Обзор технологии:когда действительно стоит перейти на 3D-печать металлом

С самого начала аддитивное производство металлов привлекало внимание инженеров и технических энтузиастов своим нетрадиционным подходом «снизу вверх» и шумихой вокруг того, на что оно способно. Действительно ли выгодно использовать аддитивное производство для детали, которая надежно производилась методом вычитания в течение многих лет? В этой статье обсуждается этот вопрос и указываются случаи, когда 3D-печать металлом может быть хорошим выбором для производства деталей, а когда нет.

3D-печать металлом (DMLS):обзор процесса

Обычные производственные технологии, такие как обработка на станках с ЧПУ, обычно представляют собой субтрактивные процессы, что означает удаление материала для придания формы изделию, тогда как технология 3D-печати металлом является аддитивной. Одной из самых распространенных и популярных технологий 3D-печати металлом является прямое лазерное спекание металла (DMLS).

Типичный процесс DMLS начинается с разделения данных файла 3D-дизайна САПР на чрезвычайно тонкие слои, эффективно создавая 2D-модель для каждого слоя.

В машине используется мощный оптический лазер. Внутри рабочей камеры есть платформа для дозирования материала и платформа для сборки, а также ролик, используемый для перемещения нового порошка по платформе для сборки. Технология сплавляет металлический порошок в твердую деталь, расплавляя его локально с помощью сфокусированного лазерного луча. Детали создаются аддитивно слой за слоем.

Случаи, когда стоит выбрать 3D-печать металлом

3D-печать металлом имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной механической обработкой. Мы перечислили здесь несколько случаев, когда стоит подумать о 3D-печати металлом вместо обработки на станке с ЧПУ.

У вас сложный дизайн

Когда дело доходит до сложности и свободы дизайна, 3D-печать металлом имеет огромное преимущество перед обычной. Многие сложные конструкции не могут быть изготовлены с помощью традиционных технологий с такой же легкостью, как с помощью 3D-печати. Взгляните на пример ниже

Этот тип сложной конструкции может быть очень сложно обрабатывать с помощью традиционных технологий, даже на 5-осевых станках с ЧПУ.

Еще одним преимуществом здесь является низкая стоимость сложности. Создание сложных механических деталей с помощью традиционного производства требует точности и навыков, особенно для сборки сложных деталей, а это означает, что цена увеличивается с ростом сложности. Это не относится к 3D-печати, которая создает всю деталь за один процесс, вместо того, чтобы создавать каждый компонент перед сборкой. Таким образом, за сложность не взимается дополнительная плата.

Вам срочно нужны металлические прототипы

Если количество требуемых деталей меньше, скажем, от 1 до 5 или около того, или для прототипирования, металлический AM гораздо более выгоден. Поскольку стоимость каждой добавленной единицы практически одинакова, можно внести необходимое количество изменений в деталь. Его можно использовать для прототипирования:вы будете использовать 3D-печать, чтобы создать прототип и обновлять его до тех пор, пока не будут выполнены требуемые функции. Это важный шаг перед запуском продукта в массовое производство. Его также можно использовать во время остального производственного процесса для создания уникальных изделий, которые могут лучше соответствовать вашим потребностям.

Кроме того, 3D-печать металла может быть быстрее, чем детали, обработанные на станке с ЧПУ. Обработка на станках с ЧПУ обычно требует больше времени для хранения материалов, настройки станка и подбора необходимых инструментов. В результате получение первой части может занять несколько недель. Для 3D-печати, даже для DMLS, которая является более сложной, чем традиционные, деталь может быть напечатана по запросу и отправлена ​​без какого-либо набора инструментов или инструментов, что приводит к сокращению времени выполнения заказа по сравнению с традиционными технологиями. Сочетание сокращенного времени выполнения заказа и более эффективного процесса прототипирования сокращает время выполнения работ. Это одно из самых больших преимуществ 3D-печати металлом.

Вам нужны легкие и прочные компоненты

Аэрокосмическая и медицинская промышленность, естественно, нуждаются в легких, но прочных деталях. Известно, что суперсплавы, такие как Inconel 718, AlSi10Mg, кобальт-хром, легче по сравнению с их аналогами, обработанными традиционным способом. Изготовление деталей из этих сплавов, естественно, делает их сравнительно легкими. Например, известные топливные форсунки GE, напечатанные на 3D-принтере для двигателей семейства LEAP, раньше изготавливались из 20 отдельных деталей, поступающих от независимых поставщиков, но с использованием прямого лазерного спекания металлов (DMLS) в результате получился цельный компонент, который на 25% легче и легче. в пять раз прочнее оригинальных деталей. Нажмите здесь, чтобы узнать больше.

Вы хотите избежать потерь материала

3D-печать невероятно ресурсоэффективна, поскольку потребляется только тот материал, который проходит под лазером (или через экструдер и т. д.), в то время как традиционная обработка с ЧПУ оставляет стружку и мелкие кусочки металла, которые необходимо перерабатывать. Тот факт, что производителям не нужно производить столько данного продукта, чтобы оправдать затраты на установку, также снижает количество отходов.

Недостатки 3D-печати металлом

Помимо преимуществ, которыми 3D-печать металлом обладает по сравнению с традиционными технологиями, есть несколько соображений, по которым рекомендуется отдавать предпочтение последним.

Зернистая поверхность

3D-печать — это аддитивный процесс, а это означает, что поверхности не будут такими гладкими, как при обработке на станках с ЧПУ, и что будет не так просто создать желаемую текстуру поверхности. Поэтому, если для вас важна текстура поверхности, вместо этого следует рассмотреть возможность обработки на станках с ЧПУ. Тем не менее, существует множество методов постобработки, позволяющих удалить поддерживающие конструкции, улучшить отделку и улучшить эстетический вид, при этом стоимость также соответственно увеличивается.

Менее прочные части

Из-за самой аддитивной технологии металлические 3D-печатные детали не могут быть такими же прочными, как детали, изготовленные из цельного металлического блока. Окончательная прочность зависит от конструкции, размера и материала, но в целом прочность на сжатие металлических 3D-отпечатков в среднем на 40-50 % ниже, чем у деталей, обработанных на станках с ЧПУ.

Дорогое серийное производство

Становится дешевле массовое производство с помощью станков с ЧПУ. Массовое производство по-прежнему является решающим фактором в различных отраслях, и именно здесь 3D-печать отстает, а скорость, с которой 3D-принтер может собирать объект, часто бледнеет по сравнению с традиционной сборочной линией.

Ограниченный объем сборки

Когда требуется большой размер детали, всегда лучше использовать обработку с ЧПУ. Например, максимальный размер детали, достигаемый с помощью DMLS, составляет 250 x 250 x 325 мм, а для обработки с ЧПУ – 2000 x 800 x 1000 мм. Сравнение размеров ясно показывает неспособность 3D-печати производить огромные детали из-за ограниченного размера порошкового слоя.

Ограниченный выбор материалов

Обычные варианты производства, такие как литье под давлением и обработка с ЧПУ, могут предложить широкий выбор материалов. Когда дело доходит до 3D-печати металлом, выбор материала ниже, что может быть ограничивающим фактором, когда для требуемой детали требуются конкретные материалы, и его необходимо учитывать при принятии решения о том, какими техническими свойствами вы хотите, чтобы ваш продукт обладал. На данный момент в Xometry у нас есть пять порошков металлов/сплавов, которые поддерживают DMLS, тогда как, если для требуемой детали требуется какой-либо другой материал, нет другого варианта, кроме традиционных процессов обработки.

Обзор

Нельзя сказать, что 3D-печать металлом заменяет традиционные производственные технологии во всех аспектах, поскольку обе они имеют свои преимущества там, где они блестят, и недостатки там, где их нет. Вот краткий обзор сильных сторон обеих технологий:

3D-печать металлом	Обработка с ЧПУ
Более быстрый оборот	Массовое производство
Прототипирование и мелкосерийное производство	Твердая структура поверхности
Простота создания сложных дизайнов	Использование материалов и потребность в технических характеристиках, недоступных при 3D-печати
Сокращение отходов	Крупногабаритные детали
Настройка и адаптивность	Сильные стороны

---

Если у вас есть готовые проекты, не стесняйтесь запросить расценки как на обработку с ЧПУ, так и на 3D-печать DMLS в нашей системе мгновенного расчета цен, чтобы сравнить цены и сроки выполнения.