Является ли 3D-экструзия металла будущим аддитивного производства?

3D-аддитивная экструзия металла начинает устанавливаться на рынке. С более привлекательной ценовой точкой, чем другие 3D-технологии, у нее есть потенциал встряхнуть вещи. Мы профилируем несколько основных игроков в этой сфере — и их претензии на славу.

Со всеми новостями о 3D-печати металла в последнее время, шансы хороши, что вы хотя бы заинтересованы, если не активно исследуете доступные варианты. Производители используют технологии вроде прямой лазерной спекания металла и электронно-лучевого плавления, чтобы печатать всё: от топливных сопел реактивных двигателей до медицинских протезов, так почему бы вашему цеху не использовать технологию для прототипов, оснастки и деталей малого серийного производства?

Во-первых, принтеры, используемые для производства этих деталей и тысяч подобных металлических компонентов, могут быть дорогими. Вы можете рассчитывать на 500 000 долларов и выше для лазерной порошковой кроватки, плюс программное обеспечение, обучение и вспомогательное оборудование для его поддержки. Металлический порошок, необходимый для фактического построения чего-либо, часто проприетарен, как и лазеры, используемые для спекания его в полезные продукты.

­­Новые дети 3D-экструзии металла на блоке

Не отчаивайтесь. Новое плеяда 3D-металлических принтеров недавно вошла на рынок. Эти машины намного менее дорогие, относительно просты в использовании и производят полностью плотные металлические детали, пригодные для конечного использования. Существует несколько отдельных технологий с примерно дюжиной производителей оборудования, предлагающих свои уникальные альтернативы традиционным порошковым кроватным системам. Вот несколько примеров.

Жизнеспособно ли 3D-аддитивное производство несмотря на хайп? Прочитайте «Случай для 3D-печати в производстве», чтобы узнать больше.

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

Принтер Metal X от Markforged использует проприетарную атомно-диффузионную аддитивную технологию производства, или технологию «ADAM», чтобы печатать детали из нержавеющей стали 17-4 PH или 303 с алюминием, инконелем, титаном и другими, которые планируются.

Технология работает экструдируя стержнеподобные цилиндры порошкового металла, предварительно смешанного с пластиковым связующим, через сопло для создания слоев детали толщиной 50 мкм (0,002 дюйма). Когда завершено, «зеленая» деталь отправляется через мойку для удаления части материала связующего, а затем помещается в печь, которая сжигает оставшееся связующее и спектит металлические частицы вместе. С ценовым тегом, висящим около 100 000 долларов за полную систему, затраты на производство, как сообщается, до 10 раз меньше, чем альтернативные металло-аддитивные технологии и до 100 раз меньше, чем обработка.

Профиль 3D-экструзии металла: Desktop Metal, Digital Metal

Desktop Metal предлагает два 3D-металлических принтера, Studio System и Production System. Studio System — «офисно-дружественный» принтер, который использует процесс экструзии, не в отличие от того, который использует Markforged. Его запатентованный процесс связанного металлического осаждения печатает 17-4 PH, 316L, инконель и другие порошки, подобные тем, которые используются в десятилетиях старой технологии литья под давлением (MIM), но связанные в полимерной смеси. Толщины слоев 50 мкм (0,002 дюйма) и скорости сборки 16 см³/ч (1 дюйм³/ч) возможны. Здесь снова детали мываются в станции дебиндинга перед спеканием в печи при температурах до 1400 градусов Цельсия (или 2552 Фаренгейта). Desktop Metal также заявляет о том, что они в 10 раз дешевле лазерных 3D-металлических принтеров.

Со скоростями сборки до 8200 см³/ч (500 дюйм³/ч), Production System от Desktop Metal, как говорится, в 100 раз быстрее лазерных металлических принтеров и явно предназначен для массового производства. Используя 32 000 сопел и двунаправленный порошковый распределитель, его технология однопроходного струйного осаждения наносит миллионы капель в секунду связующей жидкости на каждый слой порошка. У него также есть антиспективные агенты, чтобы сделать поддерживающие структуры легче для удаления позже. «Коричневые» детали затем спектируются в печи чуть ниже температуры плавления металла для производства полностью плотного продукта.

Хотя не коммерчески доступен до 2019 года, примерно 400 000 долларов стоимость Production System приближается к лазерным порошковым кроватным принтерам, но, как говорится, предлагает стоимость на деталь, сопоставимую с металлическими литья — по крайней мере до 100 000 штук.

Хотите глубже в 3D-аддитивное? Ознакомьтесь с «Уникальные проблемы и решения в 3D-печати металла».

Профиль 3D-экструзии металла: Digital Metal

DM P2500 от Digital Metal — еще один 3D-металлический принтер, использующий технологию струйного осаждения связующего. Как часть шведской группы Höganäs, ведущего поставщика металлических порошков, Digital Metal говорит, что их машины произвели более 200 000 высококачественных 3D-печатных компонентов для авиации, автомобилестроения, медицины и других отраслей. Толщины слоев до 42 мкм (0,0016 дюйма) возможны, как и разрешение особенностей до 35 мкм (0,0014 дюйма). Скорости сборки близки к Studio System от Desktop Metal — 100 см³/ч (6 дюйм³/ч), хотя DM P2500, как говорится, достигает экстремально мелкой детализации и «медицинского класса» шероховатости поверхности.

Существует много других систем и технологий. Производитель AM-машин ExOne, например, предлагает множество машин и материалов для струйного осаждения, от бронзы до вольфрама. Vader Systems использует электромагнитное поле для построения деталей из расплавленных металлов. Пелетная аддитивная производственная технология Pollen AM использует MIM-подготовку, которая до 5 раз дешевле существующих порошковых систем.

Хотя лазерные 3D-металлические принтеры имеют свое место, эти альтернативы предлагают ряд преимуществ: Поскольку нет термического стресса, как с лазерными системами, поддерживающие структуры, необходимые для удержания деталей на месте во время процесса сборки, могут быть упрощены или даже устранены. Это позволяет заполнить всю камеру сборки, что означает, что сотни или даже тысячи маленьких деталей могут быть обработаны в одной, беспилотной операции.

Поддерживающие структуры, которые используются, обычно легче удалять, что может устранить необходимость вторичной обработки или ручной доводки. Поскольку металлы те же, что используются с MIM, авиационные и медицинские одобрения надзора намного легче получить. Нет необходимости в аргоне или азоте, как есть с лазерными системами, ни нет никаких забот о том, что луч лазера может вызвать взрыв в атмосфере, заполненной алюминиевой или титановой пылью.

Вы рискнули в аддитивное производство и 3D-печать вообще? Каков был ваш опыт?