3D принтеры совершили прорыв в прототипировании. Оборудование для трехмерной печати упростило процесс создания прототипов, лекал, литейных форм. Но вскоре выяснилось, что десктопные аппараты не могут в полной мере работать с металлическими составами. Промышленная техника оказалась слишком дорогой для малых и средних предприятий. Работы над совершенствованием машин продолжаются. Что сегодня может предложить рынок оборудования для 3D печати металлом, рассказали в статье.

Почему технология 3D печать металлом востребована

Традиционные методы работы с металлами не позволяют использовать материал с максимальной выгодной. В процессе литья, фрезерования, ковки, прессования и штамповки 50-90% от первоначального количества сырья становится непригодным для дальнейшего применения, и отправляется в утиль. Напечатанные детали легче и дешевле, для их производства требуется меньше энергоресурсов, почти не образуют отходов.

Методы объемной печати металлом

Послойное спекание порошка – простой и действенный метод. Для изготовления моделей используется металлический порошок, который помещают в тугоплавкую емкость. В роли печатной головки – высокоэнергетический лазерный излучатель. Под его воздействием частицы металла плавятся и спекаются в единый слой. Порошок подается до тех пор, пока не будет воссоздано изделие, повторяющее параметры компьютерной модели. Различают два типа принтеров: выборочного воздействия и прямого спекания.

Склеивание металлических частиц – метод создания трехмерных моделей, для которого нужен экструдер, печатающий клейким веществом и металлическая подложка. Материалы наносятся послойно: вначале связующий филамент, затем порошок. После того, как заготовка приобрела необходимую форму, её отправляют в печать для обжига.

Наплавление – комбинированный метод печати, в котором используется и экструзия, и селективное воздействие лазерного луча. Аппарат высвобождает небольшое количество металлического порошка, после чего почти мгновенно облучает его лазером. Моментальное спекание дает возможность печатать «в воздухе». Наплавление бывает лазерным и электрическим. Последний активно используется предприятиями ВПК США.

Плавление проволоки под действием электронного излучения – экспериментальный метод, который используют отдельные производители принтеров. Подразумевает плавление металлической проволоки с помощью электросварочной печатной головки.

Запекание металлической пасты – метод, в котором используется металлический порошок, замешанный с клейкой основой в пасту. Смесь ритмично выдавливается пневматическим экструдером. Процесс нанесения филамента напоминает работу FDM-принтера. Технология может применяться в десктопных «любительских» аппаратах, но для того чтобы получить готовое изделие, заготовку необходимо отправить в печь.

Материалы для 3D печати металлом

В чистом виде металлы непригодны для объемной печати. Принтеры работают с порошками, сплавами и пастами, в состав которых входят вяжущие вещества и специальные присадки, увеличивающие прочность, износостойкость, твердость.

Алюминий – один из наиболее распространенных материалов, применяемых в процессе печати. С металлом работают в герметичной среде, наполненной аргоном. Подходят сплавы 7075 и 6061. Чтобы готовое изделие не уступало фрезерованным и литым деталям, порошок обрабатывают гидридом циркония.

Кобальт-хром – высокопрочный состав, которой широко используется в промышленной объемной печати. Основная сфера применения: прототипирование, протезирование.

Золото, платина, серебро – драгоценные металлы, которые нашли своё применение в производстве электротехники. Существуют машины, предназначенные для изготовления ювелирной продукции – они создают потрясающей красоты изделия.

Титан – прочный и легкий металл, из которого можно напечатать почти любую деталь. Будучи взрывоопасным в форме порошка, сырье помещается в герметичную камеру, наполненную аргоном. Наплавляется с помощью электронно-лучевой пушки.

Железо и сплавы меди (бронза, латунь) почти не используются для печати металлом, однако их добавляют в филаменты на основе пластика. Именно они могут использоваться в домашних условиях, в обычном оборудовании для аддитивной печати. На выходе получатся детали, совмещающие характеристики металла и полимеров.

Оборудование для работы с металлом

Технология послойное спекание порошка используется в большинстве промышленных 3D принтеров для печати металлом. Shining 3D, Realizer, EOS – вот лишь краткий перечень производителей, которые предлагают технику для создания трехмерных объектов из алюминия, никеля, титана, золота и серебра. Например, XLine 2000 оборудована двумя лазерными «головками» и камерой с полезным объемом 80 на 40 на 50 сантиметров.

Вес установки 9 тонн. Материал наносится со скоростью 120 см3 в час. Толщина каждого слоя составляет от 30 до 200 мкм. Вот как это выглядит:

3D printer Sciaky EBAM 300 использует титановый пруток для создания объемных конструкций. Устройство используется на предприятиях аэрокосмической отрасли. Печать осуществляется в аргоновой среде. Объем рабочей камеры: 5791 на 1219 на 1219 миллиметров. Принтер может создать с нуля новую деталь за 48 часов, в то время как традиционные технологии прототипирования могли затянуть процесс на 6 месяцев. Материал наносится со скоростью 3-9 килограмм в час, толщина слоя – 3 миллиметра.

Другие интересные статьи