3D-принтер и металл - настоящее и будущее трехмерной печати металлом. 3D печать металлом
3D печать металлом в промышленности и дома
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.
make-3d.ru
Технология и принтеры компании Desktop Metal
Компания Desktop Metal создала новую технологию и первый компактный принтер для 3D-печати металлом. Первые поставки систем начнутся уже осенью этого года. Один принтер будет компактным, благодаря чему его можно будет разместить даже на столе.
В 2015 году четыре профессора из MIT основали компанию Desktop Metal. Среди них был и знаменитый Эмануил Сакс – тот самый изобретатель, который и придумал в 1989 году первый 3D-принтер. В прошлом году они в первые представили устройства для печати металлом. Всего их на данный момент будет два. Компактный комплект DM Studio по цене 120 000$ и DM Production (420 000$), предназначенный для использования промышленными компаниями. Production способна печатать 8200 кубических сантиметров изделия за час, что в 100 раз быстрее нынешних способов изготовления.
Технология 3D-печати металлом
Суть заключается в использовании аддитивной технологии 3D-печати, позволяющей выращивать заготовку из металлического порошка с использованием связующего вещества. Один слой печати по толщине равен человеческому волосу. После нанесения слоя принтер его подсушивает и наносит следующий слой за слоем.
После того, как заготовка готова, она для спекания помещается в миниатюрную плавильную печь, использующую дополнительно микроволны, благодаря которым ускоряется процесс и сама деталь существенно усиливается. Сама заготовка не плавится, так как нагрев происходит при температуре ниже точки плавления металла, во время которой из детали удаляется связующее вещество.
Видео как работает такой принтер:
Оба устройства способны использовать на данный момент чуть более 200 сплавов.
Почему технология 3D-печати от DM является подрывной? Минусом всех подобных других устройств является то, что скорость печати металлом очень низкая и сам процесс настолько неудобный, что их использование в промышленных целях было нецелесообразным. Причем детали, получаемые из них, чаще всего, либо просто не подходят для использования в каких-то серьезных целях, либо еще и требуют существенной дополнительной обработки.
Пример работы 3D-принтера ExOne:
ExOne до появления принтеров от DM считался одним из самых передовых и инновационных.
Также существуют и другие технологии печати, путем выращивания детали из расплава, а также наплавки, но точность их очень низкая и, как говорилось выше, требует последующей обработки.
Благодаря своим инновациям, подтвержденным 138 патентами, компании Desktop Metal удалось в октябре 2015 года привлечь инвестиций размером в 97 000 000$ от Google, BMW Group, GE, Lowe’s, NEA, Kleiner Perkins Caufield & Byers, Lux Capital, Saudi Aramco и лидера в сфере 3D-печати Stratasys.
Читайте также
moybiznes.org
3D–печать металлом — основополагающее руководство
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
- медь
- 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:
Powder Bed Fusion (расплавление в заранее сформированном слое)
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:
Binder Jetting (разбрызгивание связующего вещества)
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:
Metal Deposition (нанесение слоя металла)
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.
Металл для 3D–печати №1: Титан
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.
Металл для 3D–печати №2: Нержавеющая сталь
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.
Металл для 3D–печати №3: Инконель
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.
Металл для 3D–печати №4: Алюминий
Из-за легкости и многофункциональности алюминий очень популярен в 3D–печати. Обычно используются сплавы на основе алюминия.
Металл для 3D–печати №5: Кобальт-хром
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.
Металл для 3D–печати №5. Медь и бронза
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.
Металл для 3D–печати №6. Железо
Железо, в т.ч. магнитное, тоже в основном используется как добавка к филаментам на базе PLA, которые производятся, например, ProtoPasta и TreeD.
Металл для 3D–печати №7. Золото, серебро и другие благородные металлы
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:
Concept Laser XLine 1000 — 3D–печать металлическим порошком
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.
3dpt.ru
3D-печать маталлами на домашнем 3D-принтере. Технологии сегодня и ближайшие перспективы
Друзья, небольшое вступление!Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта! Подробнее >>>
В то время как бытовая трехмерная печать стала достаточно простой и недорогой для домашнего применения, а ассортимент расходных материалов увеличивается не по дням, а по часам, остается одно направление, так и не достигнувшее своего полного потенциала. Речь пойдет о 3D-печати металлом.
Собственно, металлическими печатными изделиями уже никого не удивить. Энтузиасты и профессионалы осведомлены о возможностях таких технологий, как выборочное лазерное спекание или электронно-лучевая плавка. Эти методы позволяют создавать трехмерные металлические модели, практически неотличимые от литых или штампованных деталей, но зачастую превосходящие свои традиционные аналоги по легкости и ценовой доступности, хотя несколько уступающие по прочности.
К сожалению, вышеназванные технологии требуют создания сложных, дорогостоящих устройств с немалыми габаритами. Хуже того, расходные материалы дефицитны и зачастую весьма дороги, ведь методы спекания и плавки требуют использования порошкообразных материалов, производимых в достаточно небольших объемах.
Каковы же перспективы 3D-печати металлом с помощью ставших привычными экструзионных принтеров?
Начнем с того, что именно экструзионные принтеры, то есть устройства печатающие методом послойного наплавления (FDM), и стали первыми 3D-принтерами по металлу. Существующая технология позволяет использовать смешанный материал из металлических частиц и связующего вещества. Готовая модель может иметь вид металлического изделия, но не будет обладать соответствующими механическими характеристиками. Как вариант, возможен обжиг готовой модели для спекания металлических частиц или, что более характерно, для выплавки связующего материала с одновременной пропиткой относительно легкоплавким металлом или сплавом – например, бронзой. Естественно, готовое изделие не будет отличаться прочностью литых аналогов, да и сам процесс требует использования специальных гончарных печей, что ведет к удорожанию технологии.
Пример металлической модели, созданной методом экструзионной печати с последующим обжигом
В целом, данный метод хорошо подходит для создания моделей, не предназначенных для высоких механических нагрузок и не требующих высокой износоустойчивости – например, ювелирных изделий. Спрос на подобные 3D-принтеры для печати металлом достаточно велик: в настоящее время разрабатываются несколько перспективных устройств для печати металлической глиной, включая Mini Metal и Newton 3D. Настоящим прорывом стала бы возможность 3D-печати готовых металлических изделий с использованием исключительно технологии FDM. Однако возможности существующих экструзионных устройств достаточно ограничены.
Проблемы носят конструктивный характер. Начнем с того, что температура экструдера редко превышает 300°С, а сами экструдеры зачастую изготовляются из алюминия с температурой плавления около 650°С. Само собой, это исключает возможность печати сталью, титаном или любыми другими тугоплавкими металлами и сплавами. С другой стороны, экструдеры в свою очередь могут быть выполнены из тугоплавких материалов с целью повышения рабочего температурного диапазона. Среди энтузиастов рассматривается даже возможность керамических печатных головок.
Второй проблемой является фоновая температура. Хотя, в целом, повышенная температура в рабочей камере приветствуется, тепловое излучение вблизи экструдера при попытке печати тугоплавкими металлами может быть достаточно высоким для повреждения пластиковых деталей и проводки в конструкции самого принтера.
Третьей проблемой является обеспечение достаточно быстрого нагревания расходного материала для своевременной экструзии.
И наконец, использование металла в качестве расходного материала может привести к плотному засорению экструдера. Если очистка печатающей головки от застывшего пластика является головной болью, то очистка от застывшего алюминия или стали может стать делом неподъемным.
До сих пор попытки печати однородным металлом или сплавами ограничивались легкоплавкими материалами, такими как припой или чистое олово. Результаты сложно назвать удачными. Даже такие легкоплавкие материалы быстро засоряли сопло, а также вызывали повышенный износ: по словам испытателей, диаметр алюминиевого сопла увеличивался с 1мм до 2мм после прохождения 500 грамм припоя, использовавшегося в ходе эксперимента. Тем не менее, определенный прогресс при минимальных затратах налицо.
Иллюстрация любительского эксперимента по экструзионной печати оловом
Не так давно на выставке Maker Faire в Нью-Йорке была представлена разработка под названием Vader. Как уверяют разработчики, Скотт и Зак Вэйдеры, их устройство способно осуществлять экструзивную печать алюминием. Настораживает лишь один простой факт – разработчики не предоставили ни единого образца напечатанных моделей, а впоследствии признали, что устройство еще не имеет подходящего экструдера. При этом конструкторы делают смелые заявления: максимальное разрешение будет составлять 50 микрон, а купить 3D-принтер по металлу можно будет «всего лишь» за $10000. Что же, поживем-увидим.
Принтер «для печати металлом» есть. Экструдера нет. Как оказывается, все не так просто
Тем не менее, разработка методов печати металлами продолжается в промышленных масштабах. Разработчики из Университета Техаса в Эль-Пасо получили необходимое финансирование, более $2млн, для постройки первой в мире производственной 3D-печатной линии замкнутого цикла. Целью проекта является создание устройства, способного создавать высокотехнологичные устройства, включая беспилотные летательные аппараты. Одной из особенностей системы будет возможность автоматической механизированной установки готовых электронных компонентов и изготовления электрической проводки.
Hybrid Fab – прототип 3D-печатной производственной линии
Само собой, печать проводки подразумевает 3D-печать металлом, да еще и в комбинации с пластиком и керамикой. Даже самые совершенные промышленные системы лазерного спекания не способны к производству разнородных объектов ввиду особенностей технологии. Можно печатать металлом, можно печатать пластиком, но не одновременно. В настоящее время НАСА ведет работу над технологией EBFȝ, сочетающей элементы электронно-лучевой плавки и экструзионной печати, что может позволить практичную печать композитных конструкций, но эта технология обещает остаться недоступной для обывателя за счет высокой сложности и стоимости. С другой стороны, если разработчики из Университета Техаса в Эль-Пасо добьются положительных результатов, то в мире трехмерной печати может произойти настоящая революция: комбинированная печать пластиком и металлом может привести к появлению доступных принтеров, способных печатать электронные компоненты.
В основе разрабатываемой технологии лежит новая система подачи расходного материала, оптимизированная для использования металлов. Экструдер оснащен специальным нагревающим элементом большой длины, позволяющим расплавлять металл до подачи на сопло, а термоизоляция позволяет избежать урона конструкции устройства. И хотя печать сталью или титаном, скорее всего, останется вне возможностей данной технологии, стабильная печать медью или алюминием уже можно будет считать прорывом. В принципе, даже если новая методика печати металлом не оправдает себя, то проект все равно имеет шансы на успех, ведь основной целью является создание производственного комплекса, заведомо использующего некоторые готовые компоненты. Тем не менее, хотелось бы надеяться на полный успех разработки, включая печать по металлу.
Надежды высоки, так как разработчики уже предоставили конкретные образцы своих трудов. Продемонстрированные результаты еще очень далеки от разрешения, необходимого для печати микросхем, но начало положено. В случае успеха технологии будет, по крайней мере, возможно производство электромеханических компонентов – таких, как пошаговые электромоторы, используемые для привода экструдеров, рабочих платформ и вентиляторов. В этом случае станет возможным создание полноценных RepRap устройств – самовоспроизводящихся 3D-принтеров. Что примечательно, основным партнером ученых в разработке экспериментальной производственной линии является компания Stratasys – один из пионеров и текущих лидеров рынка трехмерной печати. Интересным моментом стал тот факт, что Stratasys не стала вкладываться в развитие или приобретение технологий лазерного или электронно-лучевого спекания. Вполне возможно, что Stratasys считает разработку 3D-принтеров для печати металлом на основе FDM более перспективными.
Параллельно разработкам по 3D-печати методом FDM развивается открытый проект по адаптированию технологии электронно-лучевой плавки для бытового использования, получивший название MetalicaRap. Пока же, бытовая и полупрофессиональная 3D-печать металлом останется ограниченной созданием композитных материалов на основе металлической крошки с возможностью дополнительной термической обработки для создания цельнометаллических моделей. И хотя по своей прочности такие изделия уступают литым, в арсенале энтузиастов остается приятная возможность, недоступная для дорогостоящих промышленных устройств – возможность печати разноцветных моделей на основе металлов, ведь цвет полимерных наполнителей легко изменить.
3dtoday.ru
3D-принтер и металл - настоящее и будущее трехмерной печати металлом. 3D-принтеры сегодня!
Друзья, небольшое вступление!Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта! Подробнее >>>
Несмотря на то, что первой технологией аддитивного производства, примененной для создания металлических трехмерных прототипов, стал метод экструзионного послойного наплавления (FDM), наибольшую популярность при производстве металлических деталей завоевали технологии лазерного и электронно-лучевого спекания и плавки. Данные методы весьма схожи – настолько, что даже в профессиональных кругах иногда возникает определенная путаница. И все же, попробуем разобраться в терминах, а также рассмотрим возможности данных технологий – существующие и потенциальные.
Технологии лазерного спекания и лазерной плавки (SLS, DMLS и SLM)
В основе метода «выборочного лазерного спекания» (SLS или Selective Laser Sintering) лежит использование лазерных излучателей высокой мощности (как правило, углекислотных) для частичного сплавления, или «спекания», расходного материала в единое целое. Перед использованием расходный материал измельчается до консистенции пудры с помощью шаровых мельниц. Минимальный размер частиц может достигать двух микрон.
Схема устройства для селективного лазерного спекания
В качестве материала могут использоваться различные полимеры и, что особенно интересно, металлы и металлические сплавы с высокой температурой плавления. В отличие от стандартной экструзионной печати (FDM), технология позволяет спекать однородный материал без связующих добавок. Таким образом, нет необходимости в термической обработке, фактически спеканию, готовых моделей после печати, а сами модели обладают высокой прочностью, приближающейся к показателям литых образцов. Данный метод постройки металлических моделей без применения связующих материалов получил название «прямого лазерного спекания металлов» (DMLS или Direct Metal Laser Sintering).
Образец металлической детали турбины, созданной с помощью устройства 3D System ProX 200 методом прямого лазерного спекания
Как и другие технологии 3D-печати, лазерное спекание создает модели послойно. Процесс в чем-то схож с лазерной стереолитографией: в случае со стереолитографическими принтерами модели погружаются в жидкую фотополимерную смолу на глубину, соответствующую толщине одного слоя, с последующим «вычерчиванием» нового слоя лазерным лучом. При лазерном спекании на модель наносится слой порошка толщиной в один слой (толщина слоя может регулироваться), в котором вычерчивается новый контур, а высокая температура позволяет частично расплавлять порошок в местах касания луча, спекая частицы между собой и с предыдущим слоем. И в том и в другом случае модель окружена неизрасходованным материалом до окончания печати. Этот момент немаловажен для «порошковой» печати: при спекании неизрасходованный материал служит в качестве поддерживающей поверхности для последующих слоев моделей сложной формы. Отсутствие необходимости печатать «опоры» облегчает обработку готовых моделей и способствует экономии материала, который в случае с титаном или специальными сплавами может быть весьма дорог. Весь неиспользованный материал может быть собран и использован для печати последующих моделей.
Единственным существенным недостатком лазерного спекания металлических материалов считается пористость готовых моделей. Однако плотность можно повысить за счет повышения энергии лазера и замедления скорости печати. В результате, рабочий материал можно не просто «спекать» в местах касания гранул, а фактически расплавлять, создавая однородное вещество. Именно этот подход и получил название «выборочной лазерной плавки» (SLM – Selective Laser Melting).
Ведущей компанией в сфере печати лазерным спеканием и плавкой можно считать 3D Systems – промышленного гиганта, в 2013 году прибравшего к рукам компанию-разработчика SLS-технологий Phenix Systems.
Технология электронно-лучевой плавки (EBM)
Первопроходцем и лидером по производству аппаратов для аддитивного производства методом «электронно-лучевой плавки» (EBM – Electron Beam Melting) стала шведская компания Arcam. Компания была официально основана в 1997 году, но рождению коммерческого проекта предшествовали четыре года исследований, проведенных совместно с учеными из Технического университета Чалмерса в Гетеборге.
Фактически, EBM основана на том же принципе, что и технология лазерной плавки, за исключением использования электронных пучков высокой мощности вместо лазерных лучей.
Стоит выделить преимущества данной технологии над лазерной плавкой:
Более высокое возможное разрешение в горизонтальной плоскости. Корректировка траектории электронного луча происходит за счет манипуляции магнитными полями, создающими так называемые «магнитные зеркала». Этот метод позволяет добиться более высокой точности, чем манипулирование оптическими зеркалами, используемыми для управления лазерными лучами.
Конструкция оптических зеркал и лазерных линз требует использования дорогих материалов: в зависимости от мощности лазера, поверхность зеркал покрывается серебром или золотом, а линзы могут быть германиевыми или даже алмазными. В случае же с EBM используются относительно недорогие материалы для производства электромагнитных компонентов.
Кроме того, отсутствие необходимости манипулировать физическими объектами позволяет добиться более высокой скорости отклонения пучка, что вкупе с повышением энергии позволяет добиться более высокой производительности.
Наконец, электронный пучок подлежит рассеиванию при необходимости, что позволяет подогревать расходный материал без использования дополнительных нагревательных элементов, характерных для лазерных систем. Подогрев материала необходим для достижения более высокой плотности моделей и облегчения спекания или плавки.
Минусом же применения электронных лучей можно считать наличие рентгеновского излучения, возникающего при бомбардировке металлов высокоэнергичными электронами (т.н. «тормозное излучение»), что требует установки поглощающего покрытия вокруг рабочей камеры.
В целом, электронно-лучевая плавка несколько более сложна, чем лазерная, но обладает более высоким производственным потенциалом. Компания Arcam добилась широкого успеха среди производителей ортопедических имплантатов и авиационных деталей. Ортопедические имплантаты, изготовленные методом EBM, привлекательны не только прочностью, легкостью и износоустойчивостью используемых титановых сплавов, но и возможностью создания полых или пористых металлических структур. Подобная архитектура напоминает строение костной ткани и способствует остеоинтеграции, то есть сращиванию костных тканей с имплантатом аналогично натуральному физиологическому процессу. Что же касается авиационной и нефтегазовой промышленности, электронно-лучевая плавка позволяет создавать жаростойкие форсунки и лопатки газовых турбин, включая реактивные двигатели. Кроме того, метод успешно используется для создания несущих титановых элементов крыла.
Arcam A2X – новейший промышленный принтер для печати по металлу, созданный для нужд аэрокосмической отрасли
Аддитивное производство привлекло внимание и космической отрасли, включая НАСА. В первую очередь это касается разработки систем космических аппаратов и ракет-носителей. Ярким примером можно считать использование технологий лазерной и электронно-лучевой плавки для создания элементов ракетных двигателей: камер сгорания и форсунок со стойкостью к температурам свыше 3000°С. Высокое давление и температура требуют использования тугоплавких и прочных материалов – таких, как титан. Проблема заключается в том, что детали могут иметь весьма сложную геометрическую форму, делающую изготовление цельных образцов методом литья или механической обработки невозможным или исключительно дорогостоящим. Как следствие, детали приходится изготовлять из нескольких составных частей, подлежащих сварке в единое целое. Именно сварочные швы, как правило, оказываются слабым звеном за счет нарушения однородности структуры материала или оксидации при сварке.
Топливная форсунка реактивного двигателя производства компании General Electric Aviation, выполненная методом аддитивного производства
Аддитивное производство же не ограничено геометрической сложностью изготовляемых деталей – практически любая форма может быть выполнена без необходимости последующей сборки или сварки. Единственным реальным ограничением является размер рабочей камеры печатающего устройства. В то же время, конструктивных ограничений по размеру рабочей камеры не существует. Вопрос лишь в спросе на технологию, ведь такого рода устройства весьма дороги, а чем больше, тем дороже. Тем не менее, китайская компания Nanfang Ventilator Co., Ltd уже берется за создание промышленных печатных устройств аддитивного производства крупногабаритных металлических деталей – вплоть до шести метров в длину и весом до 300 тонн!
Производство произвольных форм электронно-лучевой плавкой (EBFȝ)
Но при всех достоинствах традиционной лазерной и электронно-лучевой плавки, амбиции НАСА привели к тому, что даже эти новаторские технологии оказалась недостаточны. Дело в том, что инженеры НАСА предложили рассмотреть возможность применения аддитивного производства на орбите. С точки зрения снабжения, идея абсолютна логична. Зачем везти с собой набор запасных деталей или ждать доставки с Земли при экстренной ситуации, когда те же детали можно произвести на орбите?
И здесь НАСА столкнулась с серьезной проблемой: как мы уже выяснили, традиционный метод электронно-лучевой плавки подразумевает использование порошкообразного расходного материала, и не только для создания самой детали, но и использования в качестве поддерживающих слоев при печати деталей сложной формы. Но как удержать порошок на месте в условиях невесомости? Слои наносимого материала должны плотно прилегать к уже изготовленной части детали, что невозможно гарантировать механическим воздействием. Использование магнитных полей теоретически возможно, но технологически сложно, неприменимо в случае с электронно-лучевой плавкой ввиду воздействия на сами электронные пучки, да и не все материалы обладают необходимыми магнитными свойствами.
В итоге, инженеры НАСА решили позаимствовать конструктивный элемент привычных экструзионных 3D-принтеров – подачу расходного материала в виде нити или проволоки. И если использование экструдера для подачи расплавленного тугоплавкого металла непрактично ввиду сложностей с нагревом головки до необходимой температуры и бесперебойной экструзией, то бомбардировка расходного материала электронным пучком вполне подходит для плавки материала в точке соприкосновения с моделью. Кроме того, устраняется и необходимость очищать готовые модели от остаточного материала, что в условиях невесомости опять-таки было бы проблематично. Новая разновидность электронно-лучевой плавки получила название «производства произвольных форм электронно-лучевой плавкой» (EBFȝ - Electron Beam Freeform Fabrication).
Специалисты НАСА проводят испытания прототипа EBFȝ в условиях искусственной невесомости
Кроме возможности функционирования в условиях невесомости, технология EBFȝ обладает еще одним важным преимуществом над своими предшественниками – возможность одновременной печати разными материалами. Использование нескольких экструдеров может даже позволить создавать электронные и электромеханические компоненты благодаря попеременной печати керамических/пластиковых и металлических слоев. В случае успеха, разработчики невольно приведут к логическому завершению программу RepRap – проект создания устройств, способных воспроизводить самих себя. Практической же целью проекта является возможность производства всех необходимых устройств в открытом космосе или даже на поверхности других планет, используя только местные материалы. В частности, аддитивное производство может стать ключевым фактором в создании постоянных колоний на Луне и Марсе.
Будущее аддитивного производства с использованием металлов
А каковы перспективы аддитивного производства с использованием металла на Земле? Несомненно, отрасль будет развиваться. В последнее время данные технологии привлекают внимание промышленных гигантов – таких, как Boeing, General Electric, Lockheed Martin, Mitsubishi, General Motors. Экономичность и практичность – два качества, которые не могут быть не оценены по достоинству. В некоторых случаях использование технологий спекания и плавки уже достигает больших масштабов: по словам представителей компании Arcam, произведенные ими устройства были использованы для создания более 30000 титановых имплантатов для реконструкции тазобедренных суставов. И это всего лишь начало.
Единственным сдерживающим фактором является себестоимость. Стоимость устройств, несомненно, снизится в соответствии с повышением спроса. Однако сам спрос регулируется достаточно высокой ценой некоторых расходных материалов. Но есть хорошие новости: компания Metalysis недавно обнародовала планы по постройке фабрики для производства титанового порошка, применяемого в аддитивном производстве. Стоимость проекта оценивается в $500млн, что говорит об огромном интересе со стороны промышленности и инвесторов. На данный момент титановый порошок продается по цене от $200 до $400 за килограмм, что не идет ни в какое сравнение с алюминием по цене $30-$40 за 1кг. Соответственно, объем производства титана в 2012 году составил всего 140000 тонн, в то время как алюминия – 48млн тонн. Metalysis прогнозирует возможное снижение стоимости титанового порошка на 75% благодаря применению новаторской электролитической технологии производства. Нетрудно догадаться, что существенное снижение стоимости высоко востребованного титана приведет к значительному росту спроса на 3D-печатные устройства, способные воспроизводить металлические модели. Двумя компаниями, которые выиграют от такого развития событий больше всех, станут 3D Systems и Arcam – лидеры по производству лазерных и электронно-лучевых устройств, соответственно.
Вполне возможно, что повышенный промышленный спрос на устройства для лазерной и электронно-лучевой плавки сделает данные технологии доступными и для бытового использования. Технология EBFȝ даже обладает необходимым потенциалом для создания полноценных «домашних фабрик». Если сделать настенный крючок для половника уже не представляет никаких трудностей для обладателя бытового 3D-принтера, то EBFȝ сможет создавать не только пластиковые крючки, но и сами стальные половники, причем с пластиковой ручкой.
Более того, печать электронных и электромеханических компонентов фактически ограничит возможности пользователей их собственной фантазией, а заодно создаст сущий кошмар для производителей по всему миру. Если соблюдение авторских прав уже становится проблемой, то полноценная печать с комбинированным использованием пластиков и металлов может теоретически позволить создание почти любого устройства. Конечно же, такой уровень останется недостижимым еще долгое время, и не только потому, что сама технология 3D-принтеров, печатающих металлом, достаточно малоразвита, но и ввиду недоступности определенных материалов: мало кто сможет достать порошкообразный германий для производства трансивера сотового телефона.
Цельнометаллическая реплика пистолета Colt M1911, изготовленная методом аддитивного производства
С другой стороны, пластика и стали вполне хватит для создания полноценного огнестрельного оружия, тем более что компания Solid Concepts уже создала прецедент в виде металлической реплики пистолета Colt M1911, а Пентагон рассматривает возможность печати оружия на кораблях экспедиционных групп, вместо дорогостоящей доставки к театру действий из США. США и Великобритания уже приняли законодательные меры по запрету нелицензионного производства оружия с помощью 3D-печати. Как сильно соображения безопасности повлияют на развитие бытового применения технологии аддитивного производства, покажет лишь время.
3dtoday.ru
Точная 3D печать металлом на заказ в Sprint 3D
3D печать металлом – аддитивное производство металлических изделий, которое по праву является одним из наиболее перспективных и стремительно развивающихся направлений в трехмерной печати как таковой. Сама технология берет свое начало еще с обычного спекания материалов, применяемого в порошковой металлургии. Но сейчас она стала более совершенной, точной и быстрой. И сегодня компания SPRINT3D предлагает вам печать металлом на 3D принтере на действительно выгодных условиях. Но для начала – немного информации о самом производственном процессе и его возможностях.
Технология селективного лазерного сплавления
SLM или технология селективного сплавления – это тип прямой печати металлом, при котором достигается плотность 99,5%. Разница особенно ощутима, если сравнивать с моделями, полученными обычным литьем. Достигается такой показатель благодаря внедрению новейших технологий именно в аппаратной части:
- Применение специальных роликов для утрамбовки порошков и, как следствие, возможность использования порошков с размером частиц от 5 мкм.
- Повышение насыпной плотности, способствующее уплотнению конечных изделий.
- Создание разреженной атмосферы инертных газов, при которой достигается максимальная чистота материала, отсутствует окисление и исключаются риски попадания сторонних химических соединений в состав.
Но самое главное – современный 3D принтер для печати металлом позволяет легко подобрать индивидуальную конфигурацию для печати конкретным металлическим порошком. Таким образом даже с недорогим материалом можно получить первоклассный результат. Но только при условии использовании качественного современного оборудования. И здесь мы тоже готовы вас удивить!
3D-печать металлом В SPRINT 3D
Установки для 3D печати металлом, которые мы используем
Качество производства – ключевое требование, которое мы ставим перед собой. Поэтому в работе используем только профессиональное оборудование, обладающие широкими возможностями для печати металлом. Рассмотрим подробнее каждую из производственных установок.
Производственная установка SLM 280HL
SLM 280HL – разработка германской компании SLM Solutions GmbH, использующая технологию послойного лазерного плавления порошковых металлических материалов. Установка оснащена большой рабочей камерой и позволяет создавать 3D объекты размерами 280х280х350 мм. Среди главных преимуществ печати данной установкой можно выделить:
- Малую минимальную толщину наносимого слоя – 20 мкм.
- Заполнение рабочей камеры инертным газом, что позволяет работать с различными реактивными металлами.
- Скорость печати составляет до 35 см/час.
- Толщина слоя построения – 30 и 50 мкм.
- Мощность – 400 Вт.
Отдельно отметим запатентованную систему подачи порошкового материала, благодаря которой скорость печати значительно выше, чем на большинстве производственных установок в той же ценовой категории. В производстве мы используем следующие материалы:
- Нержавеющая сталь (отечественная 07Х18Н12М2 (Полема) и импортная 316L).
- Инструментальная сталь (импортная 1.2709).
- Жаропрочные сплавы 08ХН53БМТЮ (аналог Inconel 718, про-во Полема) и ЭП 741 (производства ВИЛС).
- Кобальт-Хром (COCR)
3D-принтер SLM 280HL может использоваться для создания разного рода металлических компонентов, прототипов и конечных изделий. При необходимости мы можем обеспечить мелкосерийное производство.
Производственная установка ProX 100
ProX 100 – компактная установка для 3D печати металлом, разработанная американской компанией 3D Systems. Она работает по технологии прямого лазерного спекания, благодаря чему обеспечивает высокую скорость и точность производства. Среди основных характеристик стоит выделить:
- Размер рабочей камеры – 100х100х80 мм.
- Толщина слоя построения – 20 и 30 мкм.
- Мощность – 50 Вт.
ProX 100 позволяет создавать прототипы, которые невозможно разработать стандартными методами, обеспечивает короткие сроки изготовления, гарантирует отсутствие пористости материала и высокую плотность деталей. Кроме того, отметим стандартизированное качество всех изделий вне зависимости от их структуры. На данный момент модель активно используется в стоматологии при создании высокоточных протезов, но нашла широкое применение и в других отраслях:
- Производство двигателей и отдельных их деталей.
- Разработка медтехники.
- Печать ювелирных изделий и даже предметов современного искусства.
В печати мы используем сплав кобальт-хром КХ28М6 (производство Полема), изначально разработанный для аддитивных технологий при создании эндопротезов.
3D печать металлом – применение в настоящее время
Многие специалисты утверждают, что 3D печать как таковая еще полностью не раскрыла свой потенциал. К примеру, Илон Маск планирует использовать технологию в колонизации Марса для строительства административных и жилых зданий, оборудования и техники прямо на месте. И это вполне реально, ведь уже сейчас технология трехмерной печати металлом активно применяется в различных отраслях:
- В медицине: изготовление медицинских имплантов, протезов, коронок, постов и т.д. Высокая точность производства и относительно доступная цена сделали 3D печать очень актуальной в данной отрасли.
- В ювелирном деле: многие из ювелирных компаний используют технологию 3D печати для изготовления форм и восковок, а также непосредственно создания ювелирной продукции. К примеру, печать титаном позволяет создавать изделия, которые ранее представлялись невозможными.
- В машинной и даже аэрокосмической отраслях: BMW, Audi, FCA и другие компании не первый год используют 3D печать металлом в прототипировании и всерьез рассматривают ее использование в серийном производстве. А итальянская компания Ge-AvioAero уже сейчас печатает компоненты для реактивных двигателей LEAP на 3D принтерах.
И это лишь малая часть того, что можно создавать на современном оборудовании. Практически все металлические изделия, которые вам необходимы, можно создать при помощи технологии 3D печати металлом. И если данная услуга актуальна для вас, обратитесь в SPRINT3D. Мы возьмемся за работу любой сложности и объемов. А главное – предоставим первоклассный результат!
Будущее уже здесь!
sprint3d.ru
3D печать жидким металлом при комнатной температуре. 3D-принтеры сегодня!
Друзья, небольшое вступление!Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта! Подробнее >>>
Исследователи из университета штата Северная Каролина разработали технологию 3D печати жидким металлом при комнатной температуре, которая позволяет создавать трехмерные вертикальные металлические структуры, не нуждающиеся в поддержке. Спектр материалов, которыми способны печатать 3D принтеры очень широк, и включает в себя пластик, керамику, смолы, металлы, и многие другие материалы. Печать металлом - один из наиболее сложных процессов. Самая распространенная технология печати металлом состоит в избирательном плавлении верхнего слоя металлической пудры лазером, чередующимся с добавлением новых слоев пудры, в результате чего получаются цельнометаллические трехмерные объекты. Если Вас интересует технология 3D печати металлом, рекомендуем Вам просмотреть это видео. Новый подход, о котором идет речь в этой статье, хотя и не может заменить традиционную технологию печати металлом, но все же наверняка найдет свою нишу и множество применений. "Формировать трехмерные структуры из жидких материалов - весьма проблематичная задача, ведь жидкость всегда стремиться собраться в каплю. Однако, мы обнаружили, что сплав галлия с индием при комнатной температуре химически взаимодействует с воздухом, формируя пленку, которая позволяет структурам из жидкого металла сохранять свою форму", говорит Михаэль Дикей, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии университета штата Северной Каролины (США). Хотя исследователи проводят свои опыты с использованием двухкомпонентного сплава из галлия и индия (75% галлия и 25% индия по весу), как утверждает команда, подойдет и любой другой сплав галлия. Данный сплав плавится при температуре в 15.7 градусов по Цельсию, то есть при комнатной температуре он находится в жидком состоянии, естественно, сохраняя при этом металлическую проводимость. При контакте с воздухом, сплав образует тонкий (порядка 1 нм.) слой, состоящий из оксида галлия, который и мешает жидкому металлу изменить свою структуру. Исследователи разработали сразу несколько подходов для печати жидким металлом при комнатной температуре. Один из них состоит в укладывании штабелями маленьких капелек металла. При этом капли прочно связываются друг с другом, но все же сохраняют свою форму. конце этой статьи Вы найдете видео, демонстрирующее этот процесс. Второй подход состоит в следующем: металл впрыскивают в полимерный шаблон, заставляя его принять соответствующую форму, после чего шаблон убирают, оставляя металлическую конструкцию. Также ученые предложили технику создания жидких металлических контактов, которые не рвутся даже когда натянуты поперек подкладки. Сейчас команда разработчиков занимается поиском новых путей развития и новых возможностей для применения предложенной ими технологии, а также способов ее реализации с использованием установившихся технологий трехмерной печати. Статья подготовлена эксклюзивно для 3dtoday.ru Благодарим за просмотр! Мы были бы рады узнать Ваше мнение по поводу данного материала.3dtoday.ru
© 2005-2018, Национальный Экспертный Совет по Качеству.
