3D печать — это одно из самых сложных направлений в сфере современных технологий и является важным элементом в области современного производства. С помощью принтеров, осуществляющих трехмерную печать, открываются широкие возможности, в том числе для предпринимательской деятельности. Имеются все предпосылки для того, что такая технология в недалеком будущем заменит стандартные методы производства: литье, ковка и т. п. Данная статья ответит на вопросы: что такое 3D печать по металлу и каковы главные направления развития этой технологии.
Это специальное устройство, которое дает возможность создавать металлические изделия и наносить специальные слои на формирующиеся детали. То есть формирование объекта принтером происходит послойно.
Первым делом при помощи компьютера и специальной программы создается виртуальная модель в трех плоскостях, разделенная на цифровые слои. В процессе печати объекта, из головки принтера на печатающую платформу выделяется жидкий металл или порошок, тем самым создавая начальный слой. Далее автоматически формируется следующий слой металла. Итак, слой за слоем, создается готовое изделие.
Данное устройство дает возможность для изготовления самых разнообразных изделий. Используемые современные разработки очень конкурентоспособны на фоне стандартных методик производства металлических объектов.
Какие работы могут выполняться
Технология 3D печати является многофункциональной. Ее применяют в своей деятельности как профессионалы, так и обычные любители. Спектр применения довольно обширен: изготовление сложных по форме металлических изделий, имитирование обычной ковки. Для этих целей не нужно привлекать дополнительное оборудование и устройства.
промышленный 3Д принтер
Промышленный 3D принтер способен напечатать даже двигатель для ракеты, который будет трудно отличить от оригинала, изготовленного стандартным способом. Отсюда следует вывод – эта технология может изготавливать почти любые металлические предметы.
Технологии печати
На данный момент используется всего 2 основных способа печати изделий из металла: струйная и лазерная технология. В обоих случаях происходит последовательное нанесение слоев металла (аддитивная технология), пока на выходе не получится требуемый объект. Но технологии не стоят на месте, разработчики развивают новые методы печати.
1. Струйная печать
Эта разновидность печати одновременно является и самой ранней и успешной в аддитивной технологии. Но здесь нужно четкое понимание того, что данный подход может применяться лишь для создания композитных (смесь металла с полимерами) деталей из-за специфики производства. Такой способ формирует любой трехмерный объект из порошковых материалов. Порошок смешивается с полимерами, которые помогают сырью связываться во время печати. Поэтому изготавливаемые по данной технологии изделия нельзя считать полностью металлическими.
Существует вариант, при котором композитный предмет переплавляется в цельнометаллический. Из-за пористости, данные изделия не обладают хорошей прочностью. Для ее повышения можно прибегнуть к пропитке модели бронзой или другим металлом.
Из-за невысокой прочности изделий данную технологию используют, прежде всего, при изготовлении сувениров.
2. Печать методом ламинирования
В данной технологии тонкие листы металла постепенно наносятся на платформу. Формирование происходит при помощи резки листов (металлической или лазерной) и их склеивания, в результате чего получается 3Д модель. В качестве расходного материала использоваться фольга.
Полученное изделие не является на 100 процентов металлическими. Это объясняется тем, что для придания целостности предмету применяется клей.
Главным достоинством является экономичность и близкое сходство получаемых деталей с макетом. Часто данный подход применяют для создания макетов.
3. Наплавка слоями
В данном случае в качестве сырья используются легкоплавкие металлы. Но чистые металлы или сплавы не используются, поскольку применение такого сырья влечет понятные проблемы из-за необходимости работы принтера при высоких температурах.
Учитывая это, разработчики остановились на композитных материалах, подобных тем, что используются в струйной печати. Например, BronzeFill – материал из термической пластмассы и бронзового порошка. Выполненные на его основе предметы, имеют высокую схожесть с оригиналом и податливы к шлифовке. Данные изделия нельзя считать цельнометаллическими, и их характеристики ограничены используемые в сырье композитами.
Этот метод активно применяется в промышленности. С его помощью можно создавать проводники и экранирующие материалы, что может сделать значительный прорыв в печати электронных плат.
4. Выборочная лазерная и электронно-лучевая плавка
Несмотря на хорошее качество элементов, изготавливаемых при помощи лазерного плавления, их использование не столь обширно из-за значительной пористости получаемых изделий, и следовательно, их малой прочности. Данная продукция может применяться в некоторых отраслях, но совершенно не может использоваться там, где требуется противостоять большим нагрузкам.
Проблему решает замена лазерного спекания на лазерную плавку, которая отличается лишь температурной обработкой. Последняя технология активно используется в области получения однородных деталей, которые почти не отличаются от литых аналогов.
Схожий метод имеет электронно-лучевое плавление. Такие принтеры поставляет шведская компания Arcam. Данная технология почти как и предыдущая, но имеет ряд преимуществ: отсутствие электромеханических зеркальных комплексов и высокоскоростная манипуляция с электронными пучками. По остальным критериям она мало превосходит предшественника.
На видео представлена презентация печати методом селективного лазерного спекания.
Использование различных металлов и сплавов дает возможность для создания мелких партий изделий из металла, аналогичных оригиналу. Здесь не нужна развитая инфраструктура, за счет чего достигается существенная финансовая и ресурсная экономия. Технология активно применяется при изготовлении ортопедических протезов, газовых турбин и даже форсунок для реактивных двигателей.
5. Прямое лазерное аддитивное построение (CLAD)
Это не совсем технология для трехмерной печати, а скорее для 3D ремонта. Она применяется только в промышленности из-за узкого спектра применения.
Принцип работы заключается в нанесении порошка на дефектные участки детали с дальнейшим лазерным наплавлением.
Головка может перемещаться по пяти осям, меняя угол наклона и вращаясь относительно вертикальной плоскости. Это позволяет работать под любыми углами.
Данную технологию можно задействовать для ремонта крупных изделий, в том числе при обнаружении в них брака. К примеру, во Франции компания Beam использует данный подход для ремонта авиадвигателей и других крупных изделий.
Технология CLAD может использовать в работе герметичную камеру с инертной атмосферой, что необходимо для работы с металлами, которые поддаются оксидации (титан и т.п.).
6. Произвольная электронно-лучевая плавка (EBF3)
Данная технология нашла применение у специалистов НАСА. Так как в невесомости не представляется возможным работа с порошками, вместо них используются металлические нити. Работа аналогична послойной 3Д печати, но происходит с применением электронно-лучевой пушки для плавки.
Данная технология поможет создавать запасные детали на орбите, что избавит от необходимости их доставки с Земли.
Стоимость 3D принтера
Сейчас на рынке представлено большое количество 3D принтеров, позволяющих печатать трехмерные объекты из металла. Наиболее качественные промышленные принтеры могут стоить несколько десятков тысяч долларов США. Конечно, есть и более дешевые образцы, но их качество печати соответственно хуже. При этом разработчики постоянно совершенствуют свою продукцию, и следует ожидать, что в ближайшем будущем будут появляться все более дешевые принтеры, позволяющие печатать все более качественные изделия.
На видео представлена струйная технология 3D печати по металлу.