Факты о лазерной печати металла

Готовы ли производители прецизионных деталей к 3D-печати?

Тема 3D-аддитивной лазерной печати металла часто упоминается в новостях, поэтому вы можете задаться вопросом:когда Metal Cutting Corporation расскажет о лазерной печати? Ведь мы часто говорим о различных других способах изготовления металлических деталей.

В Metal Cutting мы изготавливаем очень маленькие детали, например, часто с размерами 1 мм (0,039″) на 2 мм (0,079″), и мы изготавливаем Их МНОГО. Эти детали обычно не имеют большого количества сложных элементов или внутренних пустот. Они могут быть трубчатыми или сплошными.

Итак, наш вопрос к экспертам по 3D-лазерной печати:может вы используете 3D лазерную печать из металла для такого большого количества таких мелких деталей?

Основные методы 3D-лазерной печати металла

Для начала давайте кратко рассмотрим три основных метода 3D-аддитивной лазерной печати металла.

Прямое лазерное спекание металла (DMLS)

Этот наиболее популярный метод заключается в расплавлении 2D-дизайна на плоском слое порошка, сплавлении порошка и добавлении слоя за слоем для построения объекта.Технология DMLS позволяет создавать ранее невозможные конструкции. , процесс очень медленный и производит металлургию, которая приближается, но не во всех случаях равняется традиционному производству. DMLS также известен как селективное лазерное спекание (SLS) или селективное лазерное плавление (SLM).

Направленное выделение энергии (DED)

В этом методе с подачей порошка высококонцентрированный поток металлического порошка медленно выпускается через экструдер и расплавляется при встрече с лазером, образуя слои на поверхности. DED очень точен для 3D-лазерной печати металла, а также используется для ремонта сломанных деталей.Этот метод известен как лазерное осаждение металла ( ЛМД).

Нанесение металлического связующего

Этот метод заключается в нанесении жидкой связующей смолы на порошкообразный металлический материал, слои фактически «склеиваются» вместе, а затем спекаются в высокотемпературной печи. Этот процесс быстрее и дешевле, чем два других метода; тем не менее, результаты не такие сильные или плотные, как результаты, которые вы получаете с DMLS или DED.

Некоторые приложения для лазерной печати по металлу

Лазерная печать металла стала популярной для целого ряда приложений, включая все, от прототипирования до функциональных компонентов в различных отраслях промышленности, до массового индивидуального производства предметов повседневного обихода, таких как украшения и посуда.

Лазерная печать металла очень популярна при изготовлении зубных и ортопедических имплантатов. Она позволяет настраивать эти продукты в соответствии с индивидуальными потребностями пациента (подробнее читайте в нашем блоге «Полировка металлических деталей для 3D»). Печатные медицинские устройства.) Лазерная печать металла также широко используется в аэрокосмической промышленности. Например, реактивный двигатель нового поколения LEAP имеет топливные форсунки, напечатанные на 3D-принтере.

Некоторые распространенные ошибки

Люди делают некоторые неправильные предположения, когда речь идет о 3D-лазерной печати металла.Это звучит глупо, но стоит отметить, что то, что продукт разработан с использованием 3D-моделирования CAD, не делает его «готовым к 3D-печати»; Процессы лазерной 3D-печати требуют уникальной постобработки.

Как и при любом методе производства, необходимо также учитывать свойства конкретного материала, который будет использоваться. Например, одно из предположений состоит в том, что лазерная печать металла заменяет литье металла. Наоборот, лазер отлично подходит для уникальных, сложных деталей, которые не могут Свойства металлического предмета, напечатанного на 3D-принтере лазером, отличаются от свойств «того же самого» предмета, отлитого из металла.

Кроме того, лазерная печать металлических деталей, предназначенных для такого процесса, как фрезерование с ЧПУ, будет очень дорогой. Это связано с тем, что субтрактивные детали имеют большую массу и объем, а их конструкция не оптимизирована с учетом присущих 3D-производству преимуществ — по сути, пустот и легких высокопрочных конструкций.

Преимущества лазерной печати по металлу

С точки зрения инженера, вероятно, наиболее значительными преимуществами лазерной 3D-печати металла являются:

• Возможность создавать полностью закрытые пустоты и другие элементы, которые невозможно обработать методом субтрактивной обработки.
• Конструкции, которые обеспечивают исключительную прочность деталей и легкую конструкцию, чего раньше было невозможно добиться

Для такой отрасли, как авиация, где уменьшенный вес самолета означает меньший расход топлива, малый вес является важной целью.

С точки зрения применения, наиболее значительным преимуществом лазерной печати из металла будет «массовая индивидуализация», которую 3D-аддитивная лазерная печать открыла в самых разных отраслях:от запасных частей для авиации до стоматологических коронок и мостов, ортопедических и протезных инноваций и, конечно же, весь процесс прототипирования. Некоторые из этих уникальных форм никогда не могли быть получены методом вычитания. Даже для тех, кто мог быть обработаны или отлиты с более низкой стоимостью за штуку, ни один из методов не мог бы приблизиться к почти мгновенным срокам доставки, которые сделала возможной 3D-лазерная печать металла.

Лазерная печать металла также может уменьшить количество отходов в производственном процессе.В то время как традиционные методы субтрактивной резки включают удаление материала для создания формы, 3D-лазерная печать металла позволяет получить форму. путем добавления только необходимого материала.

Пока металлический порошок доступен, 3D-лазерная печать может быть гибкой с точки зрения металлов, которые она может использовать, включая титан, нержавеющую сталь, инконель и кобальт-хром. , а также латунь, медь, бронза и драгоценные металлы, такие как золото, серебро и платина. Однако, несмотря на то, что проблемы 3D-лазерной печати в инертной атмосфере были преодолены, правильный отжиг некоторых металлов по-прежнему невозможен. Например, хотя вольфрам можно «сконструировать» с помощью 3D-печати, полученный блок вольфрамового металла слишком хрупок, чтобы его можно было использовать.

Недостатки лазерной печати металлических деталей

Аддитивная 3D-лазерная печать, безусловно, известна тем, что делает невозможное возможным, но как насчет точности? Подходит ли 3D-печать для изготовления мелких металлических деталей высокой точности?

Давайте рассмотрим DMLS, наиболее зрелый и хорошо разработанный метод, в котором важными переменными, влияющими на размерную точность, являются:

• Размер частиц порошка
• Интервалы высоты ступеней лифта
• Размер лазерного луча

Каждый из этих факторов определяет размерные допуски. Большой размер частиц металлического порошка делает шаги более крупными. Точно так же высота каждого слоя порошка определяет допуски, которые могут быть достигнуты.
И, вероятно, наиболее важной переменной является размер лазера. луч производит более неточные размеры. Проблема в том, что меньший лазерный луч выделяет меньше тепла, а это означает, что ему потребуется больше времени, чтобы выполнить свою работу. Таким образом, вы можете получить деталь, которая очень точным и/или очень маленьким, но на его изготовление уйдет гораздо больше времени. Это, в свою очередь, повысит стоимость.

Есть и другие способы, при которых лазерная печать металла отнимает много времени.Вновь посмотрите на очень популярную DMLS, где каждая деталь имеет крошечную точку крепления, как крошечная нить, которая держит осиное гнездо подвешенным к поверхности. крыльцо. Если у вас есть 10 000 деталей, напечатанных лазером, это означает, что у вас есть 10 000 точек крепления, которые необходимо отделить. Эта задача отделения от основания обычно выполняется с помощью электроэрозионной обработки.; но какой бы метод ни использовался, повторение его 10 000 раз сводит на нет большинство, если не все аддитивные преимущества.

Реальность такова, что настоящее массовое производство с 3D-лазерной печатью металла по-прежнему невозможно, что делает непрактичным и дорогостоящим производство десятков тысяч очень маленьких деталей. Кроме того, существует высокая начальная стоимость 3D-принтера:не менее 100 000 долларов США за некоторые из новейших столешниц, которые нацелены на то, чтобы разрушить предыдущие разрушители, до более 1 миллиона долларов США. для принтеров с контролируемой атмосферой, используемых с металлами, такими как титан, или гигантскими корпусами, необходимыми для машин, предназначенных для изготовления авиационных деталей. Такая высокая стоимость означает, что любое применение лазерного принтера, для которого предлагается, должно «добавлять» что-то действительно уникальное, чтобы «вычесть» ценность традиционных методов изготовления металла.

Что ждет нас в будущем?

Мы не хотим, чтобы вы думали, что мы упрямы или сопротивляемся изменениям. На самом деле, мы хотели бы поблагодарить нашего друга Скотта Коэна и его партнера Дэвида. Белла в New Lab. Они знают будущее не хуже других, и мы не сомневаемся, что кто-то из New Labs однажды решит некоторые из проблем, с которыми мы сталкиваемся сейчас.

Хотя разработка лазерных 3D-принтеров размером с настольный компьютер, а не огромных промышленных машин, сделает эту технологию более доступной, мы все еще не видим, чтобы лазерная печать металла была подходящей. для больших объемов мелких прецизионных деталей.В этом случае маленькие машины не подходят для мелких деталей. Но, конечно же, однажды мы можем оказаться неправы!

Чтобы получить несколько полезных советов о том, как выбрать лучший метод прецизионной резки металла для вашего проекта по изготовлению металлоконструкций, загрузите нашу белую книгу «Выбирайте с уверенностью:сравнение двухосевых методов прецизионной резки».