3д принтер для крупных стальных деталей. Au, Ag - Золото, серебро и другие драгоценные металлы

Конструкция, которая позволяет методом послойного нанесения слоев металла создавать всевозможные детали, называется 3D принтер по металлу.

Для начала, необходим будет компьютер, на который устанавливается специальная программа, помогающие создать виртуальное изображение предмета в трех проекциях, поделенное на цифровые слои.

В 3D принтер по металлу загружают порошок либо металл, которые в процессе работы разогреваются и выдавливаются из головки устройства, нанося слои.

Затем наносится следующий, пока изделие не будет готовым.

3D принтер по металлу позволяет создавать все, что угодно. При этом, получаемые изделия вполне выдерживают конкуренцию с создаваемыми обычными методами.

Отличием 3D технологии считается многофункциональность. Использоваться 3D принтер, печатающий металлом, может любителями, а также профессионалами.

Спектр применения очень разнообразен:

изготовление металлических предметов сложнейших форм;

имитация ковки с использованием дополнительных устройств и др.

Промышленные образцы 3D принтера для печати металлом справятся легко даже с созданием ракетных двигателей, которые от оригинала практически невозможно отличить. Это подтверждает, что пригодна данная технология для изготовления на принтере всевозможных форм и габаритов металлических предметов.

Разнообразие технологий

Распространение в наше время получили два вида технологий – струйная и лазерная. Объединяет их то, что «выращивание» предмета осуществляется путем последовательного создания слоев. Происходит это до тех пор, пока не получится на выходе принтера необходимый объект (технология аддитивная).

Но, разработчики принтеров на этом не остановились и работают над разработкой новых способов печати.

Струйная

Это наиболее старая технология. Важно знать, что ее применение подходит для композитных материалов, т.е. смеси полимеров и металлов. С ее помощью можно формировать на принтере самой различной формы трехмерные объекты.

Порошок, смешивающийся с полимерами, выступает в роли связующего, позволяя во время процесса сырью связываться. Получаемые этим методом детали не относятся к полностью металлическим.

В некоторых случаях предмет, созданный принтером из композита, переплавляется в металлический, но из-за пористости прочность такого изделия невысокая. Чтобы ее увеличить изделия пропитывают металлом (в частности бронзой). Из-за низких прочностных показателей, используется метод в основном в сувенирной промышленности.

Метод ламинирования

Этот способ состоит в поочередном нанесении на платформу металлических листов малой толщины. Формирование изделия заключается в склеивании фольгированных листов.

Объекты, получаемые рассматриваемым способом, нельзя на 100% считать металлическими, поскольку для создания целостности их используют клей.

К достоинствам способа относят:

идентичность получаемого 3D предмета и макета;

экономичность.

Применяют способ в макетировании.

Послойное наплавление

Исходным сырьем при создании предметов данным методом являются металлы с низкой температурой плавления. Металлы и их сплавы с высокой температурой плавления не применяют.

До полировки и после

Поэтому разработчики используют, как и при печати струйной, композитные материалы — BronzeFill, к примеру, состоящий из бронзового порошка и термической пластмассы. Предметы, изготовленные из него, отличаются близкой схожестью с оригинальной деталью и хорошей способностью к шлифованию.

Создаваемые по этой технологии объекты, тоже не относятся к цельнометаллическим.

Способ широко используется в промышленных масштабах для получения экранирующих материалов и необходимых для изготовления печатных плат проводников, позволяющих развивать эту область.

Плавка электронно-лучевая и лазерная

Детали, создаваемые методом плавки с помощью лазера, получаются хорошего качества, но, несмотря на это, используют их не широко из-за ухудшающей прочность пористости. Не могут применяться они там, где необходимо противостоять высокой нагрузке.

Изменить ситуацию можно, применив лазерное спекание, отличающееся от лазерной плавки большей температурой обработки. Оно дает возможность получения на принтере однородных изделий, слабо отличимых от аналогичных, полученных литьем.

Другим похожим способом является электронно-лучевое плавление. Принтеры для него производит фирма Arcam (Швеция).

Технология мало отличается от предшествующей, но имеет такие особенности:

высокая скорость манипулирования электронным пучком;

отсутствие зеркальных электромеханических комплексов.

Видео: печать деталей способом селективного лазерного спекания

Использование расходников, представленных металлами и их сплавами, позволяет получать металлические 3D предметы, печатаемые небольшими партиями и имеющие с оригиналами близкое сходство. Метод не нуждается в развитой инфраструктуре, благодаря чему является ресурсно- и финансово экономичным.

Применяют его достаточно активно в ортопедии для изготовления протезов, а также форсунок к реактивным двигателям и турбин.

Аддитивное лазерное построение (CLAD)

Используют эту технологию чаще для 3D ремонта, чем для печати трехмерной. Предназначена она только для промышленного использования.

Суть ее состоит в нанесении порошка на дефектные места, который затем подвергается обработке лазером.

Перемещаться головка способна в пяти направлениях, а также вращаться в вертикальной плоскости и изменять угол наклона, что открывает большие возможности.

Использовать CLAD возможно для восстановления крупных объектов, в которых обнаружен брак. Его успешно применяют во Франции для ремонта авиамоторов.

Электронно-лучевая плавка произвольная (EBF3)

Она популярна у сотрудников НАСА, поскольку с порошками в невесомости работать невозможна. Их заменили металлическими нитями. Для наплавления слоев потребуется электронно-лучевая пушка.

Испытания в невесомости

Детали для ремонта создаются прямо на орбите, поэтому отпадает необходимость доставлять их с Земли.

Средняя цена

Рынок сегодня заполнен большим ассортиментом принтеров 3D для дома и производства. Среди них немало 3D принтеров по металлу. Цена наиболее качественных конструкций для использования промышленного равна нескольким десяткам тысячам американских долларов, поэтому позволить себе их могут только крупные компании.

Понятно, что 3D принтер для дома имеют меньшую цену – порядка 10-15 тысяч рублей .

Можно, безусловно, найти и менее дорогие 3D принтеры, печатающие металлами, но соответственно с более низким качеством получаемых изделий.

Понимая это, разработчики работают над совершенствованием 3D принтеров по металлу, купить которые можно будет в ближайшее время.

Видео струйной 3D печати технологии по металлу:

Где купить 3Д принтеры и по каким ценам

Первая модель для построения изделий использует расплавленную нить полимерную из пластика ABS +, которая гарантирует невероятную точность и прочность готовой продукции. Чтобы получить красочное изделие, выбирают из девяти расцветок термопластика.

У конструкции 2 режима, которые отличаются толщиной образуемого слоя.

Это компактное устройство открытой конструкции, которое подойдет для индивидуального использования – дома, в офисе, школе и т.д. С его помощью создавать можно игрушки, аксессуары для домашнего пользования, макеты и пр. Модель относится к самой дешевой, но обеспечивает завидное качество и детализацию.

Малый вес – еще одно преимущество принтера. Составляет он 3,6 кг.

Еще один доступный по цене настольный девайс для использования в офисах, используемый для разнообразных целей. Для печати, как и первая модель, он использует ABS нить. Получаемые объекты характеризуются достаточно высокой механической устойчивостью и точностью, отличной визуализацией.

Подойдет новичкам и опытным специалистам.

Бюджетная миниатюрная модель для дома и школы, поставляется почти в собранном виде, поэтому к работе приступать можно сразу после распаковки.

Привлекательная и надежная модель, отличающаяся простой эксплуатацией, небольшими размерами. Объекты создаются из той же нити, что и первые — ABS. Способна формировать любой конфигурации фигуры с внутренними полостями и геометрией. Используется успешно не только в офисах, но и в промышленных производствах.

Заключение

Специалисты уверены, что за печатью 3D будущее и она может вытеснить существующие методы создания прототипов. Ученые усердно занимаются разработкой принтеров для металлургической, строительной, пищевой промышленностей, которые смогут улучшить качество нашей жизни, позволив каждому заняться производством металлических конструкций на дому.

Эти филаменты содержат значительный процент металлических порошков, но и достаточно пластика - для печати при низкой температуре любым 3D-принтером. В то же время, они содержат достаточное количество металла, чтобы соответственно выглядеть, ощущаться и иметь вес близкий к весу металлического предмета.

Изделия из филамента содержащего железо даже покрываются ржавчиной в определенных условиях, что добавляет правдоподобности, а вот проржаветь насквозь и испортиться от этого не смогут - и в этом их преимущество перед настоящими металлическими предметами.

Плюсы таких материалов:

Уникальный внешний вид распечаток
Идеально подходит для бижутерии, статуэток, предметов домашнего обихода и декора
Высокая прочность
Очень малая усадка во время охлаждения
Подогреваемый стол не обязателен

Минусы:

Низкая гибкость изделий, зависит от конструкции распечатки
Не считается безопасным при контакте с пищей
Требует тонкой настройки температуры сопла и скорости подачи филамента
Необходима постобработка изделий - шлифовка, полировка
Быстрый износ сопла экструдера - филамент с металлом очень абразивен, по сравнению с обычными материалами

Общий температурный диапазон печати обычно составляет 195°C - 220°C.

3D-печать металлом в промышленности

Если вы хотите приобрести 3D-принтер печатающий настоящим металлом, для использования на предприятии, то тут для вас две новости - хорошая и плохая.

Хорошая новость состоит в том, что их ассортимент достаточно широк и продолжает расширяться - можно будет выбрать такой аппарат, который соответствует любым техническим требованиям. Далее в статье можно убедиться в этом.

Плохая же новость одна - цены. Стоимость профессиональных печатающих металлом принтеров начинается где-то от $200000 и растет до бесконечности. Кроме того, даже если вы выберете и приобретете самый недорогой из них, отдельным ударом станет покупка расходников, плановое обслуживание с заменой узлов, ремонт. Не забываем и о персонале, и расходах на постобработку изделий. А на стадии подготовки к печати понадобится специальное ПО и умеющие обращаться с ним люди.

Если вы готовы ко всем этим тратам и трудностям - читайте дальше, мы представим несколько очень интересных образцов.

3D-печать металлом - применение

В некоторых промышленных секторах уже используют металлические 3D-принтеры, они стали неотъемлемой частью производственного процесса, о чем обычный потребитель может и не подозревать:

Наиболее распространенным примером являются медицинские импланты и стоматологические коронки, мосты, протезы, которые уже считаются наиболее оптимальным вариантом для пациентов. Причина: Они могут быть быстрее и дешевле изготовлены на 3D-принтере и адаптированы к индивидуальным потребностям каждого пациента.

Второй, столь же часто встречающийся пример: ювелирное дело. Большинство крупных производителей постепенно переходит от 3D-печати форм и восковок к непосредственной 3D-печати металлом, а печать из титана позволяет ювелирам создавать изделия невозможного ранее дизайна.

Кроме того, аэрокосмическая промышленность становится все более и более зависима от 3D-печатных металлических изделий. Ge-AvioAero в Италии - первая в мире полностью 3D-печатная фабрика, которая выпускает компоненты для реактивных двигателей LEAP.

Следующая отрасль использующая 3D-принтеры по металлу - автопром. BMW, Audi, FCA уже серьезно рассматривают применение технологии в серийном производстве, а не только в прототипировании, где они используют 3D-печать уже многие годы.

Казалось бы - зачем изобретать велосипед? Но и здесь 3D-печать металлом нашла применение. Уже несколько лет производители велосипедных компонентов и рам применяют 3D печать. Не только в мире, но и в России это получило распространение. Производитель эксклюзивных велосипедов Triton заканчивает проект с 3D-печатным элементом титановой рамы, это позволило снизить ее вес без ущерба прочности.

Но прежде, чем 3D-печать металлами действительно захватит мир, необходимо будет преодолеть несколько серьезных проблем. В первую очередь - это высокая стоимость и низкая скорость производства больших серий этим методом.

3D-печать металлом - технологии

Многое можно сказать о применении печатающих металлом 3D-принтеров. Есть своя специфика, но основные вопросы такие же, как и с любыми другими 3D-принтерами: программное обеспечение и аппаратные ограничения, оптимизация материалов и печать несколькими материалами. Мы не будем говорить о программном обеспечении много, упомянем лишь, что наиболее крупные издатели, такие как Autodesk, SolidWorks и SolidThinking - все разрабатывают программные продукты для использования в объемной печати металлами, чтобы пользователи могли воплотить в жизнь изделие любой вообразимой формы.

В последнее время появились примеры того, что 3D-детали напечатанные металлом могут быть столь же прочными, как традиционно производимые металлические компоненты, а в некоторых случаях и превосходят их. Созданные с помощью DMLS, изделия имеют механические свойства такие же, как у цельнолитых аналогов.

Посмотрим же на имеющиеся металлические технологии 3D-печати:

Процесс # 1: Послойное сплавление порошка

Процесс 3D-печати металлами, которым наиболее крупные компании пользуются в наши дни, известен как сплавление или спекание порошкового слоя. Это означает, что лазерный или другой высокоэнергетический луч сплавляет в единое целое частицы равномерно распределенного металлического порошка, создавая слои изделия, один за другим.

В мире есть восемь основных производителей 3D-принтеров для печати металлом, большинство из них расположены в Германии. Их технологии идут под аббревиатурой SLM (выборочное лазерное плавление) или DMLS (прямое спекание металла лазером).

Процесс # 2: Binder Jetting

Еще один профессиональный метод с послойным соединением - склеивание частиц металла для последующего обжига в высокотемпературной печи, где частицы сплавляются под давлением, составляя единое металлическое целое. Печатная головка наносит соединительный раствор на порошковую подложку послойно, как обычный принтер на листы бумаги, после чего изделие отправляется в обжиг.

Еще одна похожая, но отличающаяся технология, в основе которой лежит FDM печать - замешивание металлического порошка в металлическую пасту. С помощью пневматической экструзии, 3D-принтер выдавливает ее, подобно тому, как строительный 3D-принтер делает это с цементом, чтобы сформировать 3D-объекты. После того, как нужная форма напечатана, объекты также спекают в печи. Эту технологию использует Mini Metal Maker - возможно, единственный более-менее доступный 3D-принтер для печати металлом ($1600). Прибавьте стоимость небольшой печки для обжига.

Процесс # 3: Наплавление

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

Один из них называется DED (Directed Energy Deposition), или лазерная наплавка. 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 должен быть распечатан в 2017 году в Амстердаме.

Другой называется EBM (Electron Beam Manufacturing - производство электронным лучом), это технология формирования слоев из металлического сырья под воздействием мощного электронного луча, с ее помощью создают крупные и очень крупные конструкции. Если вы не работаете в оборонном комплексе РФ или США, то вряд ли увидите эту технологию живьем.

Еще парочка новых, едва появившихся технологий, используемых пока только их создателями, представлена ниже - в разделе о принтерах.

Используемые металлы

Ti - Титан

Чистый титан (Ti64 или TiAl4V) является одним из наиболее часто используемых металлов для 3D-печати, и безусловно - одним из самых универсальных, так как он является одновременно прочным и легким. Он используется как в медицинской промышленности (в персонализированом протезировании), так и в аэрокосмической и автомобильной отрасли (для изготовления деталей и прототипов), и в других областях. Единственная загвоздка - он обладает высокой реакционной способностью, что означает - он может легко взорваться, когда находится в форме порошка, и обязательно должен применяться для печати лишь в среде инертного газа Аргона.

SS - Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь является одним из самых доступных металлов для 3D-печати. В то же время, она очень прочна и может быть использована в широком спектре промышленных и художественных производств. Этот тип стального сплава, содержащий кобальт и никель, обладает высокой упругостью и прочностью на разрыв. 3D-печать нержавейкой используется, в основном, лишь в тяжелой промышленности.

Inconel - Инконель

Инконель - современный суперсплав. Он производится компанией Special Metals Corporation и является запатентованным товарным знаком. Состоит, по большей части, из никеля и хрома, имеет высокую жаропрочность. Используется в нефтяной, химической и аэрокосмической промышленности (например: для создания распределительных форсунок, бортовых “черных ящиков”).

Al - Алюминий

Из-за присущей ему легкости и универсальности, алюминий является очень популярным металлом для применения в 3D-печати. Он используется обычно в виде различных сплавов, составляя их основу. Порошок алюминия взрывоопасен и применяется в печати в среде инертного газа Аргона.

CoCr - Кобальт-хром

Этот металлический сплав имеет очень высокую удельную прочность. Используется как в стоматологии - для 3D-печати зубных коронок, мостов и бюгельных протезов, так и в других областях.

Cu - Медь

За редким исключением, медь и ее сплавы - бронза, латунь - используются для литья с использованием выжигаемых моделей, а не для прямой печати металлом. Это потому, что их свойства далеко не идеальны для применения в промышленной 3D-печати, они чаще используются в декоративно-прикладном искусстве. С большим успехом они добавляются в пластиковый филамент - для 3D-печати на обычных 3D-принтерах.

Fe - Железо

Железо и магнитный железняк также, в основном, используются в качестве добавки к PLA-филаменту. В крупной промышленности чистое железо редко находит применение, а о стали мы написали выше.

Au, Ag - Золото, серебро и другие драгоценные металлы

Большинство сплавляющих слои порошка 3D-принтеров могут работать с драгоценными металлами, такими как золото, серебро и платина. Главная задача при работе с ними - убедиться в оптимальном расходе дорогостоящего материала. Драгоценные металлы применяются в 3D-печати ювелирных и медицинских изделий, а также при производстве электроники.

3D принтеры печатающие металлом

# 1: Sciaky EBAM 300 - титановый прут

Для печати действительно больших металлических конструкций лучшим выбором будет EBAM от Sciaky. Этот аппарат может быть любого размера, на заказ. Он используется, в основном, в аэрокосмической и оборонной промышленности США.

Как серийную модель, Sciaky продает EBAM 300. Он имеет размер рабочей области со сторонами 5791 х 1219 х 1219 мм.

Компания утверждает, что EBAM 300 является одним из самых быстрых коммерчески доступных промышленных 3D-принтеров. Конструкционные элементы самолетов, производство которых, по традиционным технологиям, могло занимать до полугода, теперь печатаются в течение 48 часов.

Уникальная технология Sciaky использует электронно-лучевую пушку высокой мощности для плавки титанового филамента толщиной 3мм, со стандартной скоростью осаждения около 3-9 кг/час.

# 2: Fabrisonic UAM - ультразвуковой

Другой способ 3D-печати больших металлических деталей - Ultrasound Additive Manufacturing Technology (UAM - технология ультразвукового аддитивного производства) от Fabrisonic. Детище Fabrisonic является трехосевым ЧПУ-станком, имеющим дополнительную сварочную головку. Металлические слои сначала разрезают, а затем сваривают друг с другом с помощью ультразвука. Крупнейший 3D-принтер Fabrisonic - “7200”, имеет объем сборки 2 х 2 х 1,5 м.

# 3: Laser XLine 1000 - металлический порошок

Одним из самых крупных, на рынке 3D-принтеров печатающих с помощью металлического порошка, долго являлся XLine 1000 производства Concept Laser. Он имеет область сборки размером 630 х 400 х 500 мм, а места занимает как небольшой дом.

Изготовившая его немецкая компания, которая является одним из поставщиков 3D-принтеров для аэрокосмических компаний-гигантов, таких как Airbus, недавно представила новый принтер - XLine 2000.

2000 имеет два лазера и еще больший объем сборки - 800 х 400 х 500 мм. Эта машина, которая использует патентованную технологию LaserCUSING (тип селективного лазерного плавления), может создавать объекты из сплавов стали, алюминия, никеля, титана, драгоценных металлов и из некоторых чистых материалов (титана и сортовых сталей.)

Подобные машины есть у всех основных игроков на рынке 3D-печати металлом: у EOS, SLM, Renishaw, Realizer и 3D Systems, а также у Shining 3D - стремительно развивающейся компании из Китая.

# 4: M Line Factory - модульная 3D-фабрика

Рабочий объем: 398,78 х 398,78 х 424,18 мм
От 1 до 4 лазеров, 400 - 1000 Вт мощности каждый.

Концепция M Line Factory основана на принципах автоматизации и взаимодействия.

M Line Factory, от той же Concept Laser, и работающий по той же технологии, делает акцент не на размере рабочей области, а на удобстве производства - он представляет собой аппарат модульной архитектуры, который разделяет производство на отдельные процессы таким образом, что эти процессы могут происходить одновременно, а не последовательно.

Эта новая архитектура состоит из 2 независимых узлов машины:

M Line Factory PRD (Production Unit - производственная единица)

Production Unit состоит из 3-х типов модулей: модуль дозирования, печатный модуль и модуль переполнения (лоток для готовой продукции). Все они могут быть индивидуально активированы и не образуют одну непрерывную единицу аппаратуры. Эти модули транспортируются через систему туннелей внутри машины. Например, когда новый порошок подается, пустой модуль хранения порошка может быть автоматически заменен на новый, без прерывания процесса печати. Готовые детали могут быть перемещены за пределы машины и немедленно автоматически заменяются следующими заданиями.

M Line Factory PCG (Processing Unit - процессинговая единица)

Это независимый блок обработки данных, который имеет встроенную станцию просеивания и подготовки порошка. Распаковка, подготовка к следующему заданию печати и просеивание происходят в замкнутой системе, без участия оператора.

# 5: ORLAS CREATOR - 3D-принтер готовый к работе

Создатели ORLAS CREATOR позиционируют этот 3D-принтер как максимально доступный, простой в обращении и готовый к работе, не требующий установки никаких дополнительных комплектующих и программ сторонних производителей, способный печатать прямо из файла комплектной CAD/CAM их собственной разработки.

Все необходимые компоненты установлены в относительно компактном корпусе, которому необходимо пространство 90х90х200 см. Много места он не займет, хоть и выглядит внушительно, да и весит 350 кг.

Как можно понять из приведенной производителем таблицы, металлический порошок спекается вращающейся лазерной системой, слоями 20-100 мкм толщиной и с размером “пикселя” всего в 40 мкм, в атмосфере азота или аргона. Подключить его можно к обычной бытовой электросети, если ваша проводка выдержит нагрузку в 10 ампер. Что, впрочем, не превышает требований средней стиральной машины.

Мощность лазера - 250 Ватт. Рабочая область составляет цилиндр 100 мм в диаметре и 110 в высоту.

# 6: FormUp 350 - Powder Machine Part Method (PMPM)

FormUp 350, работающий в системе Powder Machine Part Method (PMPM), создан компанией AddUp - совместным проектом Fives и Michelin. Это новейший аппарат для 3D-печати металлами, впервые представленный в ноябре на Formnext2016.

Принцип работы у этого 3D-принтера тот же, что и у приведенных выше коллег, но его главная особенность в другом - она заключается в его включенности в PMPM.

Принтер предназначен именно для промышленного использования, в режиме 24/7, и рассчитан именно на такой темп работы. Система PMPM включает в себя контроль качества всех комплектующих и материалов, на всех стадиях их производства и распространения, что должно гарантировать стабильно высокие показатели качества работы, в чем у Мишлена огромный многолетний опыт.

Технология Зака Вейдера MagnetoJet основана на изучении магнитной гидродинамики, а конкретнее - возможности управлять расплавленным металлом с помощью магнитных полей. Суть разработки в том, что из расплавленного алюминия формируется капля строго контролируемого размера, этими каплями и осуществляется печать.

Размер такой капельки - от 200 до 500 микрон, печать происходит со скоростью 1000 капель в секунду. Рабочая область принтера: 300 мм х 300 мм х 300 мм

Рабочий материал: Алюминий и его сплавы (4043, 6061, 7075). И, пусть пока это только алюминий, но принтер в 2 раза быстрее порошковых и до 10 раз дешевле.

В 2018 году планируется выпуск Mk2, он будет оснащен 10 печатающими головками, что должно дать прирост скорости печати в 30 раз.

# 9: METAL X - ADAM - атомная диффузия

Компания Markforged представила новую технологию 3D-печати металлом - ADAM, и 3D-принтер работающий по этой технологии - Metal X.

ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) - технология атомной диффузии. Печать производится металлическим порошком, где частицы металла покрыты синтетическим связующим веществом, которое удаляется после печати, позволяя металлу соединиться в единое целое.

Главное преимущество технологии - отсутствие необходимости применения сверхвысоких температур непосредственно в процессе печати, а значит - отсутствие ограничений по тугоплавкости используемых для печати материалов. Теоретически, принтер может создавать 3D-модели из сверхпрочных инструментальных сталей - сейчас он уже печатает нержавейкой, а в разработке титан, Инконель и стали D2 и A2.

Технология позволяет создавать детали со сложной внутренней структурой, такой как в пчелиных сотах или в пористых тканях костей, что затруднительно при других технологиях 3D-печати, даже для DMLS.

Размер изделий: до 250мм х 220мм х 200мм. Высота слоя - 50 микрон.

Того гляди, скоро можно будет распечатать высококачественный нож - с нуля, за пару часов, придав ему любой самый замысловатый дизайн.

Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?

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 3 D 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 3 D 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!

3D-печать металлом В SPRINT 3D

Установки для 3 D печати металлом, которые мы используем

Качество производства – ключевое требование, которое мы ставим перед собой. Поэтому в работе используем только профессиональное оборудование, обладающие широкими возможностями для печати металлом. Рассмотрим подробнее каждую из производственных установок.

Производственная установка SLM 280HL

SLM 280HL – разработка германской компании SLM Solutions GmbH, использующая технологию послойного лазерного плавления порошковых металлических материалов. Установка оснащена большой рабочей камерой и позволяет создавать 3D объекты размерами 280х280х350 мм. Среди главных преимуществ печати данной установкой можно выделить:

Малую минимальную толщину наносимого слоя – 20 мкм.
Заполнение рабочей камеры инертным газом, что позволяет работать с различными реактивными металлами.
Скорость печати составляет до 35 см/час.
Толщина слоя построения – 30 и 50 мкм.
Мощность – 400 Вт.

Отдельно отметим запатентованную систему подачи порошкового материала, благодаря которой скорость печати значительно выше, чем на большинстве производственных установок в той же ценовой категории. В производстве мы используем следующие материалы:

Нержавеющая сталь (отечественная 07Х18Н12М2 (Полема) и импортная 316L).
Инструментальная сталь (импортная 1.2709).
Жаропрочные сплавы 08ХН53БМТЮ (аналог Inconel 718, про-во Полема) и ЭП 741 (производства ВИЛС).
Кобальт-Хром (COCR)

3D-принтер SLM 280HL может использоваться для создания разного рода металлических компонентов, прототипов и конечных изделий. При необходимости мы можем обеспечить мелкосерийное производство.

Производственная установка ProX 100

ProX 100 – компактная установка для 3 D печати металлом, разработанная американской компанией 3D Systems. Она работает по технологии прямого лазерного спекания, благодаря чему обеспечивает высокую скорость и точность производства. Среди основных характеристик стоит выделить:

Размер рабочей камеры – 100х100х80 мм.
Толщина слоя построения – 20 и 30 мкм.
Мощность – 50 Вт.

ProX 100 позволяет создавать прототипы, которые невозможно разработать стандартными методами, обеспечивает короткие сроки изготовления, гарантирует отсутствие пористости материала и высокую плотность деталей. Кроме того, отметим стандартизированное качество всех изделий вне зависимости от их структуры. На данный момент модель активно используется в стоматологии при создании высокоточных протезов, но нашла широкое применение и в других отраслях:

Производство двигателей и отдельных их деталей.
Разработка медтехники.
Печать ювелирных изделий и даже предметов современного искусства.

В печати мы используем сплав кобальт-хром КХ28М6 (производство Полема), изначально разработанный для аддитивных технологий при создании эндопротезов.

3D печать металлом – применение в настоящее время

Многие специалисты утверждают, что 3D печать как таковая еще полностью не раскрыла свой потенциал. К примеру, Илон Маск планирует использовать технологию в колонизации Марса для строительства административных и жилых зданий, оборудования и техники прямо на месте. И это вполне реально, ведь уже сейчас технология трехмерной печати металлом активно применяется в различных отраслях:

В медицине: изготовление медицинских имплантов, протезов, коронок, постов и т.д. Высокая точность производства и относительно доступная цена сделали 3D печать очень актуальной в данной отрасли.
В ювелирном деле: многие из ювелирных компаний используют технологию 3D печати для изготовления форм и восковок, а также непосредственно создания ювелирной продукции. К примеру, печать титаном позволяет создавать изделия, которые ранее представлялись невозможными.
В машинной и даже аэрокосмической отраслях: BMW, Audi, FCA и другие компании не первый год используют 3 D печать металлом в прототипировании и всерьез рассматривают ее использование в серийном производстве. А итальянская компания Ge-AvioAero уже сейчас печатает компоненты для реактивных двигателей LEAP на 3D принтерах.

Фото Desktop Metal

Компания Desktop Metal создала новую технологию и первый компактный принтер для 3D-печати металлом. Первые поставки систем начнутся уже осенью этого года. Один принтер будет компактным, благодаря чему его можно будет разместить даже на столе.

В 2015 году четыре профессора из MIT основали компанию Desktop Metal. Среди них был и знаменитый Эмануил Сакс – тот самый изобретатель, который и придумал в 1989 году первый 3D-принтер. В прошлом году они в первые представили устройства для печати металлом. Всего их на данный момент будет два. Компактный комплект DM Studio по цене 120 000$ и DM Production (420 000$), предназначенный для использования промышленными компаниями. Production способна печатать 8200 кубических сантиметров изделия за час, что в 100 раз быстрее нынешних способов изготовления.

Технология

Суть заключается в использовании аддитивной технологии 3D-печати, позволяющей выращивать заготовку из металлического порошка с использованием связующего вещества. Один слой печати по толщине равен человеческому волосу. После нанесения слоя принтер его подсушивает и наносит следующий слой за слоем.

После того, как заготовка готова, она для спекания помещается в миниатюрную плавильную печь, использующую дополнительно микроволны, благодаря которым ускоряется процесс и сама деталь существенно усиливается. Сама заготовка не плавится, так как нагрев происходит при температуре ниже точки плавления металла, во время которой из детали удаляется связующее вещество.

Видео как работает такой принтер:

Оба устройства способны использовать на данный момент чуть более 200 сплавов.

Почему технология 3D-печати от DM является подрывной? Минусом всех подобных других устройств является то, что скорость печати металлом очень низкая и сам процесс настолько неудобный, что их использование в промышленных целях было нецелесообразным. Причем детали, получаемые из них, чаще всего, либо просто не подходят для использования в каких-то серьезных целях, либо еще и требуют существенной дополнительной обработки.

Пример работы 3D-принтера ExOne:

ExOne до появления принтеров от DM считался одним из самых передовых и инновационных.

Также существуют и другие технологии печати, путем выращивания детали из расплава, а также наплавки, но точность их очень низкая и, как говорилось выше, требует последующей обработки.

Благодаря своим инновациям, подтвержденным 138 патентами, компании Desktop Metal удалось в октябре 2015 года привлечь инвестиций размером в 97 000 000$ от Google, BMW Group, GE, Lowe’s, NEA, Kleiner Perkins Caufield & Byers, Lux Capital, Saudi Aramco и лидера в сфере 3D-печати Stratasys.

3D-печать металлами можно считать одним из наиболее заманчивых и технологически сложных направлений аддитивного производства. Попытки печати металлами предпринимались с ранних дней развития технологий 3D-печати, но в большинстве случаев упирались в технологическую несовместимость. В этом разделе мы рассмотрим технологии, опробованные для печати как композитными материалами, содержащими металлы, так и чистыми металлами и сплавами.

Струйная трехмерная печать (3DP)

Схема работы трехмерных струйных принтеров (3DP)

Струйная 3D-печать является не только одним из старейших методов аддитивного производства, но и одним из наиболее успешных в плане использования металлов в качестве расходных материалом. Однако необходимо сразу же пояснить, что это технология позволяет создавать лишь композитные модели ввиду технологических особенностей процесса. Фактически, этот метод позволяет создавать трехмерные модели из любых материалов, которые могут быть переработаны в порошок. Связывание же порошка осуществляется с помощью полимеров. Таким образом, готовые модели нельзя назвать полноценно «металлическими».

В то же время, существует возможность преобразования композитных моделей в цельнометаллические за счет термической обработки с целью выплавки или выжигания связующего материала и спекания металлических частиц. Получаемые таким образом модели не обладают высокой прочностью ввиду пористости. Увеличение прочности возможно за счет пропитки полученной цельнометаллической модели. Например, возможна пропитка стальной модели бронзой с получением более прочной конструкции.

Получаемые подобным образом модели, даже с металлической пропиткой, не используются в качестве механических компонентов ввиду относительно низкой прочности, но активно используются в ювелирной и сувенирной промышленности.

Печать методом ламинирования (LOM)

Схема работы 3D-принтеров, использующих технологию ламинирования (LOM)

3D-печать методом ламинирования подразумевает последовательное нанесение тонких листов материала с формированием за счет механической или лазерной резки и склеиванием для получения трехмерной модели.

В качестве расходного материала может использоваться и металлическая фольга.

Получаемые модели не являются полностью металлическими, так как их целостность основана на применении клея, связующего листы расходного материала.

Плюсом же данной технологии является относительная дешевизна производства и высокое визуальное сходство получаемых моделей с цельнометаллическими изделиями. Как правило, этот метод используется для макетирования.

Послойное наплавление (FDM/FFF)

Модель, изготовленная из BronzeFill до и после полировки

Наиболее популярный метод 3D-печати также не обошел стороной попытки использования металлов в качестве расходных материалов. К сожалению, попытки печати чистыми металлами и сплавами на данный момент не привели к значительным успехам. Использование тугоплавких металлов натыкается на вполне предсказуемые проблемы с выбором материалов для конструкции экструдеров, которые, по определению, должны выдерживать еще более высокие температуры.

Печать же легкоплавкими сплавами (например, оловом), возможна, но не дает достаточно качественной отдачи для практического применения.

Таким образом, в последнее время внимание разработчиков расходных материалов переключилось на композитные материалы по аналогии со струйной печатью. Типичным примером служит BronzeFill – композитный материал, состоящий из термопластика (детали не разглашаются, но, по всей видимости, используется PLA-пластик) и бронзового порошка. Получаемые модели имеют высокую визуальную схожесть с натуральной бронзой и даже поддаются шлифовке до глянца. К сожалению, физические и химические свойства готовых изделий ограничены параметрами связующего термопластика, что не позволяет классифицировать такие модели, как цельнометаллические.

Тем не менее, подобные материалы могут получить практическое применение не только в создании макетов, сувениров и предметов искусства, но и в промышленности. Так, эксперименты энтузиастов показали возможность создания проводников и экранирующих материалов с использованием термопластиков с металлическим наполнителем. Развитие этого направления может сделать возможной печать электронных плат.

Выборочное лазерное спекание (SLS) и прямое спекание металлов (DMLS)

Наиболее распространенный метод создания цельнометаллических трехмерных моделей подразумевает использование лазерных установок для спекания частиц металлического порошка. Данная технология именуется «выборочным лазерным спеканием » или SLS. Стоит отметить, что SLS используется не только для работы с металлами, но и с термопластиками в порошковом виде. Кроме того, металлические материалы зачастую покрываются более легкоплавкими материалами для снижения необходимой мощности лазерных излучателей. В таких случаях готовые металлические модели требуют дополнительного спекания в печах и пропитки для повышения прочности.

Разновидностью технологии SLS является метод прямого лазерного спекания металлов (DMLS) , ориентированный, как понятно из названия, на работу с чистыми металлическими порошками. Данные установки зачастую оснащаются герметичными рабочими камерами, наполняемыми инертным газом для работы с металлами, подверженными оксидации – например, с титаном. Кроме того, DMLS-принтеры в обязательном порядке применяют подогрев расходного материала до точки чуть ниже температуры плавления, что позволяет экономить на мощности лазерных установок и ускорять процесс печати.

Схема работы SLS, DLMS и SLM установок

Процесс лазерного спекания начинается с нанесения тонкого слоя подогретого порошка на рабочую платформу. Толщина наносимых слоев соответствует толщине одного слоя цифровой модели. Затем производится спекание частиц между собой и с предыдущим слоем. Изменение траектории движения лазерного луча производится с помощью электромеханической системы зеркал.

По завершении вычерчивания слоя лишний материал не удаляется, а служит опорой для последующих слоев, что позволяет создавать модели сложной формы, включая навесные элементы, без необходимости построения дополнительных опорных структур. Такой подход вкупе с высокой точностью и разрешением позволяет получать детали, практически не требующие механической обработки, а также цельные детали уровня геометрической сложности, недосягаемого традиционными производственными методами, включая литье.

Лазерное спекание позволяет работать с широким ассортиментом металлов, включая сталь, титан, никелевые сплавы, драгоценные материалы и др. Единственным недостатком технологии можно считать пористость получаемых моделей, что ограничивает механические свойства и не позволяет добиться прочности на уровне литых аналогов.

Выборочная лазерная (SLM) и электронно-лучевая плавка (EBM)

Несмотря на высокое качество моделей, получаемых лазерным спеканием, их практическое применение ограничивается сравнительно низкой прочностью ввиду пористости. Подобные изделия могут быть использованы для быстрого прототипирования, макетирования, производства ювелирных изделий и многих других задач, но малопригодны для производства деталей, способных выдерживать высокие нагрузки. Одним решением это проблемы стало преобразование технологии прямого лазерного спекания металлов (DMLS) в технологию аддитивного производства методом лазерной плавки (SLM) . Фактически, единственным принципиальным различием этих методов является степень термической обработки металлического порошка: технология SLM основана на полной плавке для получения гомогенных моделей, практически неотличимых по физическим и механическим свойствам от литых аналогов.

Пример титанового имплантата, полученного с помощью технологии электронно-лучевой плавки (EBM)

Параллельным методом, достигшим прекрасных результатов, стала электронно-лучевая плавка (EBM) . На данный момент существует лишь один производитель, создающий EBM-принтеры – шведская компания Arcam.

EBM позволяет достигать точности и разрешения, сравнимых с лазерной плавкой, но обладает определенными преимуществами. Так, использование электронных пушек позволяет избавиться от деликатных электромеханических зеркальных систем, используемых в лазерных установках. Кроме того, манипулирование электронными пучками с помощью электромагнитных полей возможно на скоростях, несравнимых более высоких по сравнению с электромеханическими системами, что вкупе с увеличением мощности позволяет добиться повышенной производительности без существенного усложнения конструкции. В остальном же, конструкция SLM и EBM-принтеров схожа с установками для лазерного спекания металлов.

Возможность работы с широким диапазонам металлов и сплавов позволяет создавать мелкие партии специализированных металлических деталей, практически не уступающих образцам, получаемым с помощью традиционных методов производства. При этом отсутствует необходимость создания дополнительных инструментов и инфраструктуры – таких как, литейные формы и печи. Соответственно, возможна значительная экономия при прототипировании или мелкосерийном производстве.

Установки для лазерной и электронно-лучевой плавки успешно используются для производства таких предметов, как ортопедические титановые протезы, лопатки газовых турбин и форсунки реактивных двигателей среди прочих.

Прямое лазерное аддитивное построение (CLAD)

Схема работы установок, использующих технологию CLAD

Не столько технология 3D-печати, сколько технология «3D-ремонта». Технология применяется исключительно на промышленном уровне ввиду сложности и относительно узкой специализации.

В основе CLAD лежит напыление металлического порошка на поврежденные детали с немедленной наплавкой с помощью лазера. Позиционирование «печатной головки» осуществляется по пяти осям: вдобавок к перемещению в трех плоскостях, головка обладает способностью изменять угол наклона и поворачиваться вокруг вертикальной оси, что позволяет работать под любым углом.

Подобные устройства зачастую используются для ремонта крупногабаритных изделий, включая производственный брак. Например, установки французской компании BeAM используются для ремонта авиационных двигателей и других сложных механизмов.

Полноценные установки CLAD предусматривают использование герметичной рабочей камеры с инертной атмосферой для работы с титаном и другими металлами и сплавами, поддающимися оксидации.

Произвольная электронно-лучевая плавка (EBFȝ)

Схема работы EBFȝ принтеров

Технология, разрабатываемая специалистами НАСА для применения в условиях невесомости. Так как отсутствие гравитации делает работу с металлическими порошками практически невозможной, технология EBFȝ подразумевает использование металлических нитей.

Процесс построения схож с 3D-печатью методом послойного наплавления (FDM), но с использованием электронно-лучевой пушки для плавки расходного материала.

Данная технология позволит создание металлических запасных частей на орбите, что позволит существенно сократить затраты на доставку частей и обеспечит возможность быстрого реагирования на внештатные ситуации.