Когда лучше использовать 3D-печать металлом по сравнению с литьем металла под давлением (MIM)

Бум коммерческой 3D-печати породил ряд распространенных заблуждений об этом процессе. Например, многие считают, что в процессах аддитивного производства могут использоваться только пластмассы. На самом деле инженеры также могут создавать 3D-печатные детали из металлов.

Для проектов, связанных с металлами, инженеры должны ознакомиться с преимуществами и недостатками как литья металлов под давлением (MIM), так и 3D-печати металлами. Более пристальный взгляд на эти два процесса показывает, что 3D-печать металлом предлагает удивительный набор преимуществ. Вот основные отличия и основные соображения для инженеров.

Литье металлов под давлением (MIM)

Литье металлов под давлением (MIM) сочетает литье пластмасс под давлением с порошковой металлургией и требует четырех этапов:подготовки сырья, формования, удаления связующего и спекания.

Сначала мелкие металлические порошки смешивают с термопластичным материалом и восковыми связующими, а затем гранулируют в мелкие гранулы. Затем эти гранулы нагревают и впрыскивают в полость пресс-формы. После формования из металлического порошка удаляется связующее, в результате чего образуется «коричневая часть», которая переходит на стадию спекания. Печной цикл обычно включает несколько стадий. Коричневую часть нагревают до относительно низкой температуры, чтобы выжечь оставшееся связующее вещество, затем ее спекают при температуре, близкой к температуре плавления металла. Металлический порошок уплотняется для получения конечного продукта.

Приложения

Инженеры обращаются к MIM, когда им нужно производить детали — особенно мелкие или сложные, — которые невозможно эффективно изготовить с помощью какого-либо другого процесса. Поскольку для изготовления детали с помощью MIM требуется только одна пресс-форма, этот процесс также отличается высокой повторяемостью и позволяет получать детали одинакового размера, формы и прочности.

Детали MIM имеют широкий спектр применения в основных коммерческих и промышленных секторах, от автомобильной до аэрокосмической. Общие области применения включают петли на компонентах очков, корпусах часов, петли для ноутбуков и точные медицинские инструменты.

Преимущества

MIM — это эффективный метод производства больших объемов мелких и сложных деталей. Готовые детали имеют гладкую поверхность и относительно прочны для своего размера, часто обеспечивая плотность более 95%. MIM совместим с широким спектром материалов, которые можно расщепить до порошкообразного состояния и которые подходят для спекания. В основном это стали.

Ограничения

К сожалению, литье металлов под давлением имеет множество ограничений, в первую очередь из-за форм, необходимых для производства деталей MIM. Пресс-формы MIM могут стоить от 50 000 до 100 000 долларов, что может быть чрезмерно дорого для мелкосерийного производства. Часто MIM оправдан с финансовой точки зрения при годовых объемах более 50 000 штук и длительном жизненном цикле производства.

Кроме того, литье металлов под давлением ставит перед инженерами серьезные задачи проектирования. Конструкции пресс-форм нелегко изменить, и все еще существуют значительные ограничения в отношении формы. Например, деталь не может иметь больших выступов, так как ее необходимо вытолкнуть из полости. Толщина стенки представляет собой еще одну проблему проектирования из-за удаления связующего вещества. Если стенки детали слишком толстые, может быть невозможно извлечь воск из середины. Дизайнеры и менеджеры проектов должны помнить об этих соображениях, если они планируют использовать литье металлов под давлением для своего проекта. В противном случае они могут быть вынуждены вносить дорогостоящие корректировки позже в производственный процесс.

3D-печать металлом

Металлическая 3D-печать предлагает множество преимуществ, с которыми не могут сравниться другие процессы, включая MIM. Одним из видов 3D-печати металлом является лазерно-порошковая сварка (L-PBF), иногда известная как DMLS. Это процесс печати, при котором детали изготавливаются из металлического порошка.

Во время этого процесса камера заполняется инертным газом, таким как аргон, для минимизации окисления. Тонкий слой металлического порошка распределяется по верхней части платформы для сборки, а затем лазер расплавляет порошок небольшими участками; процесс повторяется до тех пор, пока деталь не будет полностью построена. Излишки порошка удаляются после остывания детали. После этого с детали снимаются напряжения, она отделяется от рабочей пластины, а затем при необходимости подвергается термообработке.

Приложения

Детали, изготовленные по технологии L-PBF, идеально подходят для промышленного применения и высокопроизводительных инженерных деталей. Общие варианты использования включают реактивные двигатели, лопасти турбин, медицинское оборудование и генераторы электроэнергии. Этот процесс совместим с растущим списком металлических сплавов и даже с некоторыми драгоценными металлами, такими как золото и платина. Существуют также другие процессы 3D-печати металлом, которые лучше подходят для приложений с меньшим количеством нормативных требований и критических требований к производительности, таких как распыление металлического связующего и экструзия металла.

Преимущества

Инженеры обращаются к 3D-печати металлом, когда им нужно создать специализированные детали, требующие высокой прочности и долговечности, химической стойкости и доступа к уникальным конструктивным особенностям. В отличие от литья под давлением, 3D-печать металлом предлагает инженерам большую свободу проектирования. В 3D-печати металлом не используются пресс-формы, поэтому инженеры не привязаны к определенным ограничениям формы, а изменить дизайн детали так же просто, как обновить дизайн на компьютере. Усложнение дизайна не приведет к дополнительным затратам на производство.

Ограничения

Тем не менее, у 3D-печати металлом есть свои проблемы. Размер сборки ограничен из-за строгих производственных условий и необходимого контроля процесса. Кроме того, начальные затраты на 3D-печать металлом для машины промышленного уровня могут достигать миллионов — без учета стоимости материалов. Однако высокая цена может стать достойным вложением для инженеров, которым нужна непревзойденная гибкость конструкции и высокая механическая прочность.

Начать 3D-печать металлом

Литье металлов под давлением хорошо подходит для создания небольших сложных деталей, удивительно прочных для своего размера. Однако 3D-печать металлом опережает этот процесс во многих ключевых областях. 3D-печать металлом обеспечивает большую гибкость дизайна, а детали, изготовленные с помощью этого процесса, могут быть оптимизированы для обеспечения высокой прочности, долговечности и химической стойкости.

В Fast Radius мы хорошо разбираемся в аддитивном производстве с использованием различных материалов. Независимо от того, требуется ли вашим деталям пластик или металл, наша команда экспертов поможет вам начать работу и будет сопровождать вас на каждом этапе пути. Никогда не рано начать работать над своим видением — свяжитесь с нами сегодня.

Чтобы узнать больше о наборе производственных услуг, предлагаемых Fast Radius, ознакомьтесь с нашими возможностями и некоторыми из наших последних статей.

Готовы создавать детали с помощью Fast Radius?

Начать цитату