Оценка характеристик металлических деталей, изготовленных методом FDM 3D-печати

3D-печать казалось, ушла на второй план. Из-за ограничений материалов и невозможности массового производства считалась пригодной только для кастомного единичного изготовления.

Однако непрерывное обновление технологий 3D-печати открыло новые возможности в промышленном производстве деталей — например, FDM 3D-печать металлов. Совершенствование этой технологии позволяет теперь производить металлические изделия небольшими сериями через FDM.

Что такое FDM 3D-печать металла?

FDM-технология формовки металла разработана на базе технологии литья металлов под давлением (MIM). MIM — новейшая технология обработки компонентов, возникшая при переносе технологии литья пластиков под давлением в порошковую металлургию.

Основные этапы MIM: выбор металлического порошка и связующего, приготовление однородного корма при заданной температуре, гранулирование после литья под давлением. После получения заготовки — дебаиндинг (удаление связующего), затем спекание и уплотнение для получения готового изделия.

FDM металла объединяет процесс MIM и похож на FDM пластиков. В отличие от FDM пластиков, материал — нить (филамент). В отличие от распространенного SLM, не использует лазеры и порошки в процессе формовки.

Как FDM 3D-печать превращает металлические порошки в изделия?

FDM 3D-печать работает аналогично MIM, как описано выше.

1. Изготовление филамента. Металлический порошок (например, нержавеющая сталь) тщательно смешивается со связующим, нить получается вытягиванием.
2. Печать и формовка. FDM-оборудование высокотемпературной (выше 300 °C) соплой расплавляет нить, экструдирует и формирует слой за слоем предварительную металлическую деталь. Сопло должно иметь высокую прочность и износостойкость — металлическая смесь быстро изнашивает латунные сопла (одна катушка = одно новое сопло).
3. Дебаиндинг. Нагрев детали, удаление связующего, испарение большей части баиндера (деталь усаживается).
4. Спекание. Высокотемпературное спекание удаляет остатки баиндера, деталь усаживается дальше. Размер спеканной детали уменьшается на 15–17% относительно только что напечатанной (баиндер испаряется, зазоры между частицами сокращаются, деталь уплотняется), масса снижается на 20%.

Новые преимущества FDM 3D-печати в производстве в 2022 году

По сравнению с потребительским и профессиональным оборудованием, промышленные FDM-принтеры теперь имеют термостатируемую камеру и высокотемпературное сопло, температура камеры до 300 °C.

FDM-принтеры могут печатать высокопроизводительные материалы: PEEK, PEKK, ULTEM, PEI и др., удовлетворяя требования к высокотемпературным, антикоррозийным, ударовизким материалам, а также промышленным требованиям: крупногабаритность, высокая эффективность.

Использование FDM в комбинации с процессом MIM (как решение Desktop Metal) позволяет напрямую печатать металлические корма для литья под давлением, затем дебаиндинг, спекание и получение металлических деталей.

Будь то литье или MIM — комбинация традиционных технологий, материалов и FDM делает возможным использование FDM для производства металлических деталей с преимуществами: более гибкое оборудование и ниже стоимость.

Следовательно, 3D-печать не невозможна для высоконагруженных промышленных задач, как считалось пару лет назад, а полностью реализует производство деталей и изделий.