Металлическая 3D-печать: когда это правильный выбор

С момента своего появления металлическое аддитивное производство привлекло внимание инженеров и технических энтузиастов своим нестандартным нисходящим подходом и ажиотажем вокруг его возможностей. Действительно ли выгодно использовать аддитивное производство для детали, которая годами надежно производилась субтрактивными процессами? Эта статья обсуждает этот вопрос и указывает случаи, когда металлическая 3D-печать может быть хорошим выбором для производства деталей, а когда нет.

Металлическая 3D-печать (DMLS): обзор процесса

Традиционные производственные технологии, такие как ЧПУ-обработка, обычно являются субтрактивными процессами, что означает удаление материала для придания формы продукту, тогда как технология металлической 3D-печати аддитивна. Одной из самых распространенных и популярных технологий металлической 3D-печати является прямое металлическое лазерное спекание (DMLS).

Типичный процесс DMLS начинается с нарезки данных 3D-дизайна CAD-файла на экстремально тонкие слои, фактически генерируя 2D-модель для каждого слоя.

Машина использует высокомощный оптический лазер. Внутри зоны построения есть платформа для расходования материала и строительная платформа вместе с роликом, используемым для перемещения нового порошка на строительную платформу. Технология спектирует металлический порошок в твердую деталь путем его местного плавления сфокусированным лазерным лучом. Детали строятся аддитивно слой за слоем.

Случаи, когда стоит выбрать металлическую 3D-печать

Металлическая 3D-печать имеет свой набор преимуществ над традиционной обработкой. Мы перечислили здесь несколько случаев, когда стоит рассмотреть металлическую 3D-печать вместо ЧПУ-обработки.

Ваш дизайн сложен

Когда речь идет о сложности дизайна и свободе, металлическая 3D-печать имеет огромное преимущество над традиционными методами. Многие сложные дизайны не могут быть произведены с традиционными технологиями с такой же легкостью, как с 3D-печатью. Посмотрите на пример ниже.

Такой тип сложного дизайна может быть очень трудно обработать традиционными технологиями, даже с использованием 5-осевых ЧПУ-станков.

Еще одно преимущество — низкая стоимость сложности. Создание сложных механических деталей традиционным производством требует точности и навыков, особенно для сборки сложных деталей, что означает, что цена растет со сложностью. В 3D-печати это не так, так как она создает целую деталь в одном процессе, вместо создания каждого компонента перед сборкой. Поэтому нет дополнительных затрат на сложность.

Вам срочно нужны металлические прототипы

Если количество необходимых деталей невелико, скажем, от 1 до 5 или для прототипирования, металлическое аддитивное производство гораздо более выгодно. Поскольку стоимость почти одинакова для каждой добавленной единицы, возможно внести необходимое количество изменений в деталь. Можно использовать для прототипирования: вы бы использовали 3D-печать для изготовления прототипа и обновляли прототип до достижения требуемых характеристик. Это критически важный этап перед выводом продукта в серийное производство. Также можно использовать в остальном производственном процессе для создания уникальных деталей, которые могут быть более отзывчивыми к вашим потребностям.

Кроме того, получение металлических 3D-печатей может быть быстрее, чем ЧПУ-обработанные детали. ЧПУ-обработка обычно требует больше времени на закупку материалов, настройку станка, подбор инструментария. В результате может потребоваться несколько недель, чтобы получить первую деталь в руки. Для 3D-печати, даже для DMLS, которая сложнее традиционных, деталь может быть напечатана по требованию и отправлена без какой-либо подготовки или инструментария, что приводит к более коротким срокам поставки по сравнению с традиционными технологиями. Сочетание сокращенного времени выполнения и более эффективного процесса прототипирования сокращает время оборота. Это одно из крупнейших преимуществ металлической 3D-печати.

Вы хотите легкие и долговечные компоненты

Аэрокосмическая и медицинская отрасли естественным образом требуют легких, но прочных деталей. Сверхсплавы, такие как Inconel 718, AlSi10Mg, кобальт-хром, известны как легкие по сравнению со своими традиционно обработанными аналогами. Производство детали из этих сплавов естественным образом делает их легче по сравнению. В качестве примера, известные 3D-напечатанные топливные форсунки GE для семейства двигателей LEAP раньше делались из 20 дискретных деталей от независимых поставщиков, но использование прямого металлического лазерного спекания (DMLS) привело к одночастному компоненту, который на 25 процентов легче и в пять раз прочнее оригинальных деталей. Нажмите здесь, чтобы узнать больше.

Вы хотите избежать отходов материала

3D-печать невероятно ресурсосберегающа, так как единственный потребляемый материал — это то, что проходит под лазером (или через экструдер и т.д.), тогда как традиционная ЧПУ-обработка оставляет стружку и мелкие куски металла, которые должны быть переработаны. Тот факт, что производителям не нужно производить столько данного продукта для оправдания затрат на настройку, также снижает отходы.

Недостатки выбора металлической 3D-печати

Помимо преимуществ, которые металлическая 3D-печать обладает над традиционными технологиями, есть несколько соображений, где предпочтение последним рекомендуется.

Зернистая чистовая поверхность

3D-печать — аддитивный процесс, что означает, что поверхности не будут такими гладкими, как при ЧПУ-обработке, и не будет так легко производить желаемые текстурные поверхности. Так если текстура поверхности важна для вас, следует рассмотреть ЧПУ-обработку вместо этого. Тем не менее, доступны многие методы постобработки для удаления поддерживающих структур, улучшения отделки и эстетики, стоимость также увеличивается соответственно.

Менее прочные детали

Из-за самой аддитивной технологии металлические 3D-напечатанные детали не могут быть такими прочными, как деталь, обработанная из цельного металлического блока. Конечная прочность зависит от дизайна, размера и материала, но в среднем сжатая прочность металлических 3D-печатей в среднем на 40-50% ниже, чем у ЧПУ-обработанных деталей.

Дорогое серийное производство

Массовое производство становится дешевле через ЧПУ-обработку. Массовое производство все еще огромный решающий фактор во всех отраслях, и это то, где 3D-печать отстает, и скорость, с которой 3D-принтер может собрать объект, часто бледнеет по сравнению с традиционной сборочной линией.

Ограниченный объем печати

Когда требуется большой размер детали, всегда лучше идти с ЧПУ-обработкой. Например, максимальный размер детали, достижимый с DMLS, составляет 250 × 250 × 325 мм, а для ЧПУ-обработки — 2000 × 800 × 1000 мм. Сравнение размеров ясно показывает неспособность 3D-печати производить огромные детали из-за ограниченного размера порошковой камеры.

Ограниченный выбор материалов

Традиционные производственные варианты, такие как литье под давлением и ЧПУ-обработка, могут предложить широкий выбор материалов. Когда речь идет о металлической 3D-печати, выбор материалов меньше, что может быть ограничивающим фактором, когда конкретные материалы нужны для требуемой детали и должны учитываться при решении, какие технические свойства вы хотите, чтобы имел ваш продукт. На данный момент в Xometry у нас пять металлов/сплавов порошков, поддерживающих DMLS, тогда как если требуемая деталь нуждается в каком-то другом материале, нет другого варианта, кроме традиционных процессов обработки.

Резюме

Нельзя сказать, что металлическая 3D-печать заменяет традиционные производственные технологии во всех аспектах, так как у обоих есть свой набор преимуществ, где они сияют, и недостатков, где они не сияют. Вот краткое резюме того, что являются сильные стороны обеих технологий:

Металлическая 3D-печать	ЧПУ-обработка
Более быстрое время оборота	Массовое производство
Прототипирование и малосерийное производство	Твердая поверхностная структура
Легкость достижения сложных дизайнов	Использование материалов и потребность в технических характеристиках, недоступных с 3D-печатью
Снижение отходов	Крупногабаритные детали
Кастомизация и адаптивность	Прочные детали

---

Если у вас есть готовые дизайны, не стесняйтесь получить расчет стоимости как для ЧПУ-обработки, так и для DMLS 3D-печати в нашем Instant Quoting Engine, чтобы сравнить цены и сроки поставки.