3D-принтер по металу. Виготовлення виробів з металу

3D-друк вважається найскладнішим технологічним досягненням і важливим напрямком адитивного виробництва. Завдяки тривимірним принтерів відкриваються нові можливості у всіх галузях економіки. Існує думка, що в майбутньому вони можуть навіть витіснити традиційні способи виробництва (кування, лиття і т.д.). У цій статті ми розглянемо, що таке 3D-друк металами та основні її технології.

Що являє собою 3D-принтер по металу

Це спеціальні машини, які дозволяють виробляти металеві предмети або наносити покриття на готові вироби. Такий принтер «вирощує» фізичний об`єкт пошарово. Тобто спочатку на комп`ютері в системі проектування створюється віртуальна модель в трьох вимірах, поділена на цифрові шари. Після пуску об`єкта в друк головка 3D-принтера починає видавлювати рідкий метал або висипати порошок на друкувальну платформу, утворюючи перший шар. Потім машина завдає другу порцію металу і так далі.

3D-принтер по металу дозволяє створювати великий асортимент виробів і, завдяки сучасним технологіям, може надати конкуренцію класичним методам металлопроизводства.

Що можна надрукувати 3D-принтером?

Цей принтер є універсальним винаходом, яким можуть користуватися як професіонали, так і прості ентузіасти. Металлопрінтери можна застосовувати для виготовлення нестандартних об`єктів, механічних деталей, ювелірних виробів. Вони також дозволяють створювати вироби з металу, що імітують ручне кування. І для цього не потрібні додаткові пристрої та механізми.

Промисловий 3D-принтер по металу може надрукувати навіть ракетний двигун. При цьому він практично не відрізнятиметься від виробу, виготовленого традиційним методом. Таким чином, металлопрінтер дає можливість сучасній людині створювати будь-які предмети.

Технології 3D-друку по металу

На сьогоднішній день виготовлення виробів з металу здійснюється двома технологіями: лазерної та струменевим друком. Вони мають на увазі поступове і акуратне нашарування металу, в результаті чого повинна вийти задумана фігура. У той же час інженери розробили кілька способів вирощування.

Струменевий тривимірна друк

Виготовлення виробів з металу струменевим друком є одним з найстаріших способів адитивного виробництва. Він дозволяє найкращим способом використовувати метали як витратних матеріалів. Але ця технологія застосовна тільки лише в разі створення композитної моделі. Справа в тому, що струменевий 3D-принтер дозволяє друкувати об`єкти з будь-якого матеріалу, який може бути перероблений в порошок. Під час друку подрібнену сировину зв`язується полімерами. Через цієї технологічної особливості готові вироби не можна вважати повністю металевими.

Крім того, існує можливість перетворити отримані композитні моделі в суцільнометалеві. Для цього застосовують термічну виплавку або випалювання полімерів і спікання порошкоподібного металу. Такі вироби з металу не є міцними, оскільки мають пористу структуру. Додати міцності можна за рахунок просочення іншим металом. Наприклад, сталевий предмет стане міцнішим, якщо його просочити бронзою.

Цей метод створення виробів в основному застосовується в сувенірній та ювелірної промисловості.

Метод ламінування

3D-друк способом ламінування увазі нанесення на платформу тонких листів металу, сформованих лазерної або механічної різкою, і їх склеювання для отримання об`ємної моделі. Цей метод дозволяє використовувати в якості витратного матеріалу навіть металеву фольгу. Ламіновані об`єкти не мають металевої міцністю, оскільки їх цілісність заснована на склеюванні з`єднуваних листів.

Перевагою цієї технології вважається відносна дешевизна і можливість створювати різноманітні предмети, ідентичні з суцільнометалевими виробами. Найбільш часто друк ламінуванням використовується для створення макетів.

Пошарове наплавление

Цей метод 3D-друку заснований на використанні легкосплавних матеріалів. Наявні в принтері екструдери не здатні витримувати високі температури. Тому створювати об`єкти з чистого металу і сплавів практично неможливо. Таким чином, розробники витратних матеріалів почали випускати спеціальне композитне сировину. Прикладом такого рішення служить матеріал, що складається з термопластика і бронзового порошку.

Принтер по металу такого типу друкує предмети, які за зовнішнім виглядом неможливо відрізнити від цельнометаллического вироби. Але фізичні властивості таких об`єктів істотно гірше. Тому пошарове наплавление застосовується виключно для створення макетів, сувенірів, предметів інтер`єру. Зараз інженери шукають сфери промисловості, де припустимо застосовувати цю технологію виробництва. Так, термопластик з металевим наповнювачем можна використовувати для друку електронних плат.

Вибіркове лазерне і пряме спікання

Вибіркове лазерне спікання металів дозволяє працювати не тільки з міцним матеріалом, але і з термопластиком. Тут створення тривимірних об`єктів відбувається за допомогою лазерних установок шляхом спікання металевого порошку. Досить часто для зниження потужності лазерних випромінювачів на металевий матеріал наносять більш легкоплавкое покриття. У таких випадках для підвищення міцності готових виробів потрібне додаткове їх спікання і просочення металами.

Різновидом описаного методу є пряме лазерне спікання металів. Ця технологія орієнтована на роботу з чистим металом порошкоподібного вигляду. Для реалізації цієї мети в 3D-принтері є спеціальні герметичні камери, наповнені інертним газом. Також друкарська машина застосовує підігрів витратного матеріалу до температури, при якій він плавиться, але ще не кипить. Це дозволяє скоротити час друку і економити на потужності лазерних установок.

Друк методом лазерного спікання відбувається шарами. На робочу платформу машина завдає тонкий шар підігрітого порошку, частинки якого спекаются між собою і з попереднім шаром. Лазерний промінь постійно змінює свій напрямок за допомогою системи дзеркал.

Лазерне спікання дає можливість створювати складні конструкції без додаткових опор. Таким чином, ця технологія використовується для створення високоточних деталей, що не вимагають подальшої механічної обробки, а також для виробництва цілісних моделей такого рівня складності, який неможливо здійснити звичайним литтям.

Лазерне спікання дозволяє працювати зі сталлю, нікелевими сплавами, титаном, дорогоцінними металами і т. Д.

Вибіркова лазерна та електронно-променева плавка металів

Хоча моделі, отримані лазерним спеканием металу, володіють високою якістю, вони мають обмежене застосування. Пориста структура готових об`єктів знижує їх міцність. Такі вироби малопридатні для промислового застосування, а більше використовуються для створення макетів і прототипів. Для виробництва міцних і стійких до навантажень моделей інженери перетворили технологію прямого лазерного спікання в метод лазерної плавки. У його основі лежить сильна термічна обробка металевого порошку для отримання гомогенного предмета. Об`єкти, надруковані цим способом, фактично не відрізняються за механічним і фізичним властивостям від аналогів, виготовлених традиційними методами.

Паралельно з цією застосовується технологія електронно-променевої плавки. Вона дає можливість створювати об`єкти з тією ж точністю і дозволом, але має певні переваги. Так, 3D-принтер по металу такого типу замість електромеханічних дзеркальних систем оснащений електронними гарматами. Це дозволяє машині працювати на порівняно великих швидкостях, що підвищує продуктивність без істотних ускладнень процесу. Така технологія є чудовою альтернативою традиційному промисловому виробництву, де використовується додаткове обладнання (Печі і литі форми).

Принтери для лазерної та електронно-променевої плавки в основному застосовуються для виробництва деталей реактивних двигунів і газових турбін, ортопедичних протезів.

Пряме лазерне аддитивное побудова

3D-принтер по металу прямого лазерного побудови використовується для ремонту готових виробів. В основі технології такої машини лежить принцип напилення часток металевого порошку на пошкоджені частини об`єкта та їх плавку лазером. Цей метод характеризується вузькою спеціалізацією і застосовується виключно в промислових цілях.

Друкована головка принтера такого типу переміщається в трьох площинах і обертається навколо вертикальної осі. Таким чином, вона працює під будь-яким кутом.

Подібні машини використовуються для ремонту складних механізмів і великогабаритних виробів. Наприклад, для лагодження авіаційних двигунів.

Вартість 3D-принтера по металу

Сьогодні на ринку представлений великий асортимент машин, що дозволяють створювати тривимірні металеві об`єкти. Їх вартість залежить від бренду і технології друку. Так, промисловий 3D-принтер по роботі з металом, на якому можна роздрукувати двигун, коштує десятки тисяч доларів США. Більш доступні машини можна купити значно дешевше, але якість виробів буде гірше. Щоб вирішити цю проблему, інженери розробляють 3D-принтер по металу, ціна на який буде набагато нижче при повній готовності до експлуатації.