digital Metal

В принтере Markforged Metal X используется запатентованная атомно-диффузионная технология производства добавок, или технология «ADAM», для печати деталей из нержавеющей стали 17-4 PH или 303 с алюминием, инконелем, титаном и другими запланированными материалами.

Технология работает путем экструзии стержнеобразных цилиндров из металлического порошка, предварительно смешанного с пластиковым связующим, через сопло для создания слоев деталей толщиной 50 мкм (0,002 дюйма). По завершении «зеленая» деталь проходит через промывочную станцию ​​для удаления некоторого количества связующего материала, а затем помещается в печь, которая сжигает оставшееся связующее вещество и сплавляет частицы металла вместе. Сообщается, что при цене полной системы около 100 000 долларов США производственные затраты до 10 раз меньше, чем при использовании альтернативных технологий с добавками металлов, и до 100 раз меньше, чем при механической обработке.

Профиль 3D-экструзии металла:настольный металл, цифровой металл

Desktop Metal предлагает два металлических 3D-принтера:Studio System и Production System. Studio System — это «удобный для офиса» принтер, в котором используется процесс экструзии, мало чем отличающийся от того, который используется Markforged. Его запатентованный процесс осаждения связанного металла печатает 17-4 PH, 316L, Inconel и другие порошки, аналогичные тем, которые использовались в литье металлов под давлением, используемом десятилетиями, но связанными в полимерной смеси. Толщина слоя 50 мкм (0,002 дюйма) и скорость наращивания 16 см³/ч. (1 дюйм³/час). Здесь снова детали промывают на станции удаления связующего перед спеканием в печи при температуре до 1400 градусов по Цельсию (или 2552 по Фаренгейту). Desktop Metal также утверждает, что он в 10 раз дешевле, чем лазерные 3D-принтеры по металлу.

Со скоростью сборки до 8200 см ³ /час. (500 дюймов³/час), говорят, что производственная система Desktop Metal в 100 раз быстрее, чем лазерные принтеры для металла, и явно предназначена для массового производства. Используя 32 000 форсунок и двунаправленный распределитель порошка, его технология распыления за один проход наносит миллионы капель связующей жидкости в секунду на каждый слой порошка. Он также содержит вещества, препятствующие спеканию, чтобы облегчить последующее удаление опорных структур. Затем «коричневые» части сплавляются в печи при температуре чуть ниже температуры плавления металла, чтобы получить полностью плотный продукт.

Хотя производственная система не будет доступна до 2019 года, стоимость производственной системы примерно в 400 000 долларов приближается к лазерным порошковым принтерам, но, как говорят, предлагает стоимость за деталь, сравнимую со стоимостью металлических отливок — по крайней мере, до 100 000 штук.

Хотите углубиться в 3D-добавку? Ознакомьтесь с разделом «Уникальные проблемы и решения в области 3D-печати металлом».

3D-профиль экструзии металла:цифровой металл

DM P2500 от Digital Metal — еще один 3D-принтер по металлу, в котором используется технология струйной печати. Компания Digital Metal, являющаяся частью шведской группы Höganäs, ведущего поставщика металлических порошков, заявляет, что ее машины произвели более 200 000 высококачественных 3D-печатных компонентов для аэрокосмической, автомобильной, медицинской и других отраслей промышленности. Возможна толщина слоя до 42 мкм (0,0016 дюйма), а также разрешение элементов до 35 мкм (0,0014 дюйма). Скорость сборки близка к скорости Studio Studio от Desktop Metal:100 см ³ . /час. (6 дюймов³/час), хотя говорят, что DM P2500 обеспечивает чрезвычайно мелкую детализацию и чистоту поверхности «медицинского класса».

Существует множество других систем и технологий. Например, машиностроительный завод AM ExOne предлагает различные машины для струйной обработки связующего и материалы, начиная от бронзы и заканчивая вольфрамом. Vader Systems использует электромагнитное поле для изготовления деталей из жидких металлов. В производстве добавок для пеллет Pollen AM используется сырье MIM, которое до 5 раз дешевле, чем существующие системы на основе порошка.

Хотя лазерные 3D-принтеры по металлу имеют свое место, эти альтернативы предлагают ряд преимуществ:поскольку нет термического напряжения, как в лазерных системах, опорные конструкции, необходимые для удержания деталей на месте во время процесса сборки, могут быть упрощены или даже ликвидировано. Это позволяет заполнить всю рабочую камеру, что означает, что сотни или даже тысячи мелких деталей могут быть обработаны за одну операцию без участия оператора.

Используемые опорные конструкции, как правило, легче демонтировать, что может устранить необходимость во вторичной механической обработке или ручной чистовой обработке. Поскольку металлы те же, что и для MIM, получить одобрение для аэрокосмической и медицинской промышленности намного проще. Нет необходимости в газообразных аргоне или азоте, как в лазерных системах, и нет никаких опасений, что лазерный луч может вызвать взрыв в атмосфере, заполненной алюминиевой или титановой пылью.

Вы когда-нибудь занимались аддитивным производством и 3D-печатью? Каким был ваш опыт?