Уникальные проблемы и решения в области 3D-печати металлом

3D-печать металлом не лишена практических проблем и возможностей. Получите более глубокое понимание того, где ожидать задержек и как с ними справляться. Кроме того, узнайте о новых технологиях, которые могут изменить направление развития рынка.

Будущее наступило за металлической 3D-печатью, и ее входная цена может быть встречным ветром. Крупные производственные предприятия довольно глубоко разбираются в этой области, и им может понадобиться помощь небольшого специализированного магазина. Что нужно, чтобы объединить 3D и металл? Для начала освоить новые инженерные подходы и привыкнуть к новым материалам, таким как металлический порошок.

SpaceX строит с его помощью ключевые детали. То же самое делают NASA, Boeing, Lockheed Martin и GE Aviation. Эти и другие производители печатают на 3D-принтере металлические детали для самолетов, которые доставляют нас из города в город, космических кораблей, которые доставляют астронавтов на околоземную орбиту, и ракет, которые запускают красные родстеры Tesla к поясу астероидов. Медицинские фирмы также участвуют в игре аддитивного производства с 3D-печатными имплантатами для замены тазобедренного сустава и пластинами для восстановления черепа для жертв несчастных случаев. Автомобильные и потребительские товары также выстраиваются в очередь.

Если вы являетесь субподрядчиком одной из этих крупных аэрокосмических фирм, вы уже понимаете проблемы, связанные с этой сложной технологией. Хотя он не заменит традиционные или многие другие процессы обработки и изготовления с ЧПУ в течение нашей жизни, он меняет ландшафт доступных вариантов производства.

Посмотрите на цифры:Исследователь рынка IDTechEx прогнозирует, что к 2028 году 3D-печать металлом вырастет до 12 миллиардов долларов в отрасли — по сравнению с примерно 2,5 миллиардами долларов в 2018 году. Исследование EY, проведенное в 2016 году, показало, что 52 процента опрошенных компаний предпочитают металл для 3D-печати любому другому материалу. . На следующий ближайший материал, полимер, приходится 31% спроса, при этом 6% надеются на печать на керамике.

«Компании выбирают его [металл], потому что он позволяет печатать изделия из драгоценных металлов, титана, инструментальной стали, нержавеющей стали и алюминиевых сплавов», — говорится в отчете EY. «Среди компаний, уже использующих 3D-печать металлом, лидируют компании из двух отраслей:аэрокосмической и автомобильной. Шестьдесят пять процентов этих компаний используют 3D-печать металлом; такое высокое соотношение обусловлено огромным количеством металлических компонентов в продуктах этих секторов».

Будьте готовы ждать и очищать металлические детали и компоненты, напечатанные на 3D-принтере

Прежде чем заняться 3D-печатью, подготовьтесь. Это может показаться очевидным, но сборка деталей таким образом — это не что иное, как вытаскивание алюминиевого блока или вращение кобальт-хромового вала. Инструмент — лазер, материал — груда металлического порошка, приспособление — плоская металлическая пластина. Загрузите программу, нажмите «Пуск цикла» — и через несколько часов или дней ваша деталь будет готова. Почти.

Вот в чем загвоздка:скорость сборки при 3D-печати металлом не только очень низкая по сравнению с механической обработкой, но и детали не обязательно готовы при обработке, и при этом они не являются абсолютно точными. Независимо от того, знаете ли вы это как прямое лазерное спекание металла, электронно-лучевое плавление или селективное лазерное плавление, типичные допуски при использовании плавки в порошковом слое составляют около +/- 0,005 дюйма с чистотой поверхности, сравнимой с литьем по выплавляемым моделям (значение около 125 Ra в лучшем случае). ). Это означает, что механическая обработка обычно необходима для очистки любых критических поверхностей, отверстий, нарезания резьбы и т. д.

Более того, для плавки в порошковом слое требуются такие конструкции, как леса, для поддержки заготовки во время обработки. Это означает, что для удаления этих опор может потребоваться шлифовка, дробеструйная обработка и дополнительная механическая обработка.

Хотите получить более фундаментальную информацию о том, почему и как 3D оказало влияние? Ознакомьтесь с «Кейс для 3D-печати в производстве».

<ч />

Что вы думаете? Поговорите со своими коллегами на форуме сообщества .

<ч />

Это жарко:3D-печать на металлах

Также следует учитывать тепловое напряжение. Лазеры и электронные лучи нагревают частицы титана, алюминия, нержавеющей стали, кобальта, хрома, инструментальной стали и десятков других сплавов до их температуры плавления, которая может превышать 2700 градусов. После завершения каждого слоя добавляется свежий порошок, и процесс начинается снова. Как вы можете себе представить, этот повторяющийся нагрев и охлаждение создают огромное напряжение, которое необходимо контролировать в процессе сборки, а затем отжигать после сборки путем термообработки.

Это много, чтобы думать и управлять. Кроме того, те, кто придерживается стратегии 3D-печати, должны обратить внимание на масштабируемость, моделирование, наслоение и симуляцию.

Масштабируемость

До недавнего времени самый большой металлический 3D-принтер едва ли мог напечатать тостер. Сегодня имеющиеся в продаже машины могут изготавливать детали размером с каноэ и откладывать 20 фунтов металла в час. Какой размер машины вам нужен, какая технология лучше всего и насколько велик ваш бюджет? Вы можете подсчитать, что это будет стоить 1 миллион долларов или больше, не считая кривой обучения.

Моделирование

Одним из самых больших препятствий, с которыми сталкиваются производители присадок, является конструкция деталей. Инженеры должны научиться мыслить по-другому, если они хотят добиться успеха с этой технологией, а это означает использование сложной геометрии и «органических форм», которые раньше невозможно было изготовить. Конечно, машинисты и инженеры-технологи должны выяснить, как крепить детали необычной формы, которые встречаются на их пути.

Слои

После утверждения проекта программист или оператор 3D-принтера должен спроектировать опорные конструкции и определить наилучший способ размещения и сборки детали. Хорошая новость заключается в том, что для этой цели разработано множество программ, и эта задача далеко не так сложна, как раньше.

Моделирование

Платформа заполнена порошком, рабочий стол чист, металл готов к плавлению. Однако перед тем, как нажать на кнопку, важно оценить процесс сборки с помощью программного моделирования. Это поможет определить области, в которых термическое напряжение может проявить себя, определить, где необходимы (или не нужны) поддерживающие конструкции, и подтвердить, подходит ли существующий дизайн детали для 3D-печати.

Металл, напечатанный на 3D-принтере, встречайте нового друга, полимер

В мире 3D-печати металлом безраздельно господствует сплавление в порошковом слое — по крайней мере, на данный момент. Несколько новых технологий приближаются к территории порошкового слоя, в том числе методы термического напыления и экструзии, обещающие более низкие затраты (в диапазоне 120 000 долларов США, а не 500 000 долларов США и выше), большую точность и гораздо более высокую скорость сборки. Один из них работает так же, как струйный принтер, за исключением того, что «чернила» сделаны из металлического порошка, смешанного с полимерным связующим.

Деталь создается в «сыром» состоянии перед тем, как ее поместят в печь для спекания, что немного отличается от процесса литья под давлением, применявшегося десятилетиями. Поскольку в нем используется тот же металлический порошок, он не подвергается столь тщательному металлургическому анализу, как другие порошковые добавки. И, как и все технологии 3D-печати металлом, он позволяет создавать полностью плотные детали.

Подобно технологии «струйного связующего», используемой в некоторых новых полимерных принтерах, скорость печати, как сообщается, в 10–100 раз выше, чем у конкурентов. Затраты на станки составляют небольшую часть стоимости станков с порошковым покрытием или гибридных станков. Нет необходимости в поддерживающих структурах, а те, которые используются, можно легко снять после спекания. А поскольку нет лазерного излучения — только УФ для отверждения связующего материала — а металл поставляется в удобных для печати картриджах, с которыми знаком любой офисный работник, проблем со здоровьем и безопасностью гораздо меньше.

«Внедрение металлической 3D-печати для изготовления деталей для конечного использования было шагом, который предприняли некоторые обрабатывающие предприятия, но это было не то, что могли сделать магазины во всем мире», — отмечает Питер Зелински, главный редактор Modern Machine Shop, в журнале. статья «Приход дешевого металлического AM?» «Теперь более дешевая металлическая 3D-печать может означать, что магазины будут регулярно использовать как аддитивные, так и субтрактивные методы для металлических деталей. И это также может означать, что ассортимент металлических деталей, пригодных для присадки, готовится расшириться».

Имеется ли у вас опыт 3D-печати металлом или любых других процессов аддитивного производства? Как это было для вас и вашего магазина?