3D-печать металлом становится все более популярной. И это не удивляет: каждый металлический материал для печати предлагает уникальное сочетание практических и эстетических свойств, чтобы удовлетворить требования предъявляемые к различным продуктам, будь то прототипы, миниатюры, украшения или функциональные детали.
Причины печатать металлами настолько веские, что 3D-печать металлами уже внедряется в серийное производство. На самом деле, некоторые 3D-печатные детали уже догнали, а какие-то и превзошли своими свойствами те, что производятся традиционными методами.
Традиционное производство из металлов и пластиков очень расточительно - в авиапромышленности, например, до 90% материалов уходит в отходы, а выход продукции, лежащей в пределах допусков, в некоторых отраслях составляет не более 30%.
3D-печать металлами потребляет меньше энергии и сокращает количество отходов до минимума. Кроме того, готовое 3D-печатное изделие может быть до 60% легче, по сравнению с фрезерованной или литой деталью. Одна лишь авиационная промышленность сэкономит миллиарды долларов на топливе, за счет снижения веса конструкций, а ведь прочность, легкость и экономичность нужны и в других отраслях.
3D-печать металлом дома
Что можно сделать, если появилось желание попробовать 3D-печать металлом в домашних условиях? Для печати металлом необходимы чрезвычайно высокие температуры, вряд ли вы сможете использовать обычный FDM 3D-принтер для этого, по крайней мере пока. Ситуация может измениться лет через 15-20, но сейчас домашней 3D-технике это недоступно.
Если вы хотите сделать выглядящие металлическими распечатки у себя дома, лучший вариант - использование пластика содержащего частицы металла.
Такого например, как или .
Эти филаменты содержат значительный процент металлических порошков, но и достаточно пластика для печати при низкой температуре любым 3D-принтером. В то же время, они содержат достаточное количество металла, чтобы соответственно выглядеть, ощущаться и даже иметь вес близкий к весу металлического предмета.
Изделия из филамента с содержанием железа даже покрываются ржавчиной в определенных условиях, что добавляет правдоподобности, а вот проржаветь насквозь и испортиться от этого не смогут - и в этом их преимущество перед настоящими металлическими предметами.
Плюсы таких материалов:
Уникальный внешний вид распечаток
Идеально подходит для бижутерии, статуэток, предметов домашнего обихода и декора
Высокая прочность
Очень малая усадка во время охлаждения
Подогреваемый стол не обязателен
Минусы:
Низкая гибкость изделий, зависит от конструкции распечатки
Не считается безопасным при контакте с пищей
Требует тонкой настройки температуры сопла и скорости подачи филамента
Необходима постобработка изделий - шлифовка, полировка
Быстрый износ сопла экструдера - филамент с металлом очень абразивен, по сравнению с обычными материалами
Общий температурный диапазон печати обычно составляет 195°C - 220°C.
3D-печать металлом в промышленности
Если вы хотите приобрести 3D-принтер печатающий настоящим металлом, для использования на предприятии, то тут для вас две новости - хорошая и плохая.
Хорошая новость состоит в том, что их ассортимент достаточно широк и продолжает расширяться, и можно будет выбрать такой аппарат, который соответствует любым техническим требованиям. Далее в статье можно убедиться в этом.
Плохая же новость одна - цены. Стоимость профессиональных печатающих металлом принтеров начинается где-то от $200000 и растет до бесконечности. Кроме того, даже если вы выберете и приобретете самый недорогой из них, отдельным ударом станет покупка расходников, плановое обслуживание с заменой узлов, ремонт. Не забываем также о персонале и расходах на постобработку изделий. Да, и на стадии подготовки к печати понадобится специальное ПО и умеющие обращаться с ним люди.
Если вы готовы ко всем этим тратам и трудностям - читайте дальше, мы представим несколько очень интересных образцов.
3D-печать металлом - применение
Части реактивного двигателя GE’s LEAP напечатаны в 3D на фабрике аддитивного производства AvioAero (изображение: GE)
В некоторых промышленных секторах уже используют металлические 3D-принтеры, сделав их неотъемлемой частью производственного процесса, о чем обычный потребитель может и не подозревать:
Наиболее распространенным примером являются медицинские импланты и стоматологические коронки, мосты, протезы, которые уже считаются наиболее оптимальным вариантом для пациентов. Причина: Они могут быть быстрее и дешевле изготовлены на 3D-принтере и адаптированы к индивидуальным потребностям каждого пациента.
Второй столь же часто встречающийся пример: ювелирное дело. Большинство крупных производителей постепенно переходит от 3D-печати форм и восковок к непосредственной 3D-печати металлом, а печать из титана позволяет ювелирам создавать изделия невозможного ранее дизайна.
Кроме того, аэрокосмическая промышленность становится все более и более зависима от 3D-печатных металлических изделий. Ge-AvioAero в Италии - первая в мире полностью 3D-печатная фабрика, которая выпускает компоненты для реактивных двигателей LEAP.
Следующая отрасль использующая металлические 3D-принтеры будет находиться в автомобильном секторе. BMW, Audi, FCA уже серьезно рассматривают применение технологии в серийном производстве, а не только в прототипировании (где они используют 3D-печать уже многие годы).
Казалось бы - зачем изобретать велосипед? Но и здесь 3D-печать металлом нашла применение. Уже несколько лет производители велосипедных компонентов и рам применяют 3D печать. Не только в мире, но и в России это получило распространение. Производитель эксклюзивных велосипедов Triton заканчивает проект с элементом титановой рамы, напечатанным на 3д принтере для снижения веса без ущерба прочности.
Но прежде, чем 3D-печать металлами действительно захватит мир, необходимо будет преодолеть несколько серьезных проблем. В первую очередь - это высокая стоимость и низкая скорость производства больших серий этим методом.
3D-печать металлом - технологии
Большинство процессов 3D-печати металлом начинаются с порошка
Многое можно сказать о применении печатающих металлом 3D-принтеров. Тем не менее, основные вопросы такие же, как и с любыми другими 3D-принтерами: программное обеспечение и аппаратные ограничения, оптимизация материалов и печать несколькими материалами. Мы не будем говорить о программном обеспечении много, упомянем лишь, что наиболее крупные издатели, такие как Autodesk, SolidWorks и SolidThinking - все разрабатывают программные продукты для использования в объемной печати металлами, чтобы пользователи могли воплотить в жизнь изделие любой вообразимой формы.
В последнее время появились примеры того, что 3D-детали напечатанные металлом могут быть столь же прочными, как традиционно производимые металлические компоненты, а в некоторых случаях и превосходят их. Созданные с помощью DMLS изделия имеют механические свойства эквивалентные цельнолитым.
Посмотрим же на имеющиеся металлические технологии 3D-печати:
Процесс # 1: Послойное сплавление порошка (SLM)
Процесс 3D-печати металлами, которым наиболее крупные компании пользуются в наши дни, известен как сплавление или спекание порошкового слоя. Это означает, что лазерный или другой высокоэнергетический луч сплавляет в единое целое частицы равномерно распределенного металлического порошка, создавая тем самым слои изделия, один за другим.
В мире есть восемь основных производителей 3D-принтеров для печати металлом, большинство из них расположены в Германии. Их технологии идут под аббревиатурой SLM (выборочное лазерное плавление) или DMLS (прямое спекание металла лазером).
Процесс # 2: Binder Jetting
ExOne производит 3D-печать металлических частей нанося связующее вещество перед обжигом в печи (изображение: ExOne)
Еще один профессиональный метод с послойным соединением - склеивание частиц металла для последующего обжига в высокотемпературной печи, где частицы сплавляются под давлением, составляя единое металлическое целое. Печатная головка наносит соединительный раствор на порошковую подложку послойно, как обычный принтер на листы бумаги, после чего изделие отправляется в обжиг.
Еще одна похожая, но в отдельных деталях разительно отличающаяся технология, в основе которой лежит FDM печать - замешивание металлического порошка в металлическую пасту. С помощью пневматической экструзии 3D-принтер выдавливает ее, подобно тому, как строительный 3D-принтер делает это с цементом, чтобы сформировать 3D-объекты. После того, как нужная форма напечатана, объекты также спекают в печи. Эту технологию использует - возможно, единственный более-менее доступный 3D-принтер для печати металлом ($1600). Прибавьте стоимость небольшой печки для обжига.
Процесс # 3: Наплавление (DED)
Можно подумать, что среди технологий печатью металлом отсутствует похожая на обычную FDM, но это не совсем так. Конечно, вы не сможете плавить металлическую нить в хот-энде своего 3D-принтера, а вот крупные производители владеют такой технологией и пользуются ею. Есть два основных способа печатать цельнометаллическим материалом.
Один из них называется DED (Directed Energy Deposition) или лазерная наплавка. Он использует лазерный луч для сплавления металлического порошка, который медленно высвобождается и осаждается из экструдера формируя слои объекта с помощью промышленного манипулятора.
Обычно это делается внутри закрытой камеры, однако, на примере компании MX3D, мы видим возможность реализации подобной технологии в сооружении настоящего полноразмерного моста, который должен быть распечатан в 2017 году в Амстердаме.
Другой называется EBM (Electron Beam Manufacturing - производство электронным лучом), это технология формирования слоев из металлического сырья под воздействием мощного электронного луча, с ее помощью создают крупные и очень крупные конструкции. Если вы не работаете в оборонном комплексе РФ или США, то вряд ли увидите эту технологию живьем.
Еще парочка новых, едва появившихся технологий, используемых пока только их создателями, представлена ниже - в разделе о принтерах.
Используемые металлы
Ti - Титан
Чистый титан (Ti64 или TiAl4V) является одним из наиболее часто используемых металлов для 3D-печати, и безусловно - одним из самых универсальных, так как он является одновременно прочным и легким. Он используется как в спекании слоев порошка, главным образом в медицинской промышленности (в персонализированом протезировании), так и в аэрокосмической и автомобильной отрасли (для изготовления деталей и прототипов), и в других областях. Единственная загвоздка - он обладает высокой реакционной способностью, что означает - он может легко взорваться, когда находится в форме порошка, поэтому обязательно должен применяться для печати лишь в среде инертного газа Аргона.
SS - Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь является одним из самых доступных металлов для 3D-печати. В то же время, она очень прочна и может быть использована в широком спектре промышленных и даже художественных производств. Этот тип стального сплава, содержащий кобальт и никель, обладает высокой упругостью и прочностью на разрыв. 3D-печать нержавейкой используется в основном лишь в тяжелой промышленности.
Inconel - Инконель
Инконель - суперсплав производимый компанией Special Metals Corporation, запатентованный товарный знак. Он состоит в основном из никеля и хрома и имеет высокую жаропрочность. Именно поэтому он используется в основном в нефтяной, химической и аэрокосмической промышленности (например: для создания распределительных форсунок, бортовых “черных ящиков”).
Из-за присущей ему легкости и универсальности, алюминий в настоящее время является очень популярным металлом для применения в 3D-печати. Он используется обычно в виде различных сплавов, составляя их основу. Но порошок алюминия взрывоопасен и применяется в печати также в среде инертного газа Аргона.
CoCr - Кобальт-хром
Этот металлический сплав имеет очень высокую удельную прочность. Чаще всего он используется для 3D-печати зубных коронок, мостов и бюгельных протезов.
Cu - Медь
За редким исключением, медь и ее сплавы - бронза, латунь - используются для литья с использованием выжигаемых моделей, а не для прямой печати металлом. Это потому, что их свойства далеко не идеальны для применения в промышленной 3D-печати, они чаще используются в декоративно-прикладном искусстве. Однако, с большим успехом они добавляются в пластиковый филамент для 3D-печати на обычных 3D-принтерах.
Fe - Железо
Железо и магнитный железняк также, в основном, используются в качестве добавки к PLA-филаменту. В крупной промышленности чистое железо редко находит применение, а о стали мы написали выше.
Au, Ag - Золото, серебро и другие драгоценные металлы
Большинство сплавляющих слои порошка 3D-принтеров могут работать с драгоценными металлами, такими как золото, серебро и платина. Главная задача при работе с ними - убедиться в оптимальном расходе дорогостоящего материала. Драгоценные металлы применяются в 3D-печати ювелирных и медицинских изделий, а также при производстве электроники.
3D принтеры печатающие металлом
SHINING 3D
SHINING 3D ЕР-M100T - небольшой 3D printer печатающий металлом.
Принтер работает по технологии селективного лазерного наплавления - лазерный луч плавит тонкие слои металлического порошка, которые и составляют собой изделие. EP-M100T имеет небольшую рабочую область (120 х 120 х 80 мм), зато высокую точность (толщина слоя - 0.015mm-0.05mm), а потому хорошо подходит для стоматологии, ювелирного дела, создания медицинских изделий.
Небольшой размер (940 × 1300 × 1980 мм) делает аппарат удобным для использования в лаборатории, этому же способствует и его экономичность - конструкцией предусмотрена оптимизация расхода инертного газа и металлического порошка, а потребление тока составляет менее 1 кВт.
3DSLA - (SLM)
RussianSLM - это принтер российского производства для печати металлами на основе технологии SLM - селективного лазерного сплавления. В качестве материала принтер использует металлические, поликерамические или другие плавкие порошки фракций не более 60 мкм. Порошок сплавляется лазером в тонкие слои, таким образом формируется печатаемое изделие. Во избжание окисления слоев, для монолитности структуры изделия, плавка происходит в присутствии инертного газа - аргона, азота.
Специально для RussianSLM компания 3DSLA.RU наладила производство порошковых металлов: стали, сплавы титана, никеля, кобальт-хрома, кобальт-ванадий-хрома, латуни. Стандартные фракции: 10-55 мкм и 10-30 мкм, но, по специальному заказу, возможно производство других диапазонов фракций, например - 20-30 мкм, 10-40 мкм.
- металлический порошок (LC, аналог SLM)
Одним из самых крупных на рынке 3D-принтеров печатающих с помощью металлического порошка долго являлся XLine 1000 производства Concept Laser. Он имеет область сборки размером 630 х 400 х 500 мм, а места занимает как небольшой дом.
Изготовившая его немецкая компания, которая является одним из поставщиков 3D-принтеров для аэрокосмических компаний-гигантов, таких как Airbus, недавно представила новый принтер - XLine 2000.
2000 имеет два лазера и еще больший объем сборки - 800 х 400 х 500 мм. Эта машина, которая использует патентованную технологию LaserCUSING (тип селективного лазерного плавления), может создавать объекты из сплавов стали, алюминия, никеля, титана, драгоценных металлов и из некоторых чистых материалов (титана и сортовых сталей.)
Машины, подобные этой, есть у всех основных игроков на рынке 3D-печати металлом: у EOS, SLM, Renishaw, Realizer и 3D Systems, а также у Shining 3D - стремительно развивающейся компании из Китая.
- модульная 3D-фабрика (LC)
Рабочий объем: 398,78 х 398,78 х 424,18 мм
От 1 до 4 лазеров, 400 - 1000 Вт мощности каждый.
Концепция M Line Factory основана на принципах автоматизации и взаимодействия.
M Line Factory, от той же Concept Laser и работающий по той же технологии, делает акцент не на размере рабочей области, а на удобстве производства - он представляет собой аппарат модульной архитектуры, который разделяет производство на отдельные процессы таким образом, что эти процессы могут происходить одновременно, а не последовательно.
Эта новая архитектура состоит из 2 независимых узлов машины:
M Line Factory PRD (Production Unit - производственная единица)
Production Unit состоит из 3-х типов модулей: модуль дозирования, печатный модуль и модуль переполнения (лоток для готовой продукции). Все они могут быть индивидуально активированы и не образуют одну непрерывную единицу аппаратуры. Эти модули транспортируются через систему туннелей внутри машины. Например, когда новый порошок подается, пустой модуль хранения порошка может быть автоматически заменен на новый модуль, без прерывания процесса печати. Готовые детали могут быть перемещены за пределы машины и немедленно автоматически заменяются следующими заданиями.
M Line Factory PCG (Processing Unit - процессинговая единица)
Это независимый блок обработки данных, который имеет встроенную станцию просеивания и подготовки порошка. Распаковка, подготовка к следующему заданию печати и просеивание происходят в замкнутой системе, без участия оператора.
- NanoParticle Jetting - струйная печать металлом (NPJ)
Технология впрыска наночастиц предполагает использование специальных герметичных катриджей с раствором, в котором находится взвесь наночастиц металла.
Наночастицы осаждаются и образуют собой материал печатаемого изделия.
Учитывая заявленные особенности технологии (применение металлических частиц наноразмера) несложно поверить создателям аппарата, когда они утверждают о его беспрецедентных точности и разрешении печати по всем трем геометрическим осям.
SLM Solutions - - селективное лазерное плавление (SLM)
SLM 500 обеспечивает печать объектов с размерами до 500 х 280 х 365 мм. В принтере применена технология с одновременной работой четырех лазеров (4x 400 Вт или 4x 700 Вт), что обеспечивает производительность на 90% выше, чем конфигурации с парой лазеров.
Машина снабжена полностью автоматической системой просеивания и подачи порошка в рабочую область - The Powder Supply Unit PSX , в процессе печати подача происходит непрерывно. Подготовка объектов для печати производится в специальном ПО - Magics RP и SG+, файлы созданные в других промышленных программах также могут быть загружены и обработаны.
Part Removal Station PRS - система, позволяющая собрать избытки порошка для последующего повторного использования и удаляющая готовую деталь из рабочей области. Порошок автоматически собирается в специальные контейнеры, откуда поступает в PSX.
Область построения: 500 х 280 х 365 мм
Скорость печати: до 105 см³/ч
Толщина слоя: 20 мкм - 75 мкм
Пятно фокусировки луча: 80 - 115 мкм
Внешние размеры: 5200 мм х 2800 мм х 2700 мм, включая PSX и PRS
- атомная диффузия (ADAM)
Компания Markforged представила новую технологию 3D-печати металлом - ADAM, и 3D-принтер работающий по этой технологии - Metal X.
ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) - технология атомной диффузии. Печать производится металлическим порошком, где частицы металла покрыты синтетическим связующим веществом, которое удаляется после печати, позволяя металлу соединиться в единое целое с помощью диффузии.
Главное преимущество технологии - отсутствие необходимости применения сверхвысоких температур непосредственно в процессе печати,
а значит - отсутствие ограничений по тугоплавкости используемых для печати материалов. Теоретически, принтер может создавать 3D-модели из сверхпрочных инструментальных сталей - сейчас он уже печатает нержавейкой, а в разработке титан, Инконель и стали D2 и A2.
Технология позволяет создавать детали со сложной внутренней структурой, такой как в пчелиных сотах или в пористых тканях костей, что затруднительно при других технологиях 3D-печати, даже для DMLS.
Размер изделий: до 250мм х 220мм х 200мм.
Высота слоя - 50 микрон.
- печать металлическим филаментом с последующим запеканием (BMD)
Скорость: 16 см3/час
Высота слоя: 50 мкм
Рабочая область: 300х200х200 мм
В отличии от лазерных систем, которые селективно плавят металлический порошок, принтер Studio использует Bound Metal Deposition - собственную технологию, очень похожую на привычную всем FDM. Он формирует распечатки выдавливая специальный филамент, в котором волокна металла связаны синтетическим веществом, после печати изделие запекается в печи.
Рабочая температура печи: 1400 °С
Рабочая область: 1500х1250х750 мм
Печь выжигает связующее металлические волокна вещество и спекает их в однородную массу. Такая технология значительно удешевляет объемную печать металлами, за счет более рационального использования электричества и экономии материала, да и само оборудование значительно доступнее SLM-принтеров.
Комплект из 3D-принтера и печи создан для лабораторий и КБ, он безопасен, рассчитан на применение в офисных условиях и даже размерами подходит для перемещения через стандартные дверные проемы.
В ближайшем будущем, с распространением технологий печати металлами, ждем еще большего их удешевления, а значит - повсеместного применения.
Каждый из представленных принтеров - лишь часть модельного ряда компании, которая его производит. Есть и другие модели, отличающиеся в деталях - объемом рабочей области, комплектацией, опциями, - все они доступны, о свойствах каждой из них узнавайте у наших менеджеров.
Сегодня в 3D-печати нет более актуального тренда, чем металл. Мы расскажем про металлическую печать в домашних условиях, как это делается в промышленным масштабах, о технологиях, приложениях, принтерах, процессах, ценах и материалах.
Последние несколько лет 3D-печать металлом активно набирала популярность. И это вполне естественно: каждый материал предлагает уникальное сочетание практических и эстетических качеств, может подходить для широкого круга изделий, прототипов, миниатюр, украшений, функциональных деталей и даже кухонной утвари.
Причина, по которой 3D-печать металлом стала столь популярной, заключается в том, что напечатанные объекты можно выпускать серийно. На самом деле, некоторые из напечатанных деталей так же хороши (если не лучше), как и те, которые изготавливаются традиционными способами.
При традиционном производстве работа с пластиком и металлом может оказаться довольно расточительной — появляется масса отходов, используется немало лишнего материала. Когда авиапроизводитель делает детали из металла, до 90% материала просто обрезается. 3D-напечатанные металлические детали требуют меньше энергии, а количество отходов сокращается до минимума. Немаловажно и то, что конечный напечатанный 3D-продукт оказывается до 60% легче традиционной детали. На одной только авиационной промышленности — главным образом за счет снижения веса и экономии топлива — можно сэкономить миллиарды долларов.
Итак, что же нам надо знать про 3D-печать металлами?
3D-печать металлом в домашних условиях
Если вы хотите изготавливать дома объекты, которые будут выглядеть, как металлические, лучше всего обратить внимание на металлизированные PLA-филаменты (Фото: colorFabb)
С чего начать, если хочется печатать металлические объекты в домашних условиях? Учитывая экстремально высокую температуру, которая требуется для настоящей 3D-печати металлом, обычным FDM 3D-принтером сделать это не получится.
Едва ли в это десятилетие появится возможность печатать жидким металлом в домашних условиях. До 2020 года у вас, вероятно, не появится дома специализированного для этих целей принтера. Но через несколько лет, по мере развития нанотехнологий, мы можем стать свидетелями существенного развития новых приложений. Это может быть 3D-печать проводящим серебром, которое будет испускаться примерно так же, как это происходит в двумерных домашних принтерах. Станет возможным даже смешивать в одном объекте различные материалы вроде пластика и металла.
Материалы для металлической 3D-печати в домашних условиях
Даже несмотря на то, что вы не можете печатать в домашних условиях собственно металлические объекты, можно обратиться к пластиковому филаменту, в который добавлены металлические порошки. Bestfilament , ColorFabb , ProtoPasta и TreeD Filaments предлагают интересные композитные металло-PLA филаменты. Эти филаменты, содержащие значительный процент металлических порошков, остаются достаточно пластичными для того, чтобы ими можно было печатать при низкой температуре (от 200 до 300 по Цельсию) на практически любом 3D-принтере. В то же самое время они содержат достаточно металла, чтобы конечный объект выглядел, создавал тактильное ощущение и даже весил, как металлический. Филаменты на основе железа в определенных условиях даже ржавеют.
Но можно пойти и дальше. Обычно в филамент для 3D-печати добавляется до 50 процентов металлического порошка. В голландской компании Formfutura заявляют, что им удалось добиться 85-процентного содержания металлического порошка при 15 процентах PLA. Эти филаменты называются MetalFil Ancient Bronze и Metalfil Classic Copper . Ими можно печатать даже при «умеренных» температурах от 190 до 200 градусов Цельсия.
Катушки филамента для металлической 3D-печати, в данном случае от SteelFill и CopperFill colorFabb (Сталь и бронза), Ancient Bronze (Старинная бронза) от Formfutura
Вот ключевые моменты о металлической печати в домашних условиях
- Получается уникальная металлическая поверхность и вид
- Идеальный вариант для украшений, статуэток, бытовой утвари, реплик
- Долговечность
- Объекты не гибкие (зависит от структуры)
- Объекты не растворяются
- Не считаются безопасными для продуктов питания
- Обычная температура печати: 195 — 220 °C
- Крайне малая усадка при охлаждении
- Подогрева стола не требуется
- Сложность печати высокая, требуется тонкая настройка температуры сопла, скорости подачи, постобработки
Подготовка домашнего принтера к металлической 3D-печати
Поскольку получение металлических 3D-распечаток — дело более сложное, чем обычно, вам может понадобиться сделать апгрейд сопла 3D-принтера, особенно, если речь идет о принтере начального уровня. Металлический филамент быстро его изнашивает. Существуют износостойкие хот-энды (например, E3D V6), которые сами сделаны из металла. Они могут противостоять высоким температурам и подходят к большинству принтеров. Будьте готовы к тому, что сопла придется заменять часто, потому что металлический филамент очень абразивен.
Также вам нужно будет позаботиться о конечной доводке поверхности (чистке, зачистке, смазке, покрытии воском или грунтом), чтобы напечатанный металлический объект блестел как положено.
Почём металлический филамент для 3D-печати?
И почем же металлический филамент для 3D-печати? — спросите вы. Вот несколько примеров:
- 500-граммовая катушка BFSteel и BFBronse от Bestfilament стоит 1600-1800 ₽
- 750-граммовая катушка Bronzefill от ColorFabb стоит $56,36
- 750-граммовая катушка Copperfill от ColorFabb стоит $56,36
- PLA-композит Polishable Stainless Steel от Protopasta стоит $56 за 56 граммов
- PLA-композит Rustable Magnetic Iron от Protopasta стоит $34.99 за 500 граммов
Металлическая 3D-печать в промышленности
Но что если вам требуется более качественный результат или даже полностью металлическая 3D-печать? Следует ли для бизнес-нужд приобретать реально «металлический» 3D-принтер? Мы бы не советовали — если только вы не собираетесь заниматься этим каждый день. Стоит профессиональный 3D-принтер металлом дорого: аппараты фирм EOS или Stratasys обойдутся вам в 100-500 тысяч долларов. Кроме того, расходы окажутся еще больше, поскольку вам придется нанять оператора, работника для обслуживания аппарата, а также для конечной доводки распечаток (полировки, например). Просто отметьте для себя: в 2016 году приемлемого по цене металлического 3D-принтера не существовало.
Снижаем затраты на металлическую 3D-печать
В случае если вы не собираетесь открывать дело по 3D-печати металлом, но вам всё же требуется профессионально выполненная на 3D-принтере металлическая деталь, лучше обратиться в соответствующую фирму, которая оказывает такие услуги. Сервисы 3D-печати, подобные Shapeways, Sculpteo и iMaterialise, предлагают прямую печать металлом.
В настоящее время при 3D-печати они работают со следующими металлическими материалами:
- алюминий
- сталь
- латунь
- бронза
- стерлинговое серебро
- золото
- платина
- титан
Если вы ювелир, вы можете также заказать восковые модели для отливки из благородных металлов.
Если говорить о восковых моделях, то в большинстве случаев именно они (с последующим расплавлением) используются при печати металлами (включая золото и серебро). Не все заказы выполняются непосредственно этими фирмами. Обычно, чтобы выполнить заказ, они обращаются к другим компаниям, специализирующимся на металлической 3D-печати. Впрочем, число подобно рода сервисов во всем мире быстро растет. Кроме того, техника для 3D-печати металлом получает все большее распространение в фирмах, которые предлагают такие услуги.
Причина, по которой крупные компании так полюбили 3D-печать, заключается в том, что на ее основе можно построить полностью автоматизированные линии, выпускающие «топологически оптимизированные» детали. Это означает, что появляется возможность точно выделять исходные материалы и делать компоненты толще лишь в том случае, если они должны выдерживать большие нагрузки. В целом масса деталей существенным образом уменьшается, а их структурная целостность при этом сохраняется. И это не единственное преимущество данной технологии. В некоторых случаях продукт получается существенно дешевле и доступным по цене практически всем.
Имейте, пожалуйста, в виду, что 3D-печать металлом требует для моделирования специальных CAD-программ. Стоит обратить внимание на рекомендации Shapeways — 3D printing metal guidelines . Чтобы еще больше углубиться в тему, посмотрите Statasys’ information по соответствующим 3D-принтерам и нюансам металлической 3D-печати.
Вот несколько примеров цены тестовой модели Benchy при металлической 3D-печати:
- Металлический пластик: $22,44 (бывший алюмид, PLA с алюминием)
- Нержавеющая сталь: $83,75 (плакированная, полированная)
- Бронза: $299,91 (сплошная, полированная)
- Серебро: $713,47 (сплошная, зеркальной полировки)
- Золото: $87,75 (плакированная золотом, полированная)
- Золото: $12 540 (сплошная, золото 18 карат)
- Платина: $27 314 (сплошная, полированная)
Как и следовало ожидать, что цены на сплошную металлическую 3D-печать довольно высоки.
Металлическая 3D-печать. Применения
Детали авиадвигателя GE LEAP, напечатанные на 3D-принтере на фабрике Avio Aero (Фото: GE)
Есть несколько отраслей, в которых уже применяются 3D-принтеры для изготовления объектов повседневного пользования — вы можете даже не знать, что эти объекты напечатаны.
- Наиболее распространенный случай — хирургические и зубные импланты, которые в таком исполнении сегодня считаются лучшим вариантом для пациентов. Причина: они могут быть приспособлены под индивидуальные особенности.
- Другая отрасль — ювелирное дело. Тут большинство производителей отказались от 3D-печати смолой и восковой отливки, переключившись непосредственно на металлическую 3D-печать.
- Кроме того, аэрокосмическая отрасль становится все более и более зависимой от напечатанных металлических 3D-объектов. Итальянская компания Ge-AvioAero была первой, которая занялась цельнометаллической 3D-печатью. Она производит компоненты для авиадвигателей LEAP .
- Еще одна отрасль, нацеливающаяся на металлическую 3D-печать — это автомобилестроение. BMW, Audi, FCA серьезно рассматривают эту технологию, причем не только для прототипирования (для этого 3D-печать применяется уже довольно давно), но и для изготовления реальных деталей.
Однако прежде, чем металлическая 3D-печать по-настоящему пойдет на взлет, придется преодолеть некоторые препятствия. И в первую очередь это — высокая цена, которую не получается сделать ниже, чем при формовке. Также проблемой является низкая скорость изготовления.
3D-печать металлом. Технологии
Большинство процессов 3D-печати металлом начинается с «атомизированного» порошка
Можно много говорить про «металлические» 3D-принтеры, но главными их проблемами остаются те же, что и у любых других 3D-принтеров: программные и аппаратные ограничения, оптимизация материалов и мультиматериальность. Мы не будет особо говорить о программном обеспечении, скажем только, что большинство крупных профильных софтверных компаний, таких как Autodesk, SolidWorks и solidThinking, стараются максимально упирать на то обстоятельство, что в результате процесса 3D-печати металлом можно получить какую угодно форму.
В целом, металлические напечатанные детали могут быть такими же прочными, как и детали, изготовленные по традиционным процессам. Детали, выполненные по технологии DMLS, имеют механические свойства, эквивалентные литью. Помимо этого, пористость объектов, выполненных на хорошем «металлическом» 3D-принтере, может достигать 99,5%. Вообще-то, производитель Stratasys утверждает, что 3D-напечатанные металлические детали при проверке на плотность показывают результаты выше промышленных стандартов.
3D-напечатанный металл может иметь разное разрешение. При самом высоком разрешении толщина слоя составляет 0,0008 — 0,0012", а разрешение по X/Y — 0,012 - 0,016". Минимальный диаметр отверстия — 0,035 — 0,045".
Давайте, впрочем, рассмотрим, какие бывают технологии металлической 3D-печати.
Процесс металлической 3D-печати №1:
Процесс металлической 3D-печати, который сегодня применяется большинством соответствующих крупных компаний, называется Powder Bed Fusion. Это название указывает на то, что некий источник энергии (лазер или другой энергетический пучок) расплавляет «атомизированный» порошок (т.е. такой металлический порошок, который тщательно измельчен на сферические частицы), в результате чего получаются слои печатаемого объекта.
В мире существует восемь крупных производителей металлических 3D-принтеров, в которых уже применяется данная технология; пока мы тут рассуждаем, таких компаний становится больше и больше. Большинство из них находится в Германии. Их технологии называются SLM (Selective Laser Melting — селективное лазерное сплавление) или DMLS (Direct Metal Laser Sintering — прямое лазерное спекание металлов).
Процесс металлической 3D-печати №2:
При 3DP-технологии ExOne металлические объекты печатаются за счет связывания порошка перед его обжигом в горне (фото: ExOne)
Другой профессиональный подход, при котором также применяется порошковая основа, называется Binder Jetting. В этом случае слои формируются за счет склеивания металлических частиц и дальнейшего их спекания (или сплавления) в высокотемпературном горне — точно так же, как это делается с керамикой.
Еще один вариант, который тоже похож на работу с керамикой, это замешивание металлического порошка в металлическую пасту. 3D-принтер с пневматическим экструдированием (похожий на шприцевый биопринтер или недорогой пищевой принтер) формирует 3D-объекты. Когда требуемая форма достигнута, объект отправляется в печь, т.е. в горн.
Этот подход применяется в Mini Metal Maker , видимо, единственном недорогом «металлическом» 3D-принтере.
Процесс металлической 3D-печати №3:
Может показаться, что единственный процесс 3D-печати, который остается в стороне от работы с металлами, это послойное наплавление. Это не совсем так. Разумеется, на каком-то настольном устройстве просто наплавлять металлические нити на основу не получится. Однако очень крупные металлургические компании это могут. И делают. Есть два варианта работы при «наплавлении металла».
Один называется DED (Directed Energy Deposition — осаждение материала при помощи направленного энергетического воздействия) или Laser Cladding (лазерное плакирование, наплавка). Здесь для расплавления металлического порошка, который медленно выпускается и застывает в виде слоя, применяется лазерный луч, а порошок подается при помощи роботизированной руки.
Обычно весь процесс идет в закрытой камере, но в проекте MX3D при строительстве полноразмерного моста использованы приемы привычной 3D-печати. Другой вариант наплавления металла называется EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing — аддитивная технология электронного пучка), который по сути является пайкой, при которой для расплавления 3-миллиметровой титановой проволоки применяется очень мощный электронный пучок, а расплавленный металл образует очень крупные готовые структуры. Что касается этой технологии, то ее подробности известны пока только военным.
Металлическая 3D-печать. Металлы
Чистый титан (Ti64 или TiAl4V) — один из наиболее часто применяемых для 3D-печати металлов, он определенно один из самых универсальных, он прочен и легок. Титан задействуется как при процессе расплавления в заранее сформированном слое, так и при процессе разбрызгивания связующего вещества и применяется главным образом в медицинской промышленности (для изготовления персональных протезов), а также в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении и в станкостроении (для изготовления деталей и прототипов). Но есть одна проблема. Титан очень химически активен и в порошкообразном виде легко взрывается. Поэтому необходимо, чтобы титановая 3D-печать проходила в вакууме или в аргоновой среде.
Нержавеющая сталь — один из наиболее дешевых металлов для 3D-печати. В то же время она очень прочна и может применяться в широком спектре производственных и даже художественно-дизайнерских приложений. Используемый тип стального сплава содержит также кобальт и никель, его очень трудно сломать, при этом он обладает очень высокой эластичностью. Нержавеющая сталь используется почти исключительно в промышленности.
Инконель — это суперсплав, выпускаемый компанией Special Metals Corporation, ее зарегистрированная торговая марка. Сплав состоит в основном из никеля и хрома и очень термостоек. Поэтому его применяют в нефтяной, химической и аэрокосмической (для черных ящиков) отраслях.
Из-за легкости и многофункциональности алюминий очень популярен в 3D-печати. Обычно используются сплавы на основе алюминия.
Этот сплав обладает очень высокой удельной прочностью (т.е. прочностью, деленной на плотность, что в целом показывает силу, которую требуется приложить на единицу площади для разрыва). Он чаще всего используется в производстве турбин, зубных и ортопедических имплантов, везде, где 3D-печать стала доминирующей технологией.
За некоторыми исключениями медь и бронза применяются в процессах воскового выплавления, в процессе расплавления в слое — редко. Дело заключается в том, что эти металлы не очень подходят для промышленности, они чаще применяются при изготовлении произведений искусства и поделок. На colorFabb предлагаются оба металла — в качестве основы специального металлического филамента.
Железо, в т.ч. магнитное, тоже в основном используется как добавка к филаментам на базе PLA, которые производятся, например, ProtoPasta и TreeD.
Большинство компаний, занимающихся процессом расплавления в заранее сформированном слое, могут задействовать при 3D-печати такие благородные металлы, как золото, серебро и платину. Здесь наряду с сохранением эстетических свойств материалов важно добиться оптимизации работы с дорогим исходным порошком. 3D-печать благородными металлами требуется для ювелирного дела, медицинских приложений и электроники.
Металлическая 3D-печать. Принтеры
Даже не сомневайтесь — приобретение металлического 3D-принтера не пройдет бесследно для вашего бюджета. Обойдется он как минимум в 100-250 тысяч долларов. Приводим список разнообразных «металлических» принтеров, некоторые из которых можно встретить в фирмах, предоставляющих услуги 3D-печати.
Металлический 3D-принтер №1:
Sciaky EBAM 300 — печать металлическим филаментом
Если вам требуется печатать по-настоящему крупные металлические конструкции, лучше всего остановить свой выбор на Sciaky’s EBAM technology . По заказу может быть выстроен аппарат практически любых размеров. Такая техника используется главным образом в аэрокосмической отрасли и военными.
Самый крупный из серийных принтеров Sciaky — это EBAM 300. Он печатает объекты в объеме 5791 × 1219 × 1219 мм.
В компании утверждают, что EBAM 300 является также одним из самых быстрых имеющихся в продаже промышленных 3D-принтеров. Трехметрового размера титановая деталь для самолета печатается на нем за 48 часов, при этом расход материала составляет около 7 кг в час. Вообще, кованные детали, на которые обычно уходит 6-12 месяцев, на этом 3D-принтере могут быть сделаны за 2 дня.
Применяемая в Sciaky уникальная технология использует высокоэнергетический электронный пучок, который плавит 3-миллиметровый титановый прут, стандартная скорость наплавления составляет от 3 до 9 кг в час.
Металлический 3D-принтер №2:
Fabrisonic UAM — ультразвуковая 3D-печать
Другой способ печати крупных металлических деталей — UAM (Ultrasound Additive Manufacturing Technology — ультразвуковая аддитивная технология) от Fabrisonic. Аппараты этой фирмы представляют собой трехосные фрезы с ЧПУ, к которым добавлены сварочные головки для аддитивности процесса.
Металлические слои сначала разрезаются, а потом свариваются ультразвуком. Самый большой принтер Fabrisonic 7200 работает в объеме 2 × 2 × 1,5 м.
Металлический 3D-принтер №3:
Самый крупный на рынке 3D-принтер, работающий с металлическим порошком, — это Concept Laser XLine 1000 . Он имеет объем моделирования — 630 × 400 × 500 мм, а сам размером с дом.
Выпускающая его немецкая компания, один из главных поставщиков 3D-принтеров для аэрокосмических гигантов вроде Airbus, недавно представила новый аппарат — Xline 2000.
В этом оборудовании задействовано два лазера, а рабочий объем составляет 800 × 400 × 500 мм. Используется лазерная технология LaserCUSING (вариант селективного лазерного сплавления) от Concept Laser, которая позволяет печатать сплавами стали, алюминия, никеля, титана, благородных металлов и даже некоторыми чистыми веществами (титан и высокосортная сталь).
Металлическая 3D-печать. Сервисы
В мире существует более 100 компаний, предлагающих услуги металлической 3D-печати. Перечислим наиболее популярные сервисы для потребительских нужд.
Сервис металлической 3D-печати №1: Shapeways
Самый популярный в мире сервис 3D-печати Shapeways предлагает два вида услуг. Как потребитель вы можете сделать свой выбор среди большого ассортимента профессионально спроектированных объектов, кастомизировать их, после чего заказывать их печать по вашим спецификациям. Как и другие сервисы 3D-печати, Shapeways предлагает площадку для дизайнеров, чтобы они могли продавать и печатать свои работы. Shapeways также хорошее место для быстрого прототипирования: клиенты выигрывают за счет принтеров промышленного уровня (EOS, 3D Systems) и персональной технической поддержки.
Металлы для 3D-печати: алюминий, латунь, бронза, золото, платина, плакировка благородными металлами, серебро, сталь. Предлагаются также восковые формы для ювелирных целей.
Сервис металлической 3D-печати №2: Sculpteo
Подобно Shapeways и i.materialise, Sculpteo — онлайн-сервис 3D-печати, который позволяет каждому желающему закачивать 3D-модели и направлять их на изготовление из широкого спектра материалов. Как и конкуренты, Sculpteo предоставляет свою площадку для любителей и профессионалов, которые могут демонстрировать и продавать свои дизайнерские решения. В конюшне принтеров Sculpteo — высокопрофессиональные машины от 3D Systems, EOS, Stratasys и ZCorp. Обширная техническая документация поможет выявить недочеты в дизайне и подобрать для проекта правильный материал.
Металлы для 3D-печати: алюмид (пластик с частицами алюминия), латунь, серебро.
Сервис металлической 3D-печати №3: iMaterialise
Materialise — это компания, которая работает с промышленными клиентами, занимаясь прототипированием 3D-печатной продукции. Для простых пользователей и дизайнеров Materialise предлагает онлайн-сервис 3D-печати под названием i.materialise. Как и в случае Shapeways, этот сервис позволяет всем закачивать свои 3D-проекты и распечатывать их. Как только объект загружен и успешно напечатан, дизайнер может выставить его на продажу либо в галерее онлайн-магазина i.materalise, либо встроив определенный код в свой сайт.
Металлы для 3D-печати: алюмид (пластик с алюминиевым порошком), латунь, бронза, медь, золото, серебро, сталь, титан.
Сервис металлической 3D-печати №4: 3D Hubs
Через 3D Hubs вы можете искать частных лиц и фирмы, которые в вашем регионе предлагают услуги 3D-печати, закачивать STL-файлы (которые немедленно оцениваются на предмет недочетов) и непосредственно связываться с поставщиками услуг для выполнения работы. Онлайн-услуга 3D-печати позволяет также сортировать предложения по материалам, клиентскому рейтингу, удаленности и множеству других параметров. Какой бы объект вы ни пожелали напечатать, скорее всего, найдется кто-то неподалеку, кто сможет это сделать. Значительное количество материалов может быть напечатано в промышленном качестве, у таких материалов в поле поиска имеется пометка HD.
Металлы для 3D-печати: алюминий, бронза, кобальт-хром, нержавеющая сталь, титан.
– относительно новая технология в производстве металлических изделий повышенной прочности. Используя сплавы алюминия, можно создавать практически любые изделия – от домашнего декора и сувениров до деталей производственного оборудования или даже самолетов.
Компания SPRINT3D уже сейчас применяет технологии 3D печати алюминием для своих клиентов. Мы используем новейшее оборудование – Renishaw AM400 (SLM), позволяющий выращивать изделия практически любой сложности на основе металлических порошков.
Предлагаем вам подробнее узнать о 3D печати алюминием, ее возможностях и преимуществах.
Почему трехмерная печать алюминием – это новый шаг в производстве
Первое и главное – это используемые материалы. Применяется не просто порошковый алюминий. Сам по себе материал достаточно податливый. Но при смешивании наночастиц с сырьем происходит кристаллизация, сильно повышающая прочность готовых изделий и препятствующая образованию трещин при их затвердевании.
Впервые технология была успешно применена именно в сегменте авиакосмической промышленности. Широким массам она была практически недоступна. Коммерческий/промышленный 3Д принтер для печати из алюминия – новое явление. Но уже сегодня он решает самые сложные задачи:
- Позволяет выполнять мелкосерийное производство металлических изделий. Основное преимущество – высокая геометрическая точность, которая ранее была недоступна.
- Подходит для мелкосерийного производства и печати опытных образцов. Например, для проверки эргономики изделия и проведения необходимых проверок.
- Это оптимальный вариант для изготовления оснастки. Сложность, размеры, геометрия – все индивидуально.
Мы используем наиболее подходящий производственный материал – сплав на основе алюминия AlSi10Mg-0403. В его составе алюминий, легированный кремнием (не более 10%), магний, прочие компоненты в небольшом количестве. Благодаря кремнию сплав становится гораздо прочнее, чем чистый алюминий. Кроме того, на поверхности напечатанных изделий формируется оксидный слой, обладающий повышенной коррозийной стойкостью. Ее даже можно усилить, используя технологию химического анодирования.
4 ключевых преимущества 3D печати алюминием
Достоинств гораздо больше, но мы сконцентрируемся на главных:
- Увеличенная гибкость в проектировании и производстве. Например, технология позволяет создавать сложные внутренние каналы, сетчатые структуры и бионические элементы. Ранее подобное требовало серьезной работы специалистов и внедрения дорогостоящих технологий в производство.
- Короткие сроки проектирования и производства. гораздо проще и быстрее, чем создание аналогичных изделий другими методами. В первую очередь благодаря максимальной автоматизации процесса.
- Уменьшенная масса готовых изделий. Аналогичные заготовки, выполненные по другим технологиям, весят больше. Это ставит некоторые ограничения в плане эксплуатации и внедрения их в различные агрегаты, инструменты и механизмы.
- Сниженные финансовые издержки на производстве. При том же бюджете и объеме материала есть возможность изготовить численно большую партию изделий и в целом сократить расходы минимум на несколько процентов.
Существующие математические модели, которые использовались для трехмерной печати на другом оборудовании, можно быстро и недорого оптимизировать для 3D печати алюминием на новом оборудовании. На всех этапах производства обеспечивается контроль изделий. Для этого мы используем компьютерную томографию. Это позволяет исключить даже малейшие дефекты.
Наш 3Д принтер для печати из алюминия AM400
AM400 – это универсальный принтер, позволяющий работать не только с упомянутым AlSi10Mg-0403, но и другими металлическими порошками. Но мы используем его преимущественно именно в связке с алюминиевыми порошковыми материалами. Одно из ключевых достоинств данного принтера – возможность быстрой перестройки системы печати между разными типами металла. Это сокращает время на производство и позволяет на одной машине работать с отличающимися материалами.
Основные параметры модели:
- Рабочая площадь: 25 см × 25 см x 30 см.
- Процесс сплавления и получения 3D-объекта проходит в аргоновой среде.
- Уровень использования аргона – минимум на 60% ниже, нежели в аналогах.
Принтер уже нашел широкое применение в аэрокосмическом производстве. Причина – возможность снизить массу изделия, сохранив все его параметры и показатели прочности. AM400 позволяет создавать особенно сложные детали. К примеру, со сложными внутренними контурами охлаждения. Ранее подобное было невозможно в силу использования устаревших методов литья металлами. Они не позволяли создавать модели высокой сложности.
3Д принтер для печати из алюминия AM400 оптимально подходит для производства небольших партий изделий. Но при необходимости может быть использован и для серийного производства.
Технология Selective Laser Melting и ее возможности
Пару лет назад появилось желание приобрести 3D-принтер. Перечитывая различные форумы (roboforum..ru и другие) постепенно пришёл к мысли, что хочу сделать свой принтер. Существующие принтеры не нравились по различным причинам, да и хотелось самому пройти по пути («граблям») принтеростроения. Учитывая, что основную информацию об этом пути почерпнул на выше упомянутых сайтах, считаю необходимым поделится здесь результатом полученных знаний и их воплощением. Может кто посмотрев на конструкцию моего принтера подкинет интересные идеи, заметит «косяки» (которые желательно мне устранить) или использует что-то для себя.
Исходно, что я хотел:
- FDM-технология,
- закрытый корпус,
- наличие вытяжной вентиляции,
- размер области печати 250-300 мм по всем осям,
- подогреваемый стол на 220В,
- ШВП и рельсовые направляющие,
- декартовая кинематика,
- один, два экструдера,
- боуден, директ подача 1,75 мм филамента,
- простота смены экструдера,
- автоуровень стола,
- возможность использования для мелкого сверления,
- катушки с пластиком - внутри корпуса,
- подсветка рабочей области печати,
- простота обслуживания и модернизации,
- максимальная электро и пажаробезопасность.
Проектирование конструкции выполнялось в приложении FreeCAD (а заодно и учился им пользоваться).
При разработке конструкции мне приходилось учитывать то, что изготовить 3D-принтер я могу только используя - дрель, болгарку, заклёпочник, напильники, отвёртки и паяльник. Место сборки - комната в жилой квартире. Радовало то, что не требовалось максимально удешевить конструкцию.
Следовательно, надо было использовать по максимуму готовые элементы или их изготавливать на заказ (желательно по минимуму).
Заказные элементы (которые продавец заранее нарезал мне на нужные размеры):
- конструкционный алюминиевый профиль,
- листы монолитного прозрачного 4мм поликарбоната,
- ремни (ширина – 15 mm), шкивы и ролики для профиля GT2.
Остальные нестандартные элементы конструкции изготавливались мной из готовых изделий при помощи дрели, болгарки и напильника (а как же без него).
В настоящее время принтер ещё полностью не закончен. Осталось (из крупного) сделать: крепления катушек внутри корпуса, кабель-органайзеры.
Кому интересно, приведу некоторые характеристики и функционал получившегося 3D-принтера:
1. Габаритные размеры (X x Y x Z) мм: 800 х 565 х 1040;
2. Кинематическая схема принтера следующая:
- экструдеры перемещаются по осям X и Y (по три рельсовые направляющие и один двигатель на ось, на средней рельсе две каретки),
- платформа стола перемещается по оси Z (четыре ШВП винта, один двигатель, четыре рельсовых направляющих (две надо открутить, но лень да и не мешают работе они)).
3. Рабочий объем принтера (X x Y x Z) для:
- 1-го экструдера – 300 x 290 х 250 мм;
- 2-х экструдеров – 200 x 290 х 250 мм;
- 1-го экструдера и привода установленного на печатающей платформе (планируется) – 250 x 250 х 200 мм (для FLEX-подобных пластиков).
4. Точность принтера (без учёта: тепловых расширений):
- практическая, механическая точность позиционирования (измеренная по рисунку авторучки на листе бумаги) перемещения по осям X и Y – не хуже 0,2 мм,
- практическая, механическая точность (с программной корректировкой) угла между осями X и Y – не хуже 90±0,1,
- практическая, механическая точность позиционирования (измеренная по часовому индикатору) перемещения по оси Z – не хуже 0,02 мм,
- планируемая повторяемость геометрических параметров идентичных изделий – не хуже 0,3 мм.
5. Тест скоростных пределов перемещения для оси Х(Y) составил не более 350 мм/сек. При исходных параметрах a = 3000 мм/с2, Jerk = 20.0 мм/с, перемещение - 300(250) мм, ток 1.8 А, микрошаг 1/32).
6. Тест скоростных пределов перемещения стола, ось Z (a = 20 мм/с2, Jerk = 0.4 мм/с, перемещение - 150 мм, ток 1.4 А, микрошаг 1/16, погрешность возврата 0,02 мм). На пустом столе и с грузом 5 кг, пройдены значения скорости 1 - 6 мм/с, на 7 мм/с - начался пропуск шагов и резонанс на подъёме стола.
7. Подогреваемый стол:
- максимальная рабочая температура стола – 110-130 С (макс температура нагревательного коврика 260 С);
- номинальная тепловая мощность – 800 Вт;
- напряжение – 220 В;
- подключение – через твердотельное реле;
- размер нагревателя: 350 х 350 мм.
8. Слои стола сверху в низ:
8.1. Поверхность для печати (толщина 4 мм): зеркало - 350 х 358 мм.
8.2. Распределитель тепла и каркас для регулировки стола: алюминиевый лист толщиной 5 мм.
8.3. Нагреватель (толщина 3-5 мм) на силиконовой основе.
8.4. Теплоизолятор (общая толщина 40 мм):
- листовой базальтовый картон (используется для каминов и печей, толщина 10 мм, 2 шт.),
- силиконовый коврик для выпечки (толщина 2 мм),
- стекломагнезитовая плита (толщина 10 мм),
8.5. Пункты 2-4 собраны в сборную конструкцию на основе алюминиевого уголка 40х40х1.8мм.
9. Результаты температурных испытаний:
9.1. Установленный на рабочий стол термопредохранитель имеет параметры 160/125 С(разм/зам) (исходя из тестов) самого термопредохранителя.
9.2. При тестировании собранного стола в собранном принтере и лежащем на нём зеркале при непрерывном нагреве от 100С сработка (разрыв цеми) термопредохранителя произошла только при 180С.
9.3. Восстановился термопредохранитель при 125С.
9.4. Температура измерялась по датчику установленному в нагревательном коврике стола.
9.5. По умолчанию в прошивке Marlin устанавливается максимальная температура стола в 150С.
9.6. Нагрев верхней поверхности зеркала по термопаре:
- от 21С до 65С по датчику в силиконовой грелке за 2 мин,
- от 65С до 125С по датчику в силиконовой грелке за 3,5 мин,
10. Длительный нагрев нагревательным столом с температурой 75 С не утеплённой камеры принтера внутри принтера поддерживает температуру - 30-35С.
11. Длительный нагрев нагревательным столом с температурой 135С не утеплённой камеры принтера внутри принтера поддерживает температуру - 50-55С.
12. Плата RUMBA, драйвера двигателей DRV8825, двигатели 17HS24-2104S.
В итоге в результате получилось почти всё, но есть недостатки:
1. Тяжеловат корпус получился - около 60-70 кг.
2. При печати достаточно сильно чувствуется запах разогретого пластика (использовал ABS и PLA натуральный от разных производителей), что доставляет заметный физический дискомфорт. Возможно: недостаточная вытяжка или особенности моего организма (хотя у членов семьи та же реакция).
3. Не ожидал, что при печати на 50 мм/с будет виден резонанс (это видно на фотографии 10), так как использовал 15 мм полиуретановый ремень со стальным кордом.
4. Так как в электропроводке квартиры нет заземления, то и корпус 3D-принтера заземлить не получилось. Ранее рассматривался вариант зануления вместо заземления, но от него отказался.
Ну вот как-то так.
Для наглядности прилагаю фотографии. Внешний вид принтера на фотографиях 1-7, а пример распечатанной детали на фотографиях 8-11.
Era-3D предлагает комплексные решения в области аддитивного производства. Мы поставляем и обслуживаем 3Д-оборудование, а также самостоятельно моделируем проекты и выполняем 3D-печать металлом под заказ.
Большой выбор материалов, высокое качество готовых металлических изделий и оптимальные цены услуг – наши главные преимущества. Прямое сотрудничество с ведущими производителями отрасли позволяет делать 3Д-технологии более доступными. Подробнее ознакомиться с материалами и оборудованием для 3D-печати металлом можно в соответствующих разделах на сайте или в нашем демо-зале в Москве.
3D-печать: область применения металлических изделий
Технологии послойного синтеза активно применяются в современной промышленности:
- .в аэрокосмической и авиационной отрасли;
- .в автопроме;
- .на предприятиях ОПК.
3D-печать способствует повышению энергоэффективности производства, сокращению отходов и оптимизации веса готового металлического изделия.
В медицине особо востребованы импланты, стоматологические съемные и несъемные протезы, которые выполняются по аддитивной технологии. С применением 3Д-печати металлом, цены изделий становятся ниже, степень детализации значительно выше, а сам процесс производства значительно ускоряется.
Технологические особенности и материалы
Основные технологии, применяемые для построения 3D-моделей и готовой продукции из металла:
- .выборочная лазерная плавка SLM (Selective Laser Melting);
- .выборочное лазерное спекание SLS (Selective Laser Sintering);
- .прямое лазерное спекание DLMS (Direct Laser Metal Sintering);
- .прямая печать металлом DMP (Direct Metal Printing);
- .лазерное сплавление LC;
- .наплавление: Directed Energy Deposition (при помощи лазера) и Electron Beam Manufacturing (посредством электронного луча).
При необходимости опытные консультанты помогут подобрать подходящий порошковый металл, исходя из выбранной технологии и актуальных производственных задач. Это может быть:
- .кобальт-хром;
- .титан;
- .алюминий;
- .нержавеющая сталь и так далее.
Заказы на 3D-принтеры по металлу и расходные материалы принимаются онлайн, в телефонном режиме, а также непосредственно в демонстрационном зале в Москве.