3D-печать на металле:опровергнутые 7 распространенных заблуждений

Остается непонимание возможностей и ограничений 3D-печати металлом одна из ключевых проблем для более широкого внедрения технологии. Заблуждения, возникшие вокруг технологии, только подливают масла в огонь.

В сегодняшней статье мы разберем некоторые распространенные мифы о 3D-печати металлом, чтобы раскрыть правду и вооружить вас фактами.

1. 3D-печать металлом - слишком дорогое удовольствие

Аддитивное производство металлов (AM) может быть дорогостоящей технологией. Некоторые металлические системы AM могут стоить до миллиона долларов, что делает их доступными только для крупных предприятий.

Тем не менее, некоторые компании понимают, что такие капиталовложения недопустимы для небольших фирм и механических цехов, и специально разработали 3D-принтеры по цене ниже 200 000 долларов. Такие системы нацелены на демократизацию 3D-печати металлом, открывая доступ к технологиям для более широких рынков.

Примеры включают такие компании, как Xact Metal, Laser Melting Innovations (LMI) и One Click Metal, которые демократизируют технологию плавления металлического порошка.

В большинстве случаев эти компании оснащают свои системы более экономичными компонентами, чтобы снизить затраты на оборудование. Например, в 3D-принтере LMI Alpha 140 используется диодный лазер, который дешевле и менее подвержен повреждениям, чем CO2-лазер. И вместо дорогих систем сканирования Alpha 140 оснащена лазерной системой с декартовым движением. Благодаря этим изменениям компания смогла снизить цену на свою машину до менее чем 100 000 евро.

Кроме того, другие компании, такие как Desktop Metal и Markforged, разработали новый подход к 3D-печати на металле. чтобы сделать его более доступным. И система Desktop Metal Studio, и система Metal X от Markforged основаны на аналогичной технологии, в то время как металлические порошки, заключенные в пластиковую нить, экструдируются через сопло для создания зеленых деталей, которые затем спекаются в печи.

Что делает этот подход более доступным - более дешевые компоненты, необходимые для производства принтера, и более низкие эксплуатационные расходы благодаря более дешевым материалам для литья металла под давлением.

По цене менее 200 000 долларов и Metal X, и Studio System открыли новые возможности в области 3D-печати металлом, сделав процесс менее дорогостоящим, удобным для офиса и более простым в управлении.

2. Большинство металлических систем AM похожи

Еще одно распространенное заблуждение - все металлические 3D-принтеры похожи. На самом деле существует целых пять ключевых технологий 3D-печати металлом, каждая со своими уникальными требованиями и функциональностью.

Даже в рамках одной технологической группы 3D-принтеры могут существенно различаться. В качестве примера возьмем металлический порошковый сплав (PBF), процесс, при котором металлические порошки наплавляются слой за слоем с помощью мощного источника тепла. Хотя ключевая идея PBF остается прежней, существует несколько совершенно уникальных подходов к этой технологии.

Например, компания VELO3D разработала 3D-принтер для порошкового наплавления, который отличается уникальным механизмом повторного нанесения покрытия и тесно интегрирован с программным обеспечением. Это дает системе уникальную возможность печатать детали практически без опорных конструкций.

В другом примере Aurora Labs разрабатывает металлический 3D-принтер PBF, который сможет печатать детали с беспрецедентной технологией PBF - до тонны металла в день.

В целом ландшафт 3D-печати металлом довольно сложен, и за ним бывает сложно следить. Вы можете прочитать наше полное руководство по 3D-печати из металла, чтобы узнать больше об этой технологии.

3. 3D-печать металлом подходит только для мелкосерийного производства

3D-печать металлом - это действительно популярная технология, когда нужно производить небольшие объемы деталей. Однако на этом его возможности не заканчиваются. Некоторые 3D-принтеры по металлу, в частности те, которые основаны на технологии струйной печати связующего, могут обрабатывать средние и большие партии деталей.

Примером тому является 3DEO. Компания, занимающаяся 3D-печатью металла, разработала запатентованную технологию Intelligent Layering, которая позволяет выполнять массовое, воспроизводимое и автоматизированное производство металлических деталей.

Аддитивный процесс 3DEO состоит из трех этапов. Сначала машина распределяет тонкий слой стандартного металлического порошка для литья под давлением (MIM). Затем распыляет связующее на весь слой. Наконец, он использует концевую фрезу с ЧПУ для точного определения формы детали на каждом слое. Такой гибридный подход позволяет компании, которая использует эту технологию в качестве услуги, обрабатывать заказы объемом 250 000 единиц в год.

Другой пример - система производства Desktop Metal’s Production, машина для струйной печати связующего, способная печатать со скоростью до 12 000 см3 / час, что означает более 60 кг металлических деталей в час. Такая скорость на порядки выше, чем у большинства металлических 3D-принтеров на рынке, что делает его идеальным для производства сложных металлических деталей в больших объемах.

В качестве потенциальной альтернативы традиционным методам, таким как механическая обработка, эти методы демонстрируют, что отрасль разрабатывает решения для более быстрой 3D-печати металлом, выводя эту технологию в новую сферу крупносерийного производства.

4. Высококачественные приложения - единственные приложения, которые стимулируют спрос на 3D-печать металлом

Metal AM действительно впервые был принят для высокотехнологичных приложений в аэрокосмической и медицинской промышленности. Однако с распространением более доступных решений для 3D-печати металлом спектр приложений расширился до запасных частей, функциональных прототипов и нестандартных инструментов.

Интересно, что способность 3D-печати улучшать существующие производственные процессы с помощью аддитивных форм, приспособлений и приспособлений считается одним из основных преимуществ AM, согласно недавнему отчету EY.

Например, компания по производству инструментов Built-Rite использует собственную систему Studio Desktop Metal для производства компонентов для сборки быстроповорачиваемых пресс-форм. Система Studio работает путем нагрева и экструзии металлических стержней - металлического порошка и полимерных связующих - формируя сырую деталь слой за слоем, а затем деталь спекается в удобной для офиса печи.

Этот процесс позволяет Built-Rite делать компоненты на 90 процентов дешевле и на 30 процентов быстрее, чем при аутсорсинге, при этом снижая вес и, следовательно, использование материалов на 40 процентов.

Когда дело доходит до производства запасных частей, Metal AM может помочь устранить несколько основных факторов, влияющих на стоимость послепродажного обслуживания и ремонта:большие запасы, старые запасные части, пользующиеся меньшим спросом, а также устаревшие или немоторные запчасти. складские помещения.

Очевидно, что преимущества 3D-печати металлом не ограничиваются дорогостоящими аэрокосмическими и медицинскими компонентами, поскольку она становится технологией с широким спектром недорогих приложений.

5. Металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, уступают обычным металлическим деталям

Многие производители не уверены, могут ли металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, соответствовать качеству деталей, изготовленных традиционным способом. Это заблуждение возникло в основном из-за новизны металлической 3D-печати, которая еще должна доказать свою пригодность для производства деталей конечного использования.

На самом деле приверженцы технологий уже доказали, что качество металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере, равно или даже превосходит качество изделий, изготавливаемых традиционным способом. Вот почему мы все чаще видим, как металлические детали AM используются в критически важных системах, таких как ракетные двигатели, теплообменники и различные детали турбин.

Несмотря на то, что создание квалифицированного рабочего процесса AM для металла может быть сложной задачей, производители внедряют эту технологию, чтобы в конечном итоге воспользоваться преимуществами более эффективных, легких и эффективных металлических компонентов.

6. Металлические 3D-принтеры могут печатать только мелкие детали

По мере роста спроса на более крупные металлические детали технология эволюционировала, позволяя производить более крупные компоненты.

В 2020 году большинство 3D-принтеров, особенно на основе порошковой технологии и технологии струйной печати связующего, будут создавать мелкие детали, измеряемые в сантиметрах. Например, в случае технологии PBF, когда слои металлического порошка плавятся с помощью лазера или электронного луча, большие детали трудно создать из-за накопления напряжений внутри детали. Чем больше деталь, тем больше изменения температуры, которые увеличивают остаточное напряжение и изменение деформации детали.

Вот почему для производства более крупных деталей часто используются другие технологии AM, такие как прямое энергетическое напыление и аддитивное производство проволочной дуги.

Например, производитель 3D-принтеров по металлу Sciaky предлагает одни из крупнейших в мире 3D-принтеров по металлу, основанные на технологии электронного лучевого аддитивного производства (EBAM). Sciaky позиционирует свою систему AM как более быструю и доступную альтернативу крупногабаритным поковкам и отливкам.

Один из ее 3D-принтеров, EBAM 150, имеет впечатляющий объем сборки 3708 x 1575 x 1575 мм. .

В EBAM используется такой процесс, как сварка, когда электронный луч используется для плавления металла в форме проволоки. Это означает, что данная технология хорошо подходит для обработки широкого спектра свариваемых материалов, от титана до инконеля и нержавеющей стали.

Lockheed Martin - один из пользователей технологии EBAM. Аэрокосмическая компания применила его для создания двух гигантских куполов для резервуаров высокого давления, несущих топливо на борту спутников. Эта технология позволила Lockheed Martin напечатать на 3D-принтере два купола диаметром 116 см каждый за три месяца вместо двух лет, что на целых 87 процентов сократило время выполнения заказа.

Возможности 3D-печати металлом явно выходят за рамки простых компонентов, открывая возможность 3D-печати крупномасштабных деталей более быстрым и гибким способом.

7. Повторное использование металлического порошка отрицательно влияет на свойства материала детали

Последнее заблуждение, которое мы обсудим сегодня, заключается в том, что повторное использование и переработка порошка в процессе PBF на основе лазера отрицательно влияет на свойства материала и приводит к ухудшению качества деталей.

В PBF после завершения процесса печати нерасплавленный порошок перерабатывается, а затем смешивается с новым порошком в заданной пропорции. Однако инженеры, скептически относящиеся к переработке материалов, часто указывают максимальный возраст порошка и требуют, чтобы поставщики AM выбросили весь старый порошок.

Тем не менее, многочисленные исследования доказывают, что повторное использование и переработка порошка с надлежащим контролем не только помогает не влияет на механические свойства, но также делает использование PBF на основе лазера более эффективным и экономичным процессом AM.

Компания Stratasys Direct Manufacturing, поставщик услуг 3D-печати, например, провела углубленное исследование влияния вторичной переработки на детали, изготовленные из суперсплавов на основе никеля. Путем измерения различных параметров, таких как прочность на разрыв и предел текучести деталей, напечатанных на 3D-принтере из переработанного материала, исследование показало, что переработка практически не влияет на свойства Inconel 718 и Inconel 625 при комнатной температуре или при повышенных температурах.

В другом исследовании Renishaw, производитель металлических 3D-принтеров, выполнил в общей сложности 38 сборок с использованием переработанного порошка Ti6Al4V ELI (Extra Low Interstitial) из титанового сплава. Компания пришла к выводу, что изменения в порошке за период исследования не были достаточно значительными, чтобы повлиять на настройки параметров материала, и нет никаких доказательств того, что потребуется утилизация порошка.

Преодоление заблуждений в области 3D-печати металлом

По мере того, как металлическая 3D-печать продолжает развиваться, один из способов сделать эту технологию более распространенной - информировать людей об истинных возможностях и ограничениях этой технологии.

В конечном итоге, вооруженная современными знаниями, металлургическая промышленность AM может быстрее продвигаться по пути индустриализации, открывая технологию для более широких рынков и приложений.