Так, 3D-друк з металу можливий. Існує кілька виробничих процесів, що підпадають під поняття адитивного виробництва металів, але ця стаття присвячена тим, що використовують шари металевого порошку для нарощування та формування складних структур, які важко створити за допомогою інших методів.
Процес металевого 3D-друку включає спікання або плавлення металевих порошків безпосередньо, або їх з'єднання з другим матеріалом для подачі через сопло. Він використовується як швидкого створення прототипів, так виробництва готових деталей для аерокосмічної промисловості, машинобудування, оснащення тощо.
Зміст
Натисніть посилання нижче, щоб перейти до відповідного розділу посібника:
Які метали можна використовувати у 3d-друкі?
Які метали не можна використовувати для 3d-друку?
Які процеси можна використовувати для 3D-друку металів?
Інші методи
Переваги і недоліки
Якою є мета 3D-друку металів?
Чи це дорого?
Висновок
Які метали можна використовувати у 3D-друкі?
Для виготовлення деталей методом 3D друку можна використовувати широкий спектр різних металів у вигляді порошку. Титан, сталь, нержавіюча сталь, алюміній, мідь, кобальт-хром, титан, вольфрам та сплави на основі нікелю, а також дорогоцінні метали, такі як золото, платина, паладій та срібло, доступні у вигляді порошку для 3D-друку.
Ці різні метали мають різні властивості, що робить їх придатними для різних застосувань. Наприклад, нержавіюча сталь має відмінну корозійну стійкість, що робить її ідеальною для друку труб, клапанів і деталей парових турбін.
Які метали не можна друкувати у 3D?
Теоретично будь-який метал може бути використаний для 3D-друку, якщо він доступний у вигляді відповідного порошку. Однак матеріали, які горять, а не плавляться при високих температурах, не можуть бути безпечно оброблені спіканням або плавленням, але можуть бути використані при екструзії через сопло для 3D-друку. Дерево, тканина та папір не можуть бути надруковані 3D за допомогою цих процесів.
Для створення твердих виробів з металевих порошків можна використовувати спікання (формування у формі при високій температурі і надзвичайно високому тиску), а у випадку металів з дуже високою температурою плавлення спікання є єдиним надійним методом виробництва виробів з цих матеріалів.
Який процес 3D-друку можна використовувати для 3D-друку металів?
Як говорилося вище, існує кілька технологій 3D-друку металів. Методи сплавлення порошкового шару, до яких відносяться пряме лазерне спікання металів (DMLS), селективне лазерне плавлення (SLM) та електронно-променеве плавлення (EBM), є найбільш широко використовуваними методами адитивного виробництва металів:
Пряме лазерне спікання металів (DMLS)
У цьому методі, що широко використовується, лазер спекає металевий порошок шар за шаром, формуючи об'єкт. При цьому метал фактично не плавиться та використовується для створення прототипів та виробництва готових деталей, включаючи медичні прилади та інструменти.
Селективне лазерне плавлення (SLM)
Цей процес передбачає використання лазера для розплавлення матеріалу в необхідних місцях шарі порошку в середовищі інертного газу. Таким чином, шар за шаром створюються об'єкти з параметрами, аналогічними тим, що виходять при литті. SLM часто використовується для виробництва деталей з алюмінію та титану, у тому числі для медичної, автомобільної та аерокосмічної промисловості.
Електронно-променеве плавлення (EBM)
Цей процес схожий на SLM, лише плавлення матеріалу використовується електронний промінь, а чи не лазер. EBM вважається більш швидким та точним, ніж SLM, і часто використовується для виробництва виробів із кобальту та титану. EBM широко використовується в аерокосмічній промисловості для виготовлення деталей, включаючи компоненти двигунів.
Інші методи:
Існують і інші технології, які можуть використовуватись або вже використовуються для 3D-друку металів, хоча вони не так широко застосовуються, як DMLS, SLM або EBM:
Лазерне осадження металу (LMD)
LMD використовується в аерокосмічній, автомобільній та медичній промисловості, створюючи об'єкти шляхом пошарового нанесення нагрітого металу на металеву підкладку. LMD дозволяє використовувати різні матеріали для створення об'єкта і є швидше, ніж інші методи.
Селективне лазерне спікання (SLS)
Подібно до DMLS, цей процес також використовує лазер для спікання порошкоподібних матеріалів. Він використовується для виготовлення виробів із широкого спектру матеріалів, включаючи метал. Однак у наші дні він в основному використовується для спікання пластмас, таких як поліамід та нейлон.
Струмене нанесення сполучного
Цей процес використовує спеціальну рідину для зв'язування порошкового матеріалу і менш дорогим, ніж DMLS, SLM або EBM. Точність та міцність, що забезпечуються цим процесом, не ідеальні, тому часто потрібна подальша обробка. Для підвищення міцності та твердості готового об'єкта можна використовувати гаряче ізостатичне пресування, але це збільшує витрати. Лиття під тиском зазвичай використовується для виготовлення великомасштабних та складних прототипів.
Лиття під тиском
Ця комбінація лиття під тиском та 3D-друку широко використовується для виготовлення невеликих компонентів у таких галузях, як медицина та оборона. Процес відбувається шляхом змішування металевого порошку з термопластичними та восковими сполучними. Ця суміш нагрівається до тих пір, поки сполучна не розплавиться і не покриє порошок, який потім гранулюється в гранули. Ці гранули нагріваються і вводяться в порожнину для формування об'єкта, після чого матеріал видаляється, зазвичай за допомогою екстракції розчинником. Потім деталь спікається, випаровуючи сполучну речовину, що залишилася, і стискаючи об'єкт у щільний твердий матеріал. Потім об'єкт може бути оброблений відповідно до вимог.
Які переваги та недоліки 3D-друку металу?
Існує ряд переваг та недоліків, пов'язаних з 3D-друком металів:
Переваги
Простота виготовлення виробів складної форми швидше, ніж традиційні методи виробництва
Дешевше, ніж багато традиційних методів виробництва деяких деталей
Можливість виготовлення точних та високодеталізованих об'єктів
Оскільки деталі можуть бути включені під час збирання, це дозволяє заощадити час та гроші в порівнянні з більш традиційними методами виробництва
Складні форми можуть бути створені для створення більш легких об'єктів без зниження міцності, що робить 3D-друк металу ідеальним рішенням для автомобільної, аерокосмічної та космічної промисловості.
Дуже мало відходів матеріалу
Декілька деталей складного складання можуть бути об'єднані в один компонент, що скорочує кількість деталей і вартість складання.
Недоліки
Повільно виготовляються деталі, призначені для традиційного виробництва, що робить великосерійне виробництво неконкурентоспроможним лише за вартістю
Порошкоподібні металеві матеріали дорожчі, ніж порошкоподібні (наприклад, заготівля або пруток)
Металеві 3D-принтери можуть бути дорогими
Може знадобитися обробка поверхні та постобробка 3D-друкованих деталей
Нижча точність та допуски порівняно зі спеціалізованою механічною обробкою з ЧПУ
Для зниження внутрішньої напруги в 3D-друкованій деталі або досягнення максимальної міцності металу може знадобитися термічна обробка.
Проектування металевих 3D-деталей може бути складним та потребує послуг професійних інженерів САПР.
Розмір деталей обмежений 3D-принтером.
Якою є мета 3D-друку металу?
Переваги та недоліки процесу дають уявлення про призначення 3D-друку в металі, показуючи, що вона добре підходить для виготовлення невеликих складних деталей, включаючи прототипи. Вона також може полегшити оснащення для традиційних виробничих технологій, знижуючи витрати та скорочуючи час виконання замовлення.
Поєднуючи гнучкість 3D-друку з механічними властивостями металу, ця технологія знайшла застосування в різних галузях промисловості, від вставок з охолоджуючими каналами через легкі конструкції для аерокосмічної промисловості до складних деталей, що використовуються в складних умовах. Типові сфери застосування включають створення повнофункціональних прототипів, створення виробничих інструментів, оснастки для прес-форм або вставок, корпусів, повітроводів, теплообмінників і радіаторів.
Звичайно, різні метали дозволяють друкувати різні об'єкти, наприклад:
Нержавіюча сталь: Ідеально підходить для об'єктів, які контактуватимуть з агресивними рідинами, водою або парою завдяки чудовій корозійній стійкості.
Бронза: крильчатки насосів та морські пропелери, світильники та більш декоративні предмети, такі як вази
Золото: Може використовуватись для друку ювелірних виробів
Нікель: Може використовуватись для друку деталей турбінних двигунів або навіть монет
Алюміній: Ідеально підходить для металевих предметів, особливо там, де потрібне полегшення, наприклад для деталей планера літака.
Титан: Здатний виробляти дуже міцні, точні деталі, такі як медичні імплантати (наприклад, кульшові суглоби) та інші тверді пристрої та об'єкти.
Чи дорого коштує 3D-друк металу?
Різні технології 3D-друку використовують різні рішення для промисловості з різними матеріалами та різної складності, а це означає, що вартість 3D-друку по металу може суттєво відрізнятися. Однак більша частина витрат припадає на 3D-друкарські машини, які можуть становити значну частину загальних витрат на виробництво, поряд із робочою силою, матеріалами, підготовкою та подальшою обробкою. Потреба у високоякісних порошкоподібних матеріалах також збільшує вартість 3D-друку металів, оскільки вони дорожчі, ніж порошкоподібні метали в тих же кількостях.
Як уже згадувалося, ціни на принтери можуть бути високими, з витратами в кілька або навіть сотні тисяч фунтів, хоча ці ціни можна порівняти з високоякісним верстатом з ЧПУ аналогічного розміру. Очікується, що в міру вдосконалення технології та збільшення обсягу ринку ціна на 3D-друкарські машини знижуватиметься.
Крім вартості матеріалів та принтера, існують витрати на проектування створюваних об'єктів. Для цього може знадобитися спеціалізоване програмне забезпечення або найняти інженерів САПР, які мають спеціальні знання в області 3D-друку. Звичайно, існують інші трудові витрати на експлуатацію та обслуговування машин.
Зрештою, існують витрати, пов'язані з подальшою обробкою надрукованих деталей. Це може включати очищення, термообробку, видалення несучих конструкцій та нанесення покриттів на поверхню.
Висновок
3D-друк металом, або адитивне виробництво дозволяє виготовляти деталі майже такої ж міцності, як і звичайні металеві предмети.
Хоча цей метод може бути дорогим і не дуже підходить для заміни традиційного виробництва за великих обсягів випуску стандартних виробів, він ідеально підходить для виготовлення невеликих складних виробів. 3D-друк металами також допомагає полегшити деталі, що використовуються в таких галузях, як аерокосмічна та автомобільна.