3D-печать металлом

2 Июля 2019

В начале века о 3D-принтерах рассуждали на основе фантастики. Сейчас такие технологии доступны и применяются в промышленных масштабах – в медицине, на производстве и машиностроении. Помогает 3D печать и в металлообработке, особенно при создании деталей с идеальной геометрией точно по чертежам.

Домашние 3-D принтеры

Сегодня во многих магазинах можно купить 3D-принтер для домашней печати, который работает на пластике, поликарбонате и других материалах, не требующих нагрева до сверхвысоких температур. Для получения трехмерной фигуры металл нужно расплавить и сделать это в домашних условиях нельзя.

Простое решение – аппараты, которые работают на пластике с примесями железа. Они способны заменить 3д-принтер по металлу и воспроизводят фигурки с характерным серебристым блеском. Такая технология широко применяется для производства украшений и предметов бытового назначения:

• изделия получаются прочные и красивые;
• после печати материал практически не усаживается;
• при работе не требуется подогреваемый стол.
  
  

Печать металлом на 3D-принтере осуществляется быстро, для разогрева материалов нужно немного времени. Благодаря примеси порошка изделия по весу и внешнему виду не сильно отличаются от оригинала.

Недостатки печати филаментами с содержанием железа:

• материалы могут вызвать отравление при контакте с водой или продуктами питания;
• у изделий отсутствует пластичность;
• принтер нужно тщательно настраивать;
• сопло аппарата часто забивается.
  
  

Для изготовления деталей для машин такая печать не подойдет, бытовые аппараты не рассчитаны на высокие температуры. Для профессионального изготовления используются более мощные принтеры.

Печать в промышленных масштабах

Для изготовления деталей для машиностроения используется 3D-печать металлом на основе лазера, ультразвука или электронного луча. Здесь нет примесей филаментов, используется чистое железо в виде порошка, которое разогревается до высоких температур. После застывания получается изделие высокой прочности, которые способно выдержать критические нагрузки.

Технология 3D-печати металлом включает несколько методов:

1. Плавление лазером – обозначается шифром SLM. Подразумевает критический нагрев порошка до жидкого состояния, субстанция после застывания принимает нужную форму;
2. Спекание лазером – всем известна как технология DMLS. В таком принтере порошок железа разогревается меньше и не успевает переходить в жидкое состояние, а частички склеиваются между собой;
3. Плавление при помощи ультразвуковых волн (UAM) и электронных лучей (EBM) – эти методы распространены меньше из-за сложности производства. Принцип остается прежним, меняется только источник, воздействующий на порошок.
   
   

В промышленных масштабах обычно применяются первые две разновидности трехмерной печати – SLM и DMLS. На принтерах получаются прочные детали, устойчивые к высоким нагрузкам и перепадам температур. Однако считается, что плавление лазером менее надежно из-за того, что в каркасе остаются сопряжения, уменьшающие жесткость конструкции. Поэтому в авиастроении обычно предпочитают DMLS-технологию печати.

Стадии печати лазером:

1. Заполнение камеры – сначала закладывается металлический порошок, для предупреждения коррозии заготовки в дальнейшем свободное пространство заполняется инертным газом;
2. Нагревание камеры – температура подбирается индивидуально в зависимости от конкретной технологии производства. Это обеспечивает в дальнейшем хорошую адгезию;
3. Создание первой платформы построения – когда проведено сканирование, лазер воздействует на порошок, расплавляет или спекает его в зависимости от технологии;
4. Платформа опускается на толщину слоя и процесс повторяется заново до того, как печать не будет завершена. После каждого шага деталь подвергается обработке для затвердевания смеси.
   
   

Завершенная заготовка располагается на области поддержки, которая представляет собой слой порошкового металла, склеенного лазером. Такое жесткое основание исключает смещение детали и возможный брак.

В конце вся заготовка снимается с области поддержки, подвергается термической обработке для исключения напряжений, которые могут снизить ее жесткость. Лишняя смесь удаляется, и камера проходит специальную очистку для повторного использования.

Применяемые материалы

Для 3д-печати металлами используются обычные порошковые соединения. Но из-за сложности получения сырья они очень дорогие – килограмм обойдется в несколько десятков тысяч рублей. Поэтому продуманные производители стараются покупать экономичные принтеры, которые снижают расход на область поддержки.

Наиболее популярные металлы для трехмерной печати:

• алюминий;
• титан;
• кобальтовый хром;
• инконель;
• сталь нержавеющая.
  
  

Эти материалы используются в машиностроении, для создания автомобилей, запчастей для самолетов и космических кораблей. Из алюминия делаются ортопедические препараты и хирургические инструменты. Драгоценные металлы обычно используются для производства ювелирных украшений, которые сложно изготовить ручным способом.