No Image

3 Д принтер металл

СОДЕРЖАНИЕ
1 просмотров
22 января 2020

Улица Кусковская, дом 20А.
Москва, Россия, 111141

Телефоны

+7 495 740-51-70
+7 929 680-27-76

Время работы

Пн – Пт: с 10 00 – 20 00
Сб: с 12 00 – 20 00

Металл

3D печать металлом – аддитивное производство металлических изделий, которое по праву является одним из наиболее перспективных и стремительно развивающихся направлений в трехмерной печати как таковой. Сама технология берет свое начало еще с обычного спекания материалов, применяемого в порошковой металлургии. Но сейчас она стала более совершенной, точной и быстрой. И сегодня компания SPRINT3D предлагает вам печать металлом на 3D принтере на действительно выгодных условиях. Но для начала – немного информации о самом производственном процессе и его возможностях.

Технология селективного лазерного сплавления

SLM или технология селективного сплавления – это тип прямой печати металлом, при котором достигается плотность 99,5%. Разница особенно ощутима, если сравнивать с моделями, полученными обычным литьем. Достигается такой показатель благодаря внедрению новейших технологий именно в аппаратной части:

    Применение специальных роликов для утрамбовки порошков и, как следствие, возможность использования порошков с размером частиц от 5 мкм. Повышение насыпной плотности, способствующее уплотнению конечных изделий. Создание разреженной атмосферы инертных газов, при которой достигается максимальная чистота материала, отсутствует окисление и исключаются риски попадания сторонних химических соединений в состав.

Но самое главное – современный 3D принтер для печати металлом позволяет легко подобрать индивидуальную конфигурацию для печати конкретным металлическим порошком. Таким образом даже с недорогим материалом можно получить первоклассный результат. Но только при условии использовании качественного современного оборудования. И здесь мы тоже готовы вас удивить!

В настоящее время 3d печать металлом рассматривается, как одна из наиболее перспективных технологий, которая в недалеком будущем может вытеснить современные методы прототипирования.

Исследователи усердно работают над тем, чтобы в ближайшее время принтеры, печатающие металлом, появились на строительных площадках, в металлургической промышленности и на пищевом производстве.

Вам не кажется, что создатели «Терминатора» смогли предугадать будущее?

Только представьте, как изменится наш мир в лучшую сторону, если каждый из нас сможет наладить производство металлических сооружений и конструкций у себя дома.

Говорить о перспективах металлопечати можно бесконечно, но для начала лучше подробнее разобраться с тем, что представляют собой современные 3D принтеры для печати металлом.

Еще недавно литье, рассматривалось как единственный недорогой и выгодный с экономической точки зрения метод изготовления трехмерных металлоконструкций.

С появлением FDM принтеров его гегемония несколько пошатнулась, однако в начале двухтысячных годов мало кто верил в то, что технология трехмерной печати эволюционирует до такой степени, что на повестке дня встанет вопрос о комплексном реформатировании металлургийной промышленности.

Принцип послойного выращивания объемного объекта изначально использовался только при создании аппаратов, работающих с пластиком и глиной.

Прошло немало времени, прежде чем появился 3d принтер по металлу, способный оказать достойную конкуренцию традиционным методам металлопроизводства.

Технологии 3д печать металлом:

На данный момент существует всего несколько технологий, которые используются для печати металлом: лазерные 3d принтеры и струйные. Обе они подразумевают аккуратное и постепенное наслаивание «чернил» слой за слоем для построения заданной фигуры. Тем не менее, инженеры нашли сразу несколько способов, позволяющих вырастить твердый объект на платформе построения.

Селективное лазерное спекание

Технология SLS, также известная под названием Direct metal laser sintering, позволяет создавать металлические объекты из плавкого порошка – металлической глины. Впервые данный материал был показан в 1990 году в Японии. Тогда его использовали для лепки примитивных форм. В промышленности применять его стали лишь спустя десять лет после открытия.

Металлоглина изготавливается из смеси металлической стружки, органического связующего вещества и воды. При обжигании связующее вещество и вода выгорают, что превращает металлический порошок в монолитный объект.

Свеженапечатанные детали методом Direct metal laser sintering:

Для обработки металлоглины SLS-принтеры используют лазер. Порошок наносится на поверхность платформы ровным слоем, после чего разглаживается специальным валиком.Затем лазерное излучение корректирует слой металлоглины так, как это запрограмированно в шаблоне.

Процесс повторяется раз за разом, пока фигура не приобретет нужные размеры. Печать проходит в специальной камере с бескислородной средой, в которой постоянно поддерживается высокая температура. Технология SLS-печати наглядно продемонстрирована на видеоролике, представленном ниже:

Инженеры утверждают, что изделия, изготовленные с помощью селективного лазерного спекания, превосходят металлические заготовки, созданные традиционным методом, по таким параметрам, как пористость и прочность.

Что интересно, промышленный лазерный 3D принтер уже используются такими гигантами, как General Electric Aviation.

Электронно-лучевая плавка

Технология EBM по сути, практически не отличается от SLS/DMLS печати металлом. Единственное отличие электро-лучевой плавки заключается в том, что вместо лазерного луча, металлоглина плавится при помощи направленных электроимпульсов.

Использование электронных пучков высокой мощности, действующих в вакууме, обеспечивает более высокую детализацию печатных объектов. Это объясняется тем, что корректировка электронного луча осуществляется не за счет движения печатной головки, а с помощью манипуляции магнитными полями, то есть на гораздо более точном уровне.

Промышленный 3D принтер Arcam Q10:

Использование электромагнитных компонентов вместо лазерных линз делает EBM принтеры более рентабельными в сравнении с лазерным оборудованием. Кроме того, они обеспечивают более высокую производительность. Посмотреть, как работает аппарат данного типа можно на видео:

Стоит сразу сказать, что вышеназванные технологии далеки от своего предела и могут стать еще лучше. Несмотря на то, что конструкторы используют высокоточное оборудование, которое превосходит традиционные методы обработки металла, при проектировании макетов печатных изделий приходится учитывать усадку от 8% до 30%. Это объясняется физическими свойствами «чернил».

Помимо этого, не стоит забывать, что EBM и SLS/DMLS машины комплектуются германиевыми и алмазными линзами, сложными электромагнитными приспособлениями и посеребренными или позолоченными зеркалами, из-за чего стоимость оборудования делает его покупку рентабельной только для крупных промышленных центров.

Читайте также:  Сони плейстейшен какие игры идут

Струйное моделирование методом наплавления

Технология FDM или fused deposition modeling используется преимущественно в принтерах, работающих с пластиком, воском и смолами.

Принцип работ устройств, использующих данную технологию достаточно прост: расплавленный материал выдавливается через экструдер на охлажденную платформу построения, где он застывает, слой за слоем формируя нужный объект. 3d печать из металла способом наплавления рассматривается как самый простой из доступных ныне методов печати металлом. Конечно, она не лишена недостатков.

Несмотря на обилие «чернил», доступных в виде металлоглины (медь, сталь, железо, бронза, серебро и золото), существующие FDM оборудование не способно печатать металлические объекты с высокой четкостью и детализацией.

Среди устройств, работающих по схожему принципу, можно выделить The Mini Metal Maker.

Ниже прилагается видео, на котором детально продемонстрирован процесс печати металлом с помощью данного аппарата:

Вполне возможно, что 3d принтер металл в обозримом будущем появится в доме каждого желающего. Об этом говорит стремительное развитие отрасли: уже сегодня такие промышленные киты, как General Electric, Mitsubishi, Boeing, General Motors и Lockheed Martin используют на производстве EBM и SLS/DMLS принтеры.
В компаниях уверяют, 3D печать помогает им экономить значительные денежные суммы и существенно расширить возможности конвейерного производства комплектующих.

Вряд ли компании 3D Systems и Arcam, которым принадлежит первенство в данной сфере, смогут оставаться монополистами на рынке долгое время и диктовать потребителям свои цены.

В 2015 году истекает большинство патентов, что согласно базовым законам рыночной конкуренции сделает «домашние фабрики» по производству металлоконструкций доступными для бытового использования.

В этом подробном гиде мы рассмотрим основные принципы технологий 3D-печати металлами, расскажем о разнице между ними и приведем примеры применения. Прочитав эту статью, вы узнаете об их преимуществах и ограничениях. Читайте статью и смотрите видео о 3D-печати металлами.

Содержание:

SLM & DMLS: в чем разница

Выборочное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS) являются двумя процессами аддитивного производства, которые относятся к семейству трехмерной печати порошковым слоем. Эти две технологии имеют много общих черт: обе используют лазер для спекания или выборочного плавления частиц металлического порошка, связывая их вместе и создавая слои изделия, один за другим.

Различия между SLM и DMLS сводятся к основам процесса склеивания частиц (а также к патентам): в SLM лазер расплавляет металлический порошок, а в DMLS частицы порошка нагреваются меньше и спекаются между собой, не переходя в жидкую фазу.

Основное отличие DMLS от традиционных технологий производства металлических деталей в том, что DMLS-принтер создает объекты без остаточных внутренних напряжений, которые могут снижать качество металлических компонентов изготовленных литьем и штамповкой. Это важно для деталей производимых для автомобильной и аэрокосмической отрасли, так как они должны выдерживать высокие нагрузки.

В SLM лазер расплавляет каждый слой металлического порошка, и перепады температур могут приводить к возникновению внутренних напряжений в детали, что потенциально может сказаться на ее качестве, хоть и в меньшей степени чем, например, при литье. В этом вопросе преимущество SLM перед традиционными технологиями меньше, чем преимущество DMLS. С другой стороны, спеченные по технологии DMLS детали уступают в монолитности и запасе прочности деталям напечатанным по методу SLM.

Технологии похожи до степени смешения, как по принципу действия, так и по используемым техническим решениям, потому некоторые 3D-принтеры способны печатать по обеим методикам.

Обе технологии, SLM и DMLS, используются в промышленности для создания деталей для различных областей машиностроения. В этой статье мы используем термин «3D-печать металлами» для обозначения обоих процессов в целом, и описываем их основные механизмы, что поможет инженерам и дизайнерам в понимании преимуществ и ограничений технологии.

Расскажем и о других технологиях 3D-печати металлами, менее распространенных, таких как электронно-лучевое плавление (EBM) и ультразвуковое аддитивное производство (UAM).

Процесс печати SLM / DMLS:

Более подробно о методе SLM Вы можете прочитать в нашей статье.

Как работает 3D-печать металлами

Процессы изготовления деталей по технологиям SLM и DMLS очень схожи.
Основные этапы:

Камеру построения сначала заполняют инертным газом (например, аргоном) для минимизации окисления металлического порошка, а затем нагревают до оптимальной температуры производства.

Тонкий слой металлического порошка распределяется по платформе построения, а высокомощный лазер сканирует поперечное сечение компонента, плавя или спекая вместе металлические частицы и создавая следующий слой. Вся область модели подвергается обработке, поэтому деталь сразу твердая.

После завершения формирования слоя, платформа построения опускается на толщину слоя и рекоутер наносит следующий слой порошка. Процесс повторяется до завершения всей детали.

Когда процесс печати завершается, детали полностью находятся в металлическом порошке. В отличие от процесса спекания полимерного порошкового слоя (такого как SLS), детали прикрепляются к платформе построения с помощью области поддержки. Области поддержки строятся с использованием того же материала, что и деталь, их необходимо использовать для избегания деформации и искажений, которые могут возникнуть из-за высоких температур обработки.

Когда камера построения остывает до комнатной температуры, неизрасходованный порошок вручную удаляется, а детали обычно подвергаются дополнительной термической обработке для снятия остаточных напряжений, затем удаляют поддержки. Детали отделяются от платформы построения и готовы к использованию или последующей обработке.

Схема принтера SLM / DMLS:

Характеристики SLM & DMLS

Параметры принтера

В SLM и DMLS почти все параметры процесса устанавливаются производителем принтера. Высота слоя, используемого в 3D-печати металлами, колеблется обычно от 20 до 50 микрон и зависит от свойств материала.

Читайте также:  Хорошее приложение для замедления видео

Стандартная область 3D-печати металлами варьируется около 250 x 150 x 150 мм, доступны принтеры и с большей областью печати, около 500 x 280 x 360 мм. Точность размеров, которую может достичь 3D-принтер для печати металлами, составляет приблизительно ± 0,1 мм.

Металлический порошок в SLM и DMLS используются повторно: обычно менее 5% уходит в отходы. После каждой печати неиспользованный порошок собирают, просеивают и затем смешивают с новым материалом, до состава необходимого для следующей печати.
В отходы идут, в основном, поддержки.

Небольшое серийное производство рамы велосипеда с использованием SLM. Предоставлено: Renishaw и Empire Cycles.

Адгезия между слоями

Металлические детали, изготовленные методами SLM и DMLS, имеют почти изотропные механические и термические свойства. Они твердые, с очень небольшой внутренней пористостью (менее 0,2-0,5%).

Металлические 3D-печатные детали имеют более высокую прочность и твердость и часто более гибкие, чем детали, изготовленные традиционным способом. Однако они более склонны к усталости.

Например, посмотрите в таблице ниже на механические свойства 3D-печатного сплава AlSi10Mg EOS и литого сплава A360. Эти два материала имеют очень похожий химический состав, с высоким содержанием кремния и магния. 3D-печатные детали имеют превосходные механические свойства и более высокую твердость по сравнению с литым материалом.

Из-за гранулированной формы порошка, шероховатость поверхности (Ra) металлической 3D-печатной детали составляет примерно 6-10 мкм. Эта относительно высокая шероховатость поверхности может частично объяснить более низкую усталостную прочность сплава.

Сравнение механических свойств отдельных разновидностей 3D-печатных и литых деталей:

AlSi10Mg (3D-печатный сплав)

A360 (Литой сплав)

Предел текучести (деформация на 0,2%)

XY: 230 MPa Z : 230 MPa

Прочность на растяжение

XY: 345 MPa Z : 350 MPa

XY: 70 GPa Z : 60 GPa

Удлинение при разрыве

Область поддержки и ориентация деталей

Области поддержки при 3D-печати металлами требуются всегда, из-за очень высокой температуры обработки, и они обычно строятся с использованием решетчатой ​​структуры.

Область поддержки в 3D-печати металлами выполняет три функции:

Обеспечивает подходящую платформу для следующего слоя;

Прикрепляет деталь к платформе построения и предотвращает ее деформацию;

Отводит тепло от детали и позволяет ей остывать с контролируемой скоростью.

Детали часто ориентированы под углом, чтобы минимизировать вероятность деформации и максимизировать прочность в критических направлениях. Однако это увеличивает объем необходимой области поддержки, время печати, количество материала и общую стоимость.

Деформация также может быть сведена к минимуму с использованием бессистемных/случайных шаблонов сканирования, т.е. последовательности прохода лазером участков слоя. Эта стратегия сканирования предотвращает накопление остаточных напряжений в каком-либо конкретном направлении.

Поскольку стоимость 3D-печати металлами очень высока, часто используются симуляции, для прогнозирования поведения детали во время печати. Алгоритмы непрерывной оптимизации также используются не только для максимизации механических характеристик и создания легких деталей, но и для минимизации необходимой области поддержки и вероятности деформации.

Кронштейн перед снятием с области поддержки, ориентированной под углом 45 °. Предоставлено: Concept Laser.

Полые секции и облегченные конструкции

В отличие от процессов спекания полимерных порошковых слоев, таких как в SLS, большие полые секции обычно не используются в 3D-печати металлами, так как области поддержки нельзя легко удалить.

В качестве альтернативы полым сечениям, детали могут быть спроектированы с оболочкой и ядром. Оболочка и ядро обрабатываются с использованием различной мощности лазера и скорости сканирования, что приводит к различным свойствам областей детали. Использование оболочки и ядра очень полезно при изготовлении деталей с большим сплошным сечением, поскольку оно значительно сокращает время печати и вероятность деформации, а также гарантирует производство деталей с высокой стабильностью и отличным качеством поверхности.

Использование решетчатой ​​структуры также является общей стратегией в 3D-печати металлами, для уменьшения массы детали. Алгоритмы оптимизации топологии также могут помочь в разработке органически легкой формы.

Удаление порошка вокруг деталей, изготовленных методом 3D-печати SLM:

Расходные материалы для SLM и DMLS

SLM и DMLS могут производить детали из большого количества металлов и металлических сплавов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальтовый хром и инконель. Эти материалы охватывают потребности большинства промышленных применений, от аэрокосмической до медицинской. Драгоценные металлы, такие как золото, платина, палладий и серебро также могут быть использованы, но их применение ограничено, в основном, изготовлением ювелирных изделий.

Стоимость металлического порошка очень высока. Например, килограмм порошка из нержавеющей стали 316L стоит примерно 350 — 450 долларов. По этой причине минимизация объема детали и области поддержки являются ключом к тому, чтобы максимально снизить затраты.

Основным преимуществом 3D-печати металлами является ее способность печатать высокопрочными материалами, такими как никелевые или кобальт-хромовые суперсплавы, которые очень трудно обрабатывать традиционными методами производства. Значительную экономию средств и времени можно получить, используя 3D-печать металлами для создания деталей с почти чистой поверхностью, которая впоследствии может быть финально обработана традиционными способами.

● Хорошие механические и термические свойства

Нержавеющая сталь и инструментальная сталь

● Хорошая пластичность и свариваемость

● Отличное соотношение прочности и веса

● Низкое тепловое расширение

Суперсплавы из кобальта-хрома

● Отличная стойкость к износу и коррозии

● Отличные свойства при повышенных температурах

● Очень высокая твердость

Никелевые суперсплавы (Инконель)

● Отличные механические свойства

● Высокая коррозионная стойкость

● Термостойкость до 1200°C

● Используются в экстремальных условиях

● Используются в ювелирной промышленности

● Не имеют широкого распространения

Другие технологии

Осаждение материала путем направленного энергетического воздействия (Directed Energy Deposition)

Можно подумать, что среди технологий печатью металлом отсутствует похожая на обычную FDM, однако, это не совсем так. Вы не сможете плавить металлическую нить в своем настольном 3D-принтере, а вот крупные производители владеют такой технологией и пользуются ею. Есть два основных способа печатать цельнометаллическим материалом.

Читайте также:  Фотоаппарат nikon coolpix s800c

Один из них называется Directed Energy Deposition (DED) или лазерное наплавление (LMD). Он использует лазерный луч для сплавления металлического порошка, который медленно высвобождается и осаждается из экструдера, формируя слои объекта с помощью промышленного манипулятора.

Обычно это делается внутри закрытой камеры, однако, на примере компании MX3D, мы видим возможность реализации подобной технологии в сооружении настоящего полноразмерного моста, который был изготовлен в октябре 2018 года в Амстердаме.

Изображение моста из металла, напечатанного MX3D в Амстредаме.

Еще одна технология наплавления называется Electron Beam Additive Manufacturing (EBАM), это процесс формирования слоев очень мощным электронным лучом, с его помощью расплавляют титановую проволоку толщиной 3 мм и создают крупные конструкции.

Послойное нанесение связующего материала (Binder Jetting)

Изображение работы принтера ExOne:

Технология 3DP от ExOne — еще один профессиональный метод с послойным соединением. Слои образуются путем склеивания металлических частиц и их последующего спекания (или плавления) в высокотемпературной печи, как и при производстве керамических изделий.

Еще один метод, похожий на технологию производства керамики, замешивание металлического порошка в металлическую пасту. 3D-принтер выдавливает ее с помощью пневматической экструзии, подобно тому, как строительный 3D-принтер делает это с бетоном, чтобы сформировать 3D-объекты. После того, как нужная форма напечатана, объекты также спекают в печи.

Постобработка

Различные методы последующей обработки используются для улучшения механических свойств, точности и внешнего вида 3D-печатных деталей.

Обязательные этапы последующей обработки включают удаление остатков порошка и области поддержки, в то время как термообработка (термический отжиг) обычно используется для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств детали.

Обработка на станках с ЧПУ может быть использована для получения сложных геометрических форм (например, отверстий или резьбы). Обработка давлением, металлизация, полировка и микро-обработка могут улучшить качество поверхности и усталостную прочность металлической 3D-печатной детали.

Спутниковая антенна, изготовленная с помощью технологии DMLS. Предоставлено: Concept Laser and Optisys LLC.

3D-принтеры для печати металлами:

Markforged

Markforged — еще одна компания 3D-печати, которая фокусируется на том, чтобы сделать эту недоступную технологию более открытой для масс.

Markforged Metal X — это 3D-принтер для печати металлами, который предлагает комплексное производственное решение. Компания заявляет, что ее 3D-принтер для печати металлами в десять раз дешевле, чем альтернативные 3D-системы печати металлами, что означает — менее 100 000 долларов.

Metal X имеет размер камеры 250 x 220 x 200 и высоту слоя 50 микрон. Подобно Desktop Studio Studio, этот 3D-принтер для печати металлами работает, расплавляя металлический порошок, который покрыт синтетическим связующим веществом, которое удаляется после печати, позволяя металлу соединиться в единое целое.

На веб-сайте компании Markforged демонстрирует различные типы металлических деталей, которые могут быть напечатаны в формате 3D, а также рассказывает о том, как пользователи могут сэкономить в производстве, используя собственную 3D-печать металлами.

Характеристики Markforged Metal X:

575 x 467 x 1120

250 x 220 x 200 мм

Температура в области печати

ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing)

Толщина слоя от

нержавеющая сталь 17-4 и 316L, алюминий 6061 и 7075, В 625, инструментальная сталь A-2 и D-2, титан Ti-6Al-4V,

по запросу, поставляется под заказ

HP Metal Jet

Примеры изделий, напечатанные на принтере HP Metal Jet printer

Еще одна компания, которая осваивает 3D-печать металлами — HP. На международной выставке IMTS 2018 технологический гигант представил HP Metal Jet, печатающий по технологии похожей на Binder Jetting.

HP утверждает, что новая аддитивная система обеспечит пользователям в 50 раз большую производительность по значительно меньшей цене, по сравнению с другими методами 3D-печати.

Подобно технологии HP Multi Jet Fusion, HP Metal Jet использует послойное соединение с нанесением соединительного раствора на порошковую подложку, как обычный принтер на листы бумаги, после чего изделие отправляется в обжиг. Metal Jet предлагает область печати 430 x 320 x 200 мм, в четыре раза больше сопел и в два раза больше печатающих головок. Эта система будет использовать значительно меньшее количество соединительного раствора, обеспечивая при этом исключительную производительность и надежность. HP также сотрудничает с GKN Powder Metallurgy и Parmatech, предлагая свои услуги производства Metal Jet. Это позволит предприятиям заказывать промышленные металлические детали без необходимости закупать оборудование.

HP Metal Jet использует и развивает разработки HP для 3D-печати пластиком в применении к металлу. Использование точной системы нанесения связующего вещества HP Thermal Inkjet, вместе с применением стандартных металлических порошков (используемых обычно литья под давлением), обеспечивают низкую стоимость.

HP Metal Jet — технология струйной обработки, которая предлагает:

  • Область печати 430 x 320 x 200 мм позволяет печатать несколько деталей за один сеанс (либо деталь большого размера).
  • Детали могут быть свободно размещены в нескольких уровнях в порошковом слое, с целью оптимизации использования пространства рабочей камеры, увеличения производительности и уменьшения стоимости производства.
  • Не требуется рабочая плита, по сравнению с селективной лазерной плавкой (SLM).
  • Недорогие и высококачественные конечные детали, при производства партиями до 100 000.
  • Лучшее в своем классе отношение цены к производительности.
  • 1200 x 1200 точек на дюйм в слое толщиной от 50 до 100 микрон.
  • Готовые детали с изотропными свойствами, которые соответствуют или превосходят стандарты ASTM и MPIF.
  • Повторное использование материалов может снизить стоимость печати без ущерба для качества деталей.
  • Плотность после спекания > 93%, аналогичная MIM.
Комментировать
1 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector