Металлическая 3D-печать против литья под давлением (MIM): как выбрать правильный процесс для вашего проекта

Резкий рост коммерческой 3D-печати породил ряд распространенных заблуждений о технологии. Многие считают, что аддитивное производство работает только с пластиками. На самом деле инженеры могут создавать 3D-печатные детали и из металлов.

Для проектов, связанных с металлами, инженерам следует изучить преимущества и недостатки как литья металла под давлением (MIM), так и металлической 3D-печати. Более детальное рассмотрение показывает, что металлическая 3D-печать предлагает удивительно широкий спектр преимуществ. Вот ключевые отличия и важные соображения для инженеров.

Литье металла под давлением (MIM)

MIM сочетает литье пластика под давлением с порошковой металлургией и требует четырех этапов: подготовка исходной смеси, формовка, дебиндинг и спекание.

Сначала тонкие металлические порошки смешивают с термопластиками и восковыми связующими, затем гранулируют в маленькие пеллеты. Эти пеллеты нагревают и впрыскивают в формовочную полость. После формовки связующее удаляют из металлического порошка, получая «бурую деталь», которая переходит к этапу спекания. Цикл печи обычно включает несколько стадий: деталь нагревают до относительно низкой температуры для сгорания остаточного связующего, затем спекание происходит при температуре, близкой к точке плавления металла. Металлический порошок уплотняется, образуя готовый изделие.

Применение

Инженеры выбирают MIM, когда нужно производить детали — особенно мелкие или сложные — которые невозможно эффективно изготовить другими методами. Поскольку для изготовления детали MIM требуется только одна форма, процесс высокоповторяем и дает детали, единообразные по размеру, форме и прочности.

MIM-детали широко применяются в основных коммерческих и промышленных секторах — от автомобилестроения до авиакосмической промышленности. Типичные примеры: петли очков, корпуса часов, петли ноутбуков и высокоточные медицинские инструменты.

Преимущества

MIM — эффективный метод производства больших объемов мелких сложных деталей. Готовые детали имеют гладкую поверхность и высокую прочность для своих размеров, часто достигая плотности выше 95%. MIM совместим с широкой гаммой материалов, которые можно превратить в порошок и которые подходят для спекания. Это в основном стали.

Ограничения

К сожалению, MIM имеет множество ограничений, в основном из-за необходимости форм. Формы для MIM могут стоить от $50 000 до $100 000, что может быть неподъемно для малых серий. Часто MIM имеет экономический смысл только при годовых объемах более 50 тысяч единиц с длительным циклом производства.

Кроме того, MIM создает серьезные конструкторские вызовы. Конструкции форм трудно менять, а ограничения по форме остаются значительными. Например, деталь не может иметь большие нависающие элементы, так как её нужно извлечь из полости. Толщина стенок — еще одна проблема из-за дебиндинга: если стенки слишком толстые, удалить воск из середины может быть невозможно. Проектировщики и менеджеры проектов должны учитывать эти факторы, планируя MIM, иначе им придется вносить дорогостоящие правки на поздних стадиях.

Металлическая 3D-печать

Металлическая 3D-печать предлагает преимущества, недоступные другим процессам, включая MIM. Один из видов — лазерное спекание в порошковом слое (L-PBF), также известное как DMLS, процесс печати деталей из металлического порошка.

В процессе камеру наполняют инертным газом (аргон) для минимизации окисления. Тонкий слой металлического порошка распределяют на строительной платформе, затем лазер спекляет порошок небольшими участками; процесс повторяется до завершения детали. Излишки порошка удаляют после остывания. Затем деталь снимают внутренние напряжения, отделяют от строительной пластины и при необходимости подвергают термообработке.

Применение

Детали из L-PBF идеальны для промышленных применений и высоконагруженных инженерных изделий. Типичные примеры: реактивные двигатели, лопатки турбин, медицинское оборудование, генераторы. Процесс совместим с растущим списком металлических сплавов и даже благородных металлов (золото, платина). Существуют и другие методы металлической 3D-печати, более подходящие для применений с менее строгими требованиями — металлический биндер-джеттинг и металлическая экструзия.

Преимущества

Инженеры выбирают металлическую 3D-печать для создания специализированных деталей, требующих высокой прочности, долговечности, химической стойкости и уникальных конструктивных возможностей. В отличие от MIM, 3D-печать дает огромную свободу проектирования: форм не используется, поэтому инженер не связан ограничениями формы, а изменение дизайна — просто обновление компьютерной модели. Усложнение конструкции не увеличивает затраты на производство.

Ограничения

У металлической 3D-печати свои вызовы. Размер сборки ограничен строгими производственными условиями и контролем процесса. Стоимость промышленной машины может достигать миллионов — без учета материалов. Однако эти вложения оправданы для инженеров, которым нужны беспрецедентная гибкость дизайна и отличные механические свойства.

Начните с металлической 3D-печати

MIM хорошо подходит для мелких сложных деталей с неожиданно высокой прочностью. Однако металлическая 3D-печать превосходит её во многих ключевых аспектах: большая гибкость дизайна, возможность оптимизации под высокую прочность, долговечность и химическую стойкость.

В Fast Radius мы глубоко разбираемся в аддитивном производстве из различных материалов. Независимо от того, пластик или металл вам нужен, наша команда экспертов поможет начать и проведет на каждом этапе. Никогда не рано начинать работать над своей целью — свяжитесь с нами сегодня.

Чтобы узнать больше о производственных услугах Fast Radius, изучите наши возможности и недавние статьи.

Готовы производить детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости