База знаний

Особенности 3D-печати металлом
Эра 3D

Эра 3D

17 октября 2017

447

Особенности 3D-печати металлом

Мне нравится

0

Технологии трехмерной печати металлами

Из металлического порошка изготавливают изделия, которые характеризуются:

  • повышенной прочностью;
  • разнообразной геометрией;
  • шероховатой поверхностью;
  • отсутствием напряженности металла.

Готовые изделия могут подвергаться постобработке, доступны различные материалы и сплавы, технологии производства. К наиболее распространенным относят:

  • Струйная 3Д-печать.

Используется для создания композитных моделей. В качестве сырья могут использоваться любые металлы, переработанные в порошок. Для связывания порошка потребуется полимер. При термической обработке композитные модели превращаются цельнометаллические. Их структура будет пористой, ввиду чего не удается говорить о высокой прочности. Повысить этот показатель можно при помощи специальной пропитки бронзой. Однако даже после этого детали не рекомендуется использовать как механические компоненты сложных систем. Они будут полезны при производстве сувениров, ювелирных изделий.

  • Послойное наплавление.

Технология 3Д-печати с использованием металлов пока недостаточно развита. Тугоплавкое сырье требует особых экструдеров, выдерживающих более высокие температуры, легкоплавкое — не всегда дает качественные характеристики, достаточные для практического применения готовых изделий. Ввиду таких обстоятельств, основное внимание направлено на использование композитов, в частности, BronzeFill. Материал состоит из термопластика и бронзового порошка. Из него получают изделия, поддающиеся шлифовке, визуально напоминающие бронзу. Вместе с тем цельнометаллическими их не назвать, так как их свойства определяются характеристиками связующего термопластика. Технологию целесообразно внедрять при производстве предметов искусства, сувениров, промышленных образцов (проводники, экранирующие материалы).

  • Ламинирование.

При 3D-печати этим методом используется металлическая фольга. Она наносится тонкими листами. Конструирование формы осуществляется посредством механической/лазерной резки и склеивания трехмерной модели. Получаемые образцы также не относятся к цельнометаллическим, так как предусматривается использование клея. Преимущества технологии — дешевизна и визуальное соответствие изделиям из металла. Основная сфера внедрения — макетирование.

  • Селективное и прямое лазерное спекание.

Лазерные установки используют для создания цельнометаллических трехмерных моделей. Селективная технология (SLS) позволяет работать с металлами и термопластиками (в виде порошка). Если в процессе производства металлы покрывают легкоплавкими материалами (чтобы использовать менее мощные излучатели), готовое изделие потребует дополнительного спекания в печи и специальной пропитки (повышает прочность). При работе с чистыми металлическими порошками селективную технологию заменяют методом прямого спекания (разновидность SLS). Процесс идет под воздействием температуры, что обеспечивает быстроту и экономию на мощности лазерного оборудования. Внедрять технологию актуально там, где нужны детали, не требующие глубокой механической обработки, изделия со сложной геометрией. Лазерное спекание не накладывает ограничений на использование стали, сплавов никеля, титана, драгоценных металлов. К недостаткам относят пористость изделий, ввиду чего не удается обеспечить прочность, соответствующую литым экземплярам.

  • Селективную лазерную и электронно-лучевую плавку.

Первая технология применима в макетировании, прототипировании, ювелирном деле. Главный недостаток — пористость изделий, а значит, невысокая прочность. Внедряя электронно-лучевую плавку, достигают высокой точности изделий, сопоставимой с лазерной плавкой. При этом производительность установок выше, их конструкция — проще. Технология используется при изготовлении форсунок, ортопедических протезов. Плавка привлекает тем, что можно работать с широким диапазоном металлов и сплавов, «печатать» мелкие партии металлических деталей, которые по своим свойствам практически не будут уступать изделиям, получаемым при традиционном производстве. Экономия достигается за счет отсутствия необходимости в создании дополнительной инфраструктуры (печи, инструмент, формы для литья).

Отдельно отметим технологию произвольной электронно-лучевой плавки. Ее разрабатывают специалисты NASA для внедрения в условиях невесомости. В качестве сырья используются металлические нити, так как законы гравитации не позволяют работать с порошками. Для плавки используется электронно-лучевая пушка.

Металлы для 3Д-печати

 

Чаще других в трехмерной печати используют титан. Это универсальный металл, одновременно прочный и легкий. Его применяют в медицине, космической и авиационной промышленности. Не менее распространена сталь — прежде всего, ввиду доступности. Сплав прочен на разрыв, устойчив к коррозии, востребован в тяжелой промышленности. Алюминий и сплавы с ним легкие, с хорошими легирующими свойствами и показателями электропроводности. Металл используют в процессе 3Д-печати в автомобилестроении, аэрокосмической отрасли, промышленности. Сплавы никеля характеризуются механической прочностью и свариваемостью. Металл выдерживает температуры в пределах 7000°С, оптимален для таких сфер как авиация, энергетика, производство инструментов. Сплав кобальта с хромом востребован в стоматологии (коронки, мосты, протезы). Некоторые металлы используются в качестве добавок. Например, железо, медь.

ЗD-принтеры могут работать с драгоценными металлами (серебро, золото). Их используют в ювелирном деле, медицине, при производстве электроники. Главная задача специалистов — определение целесообразности применения драгметаллов, оптимального расхода.

Для трехмерной печати металлами подходят такие устройства, как Sciaky EBAM 300, Fabrisonic UAM, M Line Factory, ORLAS CREATOR и другие.