3D-печать металлами, 3д принтер печатающий металлами – 3dprofy

.

TurchОктябрь 21st, 2014

 

Современные 3D-принтеры могут работать с различными материалами. Многие технологии предполагают использование в качестве расходного материала металл в виде порошка.

Виды 3D-принтеров печатающие металлом

Условно все существующие устройства можно разбить на три группы:

  1.  Струйные принтеры, которые работают с пластиком и легкоплавкими металлами, например, свинцом или оловом.
  2.  3D-принтеры, работающие на основе металлического порошка со склеивающим веществом. На основе таких устройств печатаются прототипы, которые в дальнейшем подвергаются дополнительному обжигу. Правда, по качеству такие модели не очень прочные.
  3. 3D-принтеры, которые работают на основе технологий плавки лазером. Такие детали широко применяются в промышленности. Но стоимость таких устройств высокая.

Типы технологии для 3D-печати

Металлический порошок применяется в нескольких технологиях:

  1. SLS. При селективном лазерном спекании производится небольшое число продукции, создаются модели-прототипы.
  2. SLM.

    При селективном лазерном наплавлении частицы металла подвергаются плавке и сварке, после чего образуется жесткий каркас. Производственный процесс ведется в вакуумной камере, которая заполняется инертными газами.

  3. EBM. В процессе электронно-лучевой плавки металлический порошок плавится посредством воздействия электронных лучей. На основе данной технологии создаются детали и прототипы для медицинской сферы, аэрокосмической промышленности, автомобилестроения.

Рассмотрим особенности каждой технологии по отдельности.

SLS

Выборочное лазерное спекание выполняется на основе лазерных излучателей высокой мощности. В ходе производства частицы металла спекаются и образуют трехмерную модель. При этом спекание может вестись и без применения связующих компонентов. Создание модели ведется послойно: сначала она погружается в фотополимерную смолу, глубина погружения напрямую зависит от глубины слоя. На модель сначала наносится металлический порошок определенной толщины, при этом на компьютерной разработке указывается, какие части модели будут обработаны лазером.

При порошковой печати остается неизрасходованный материал, который можно использовать как поддерживающую поверхность для следующих слоев трехмерной модели. Такой подход позволяет сэкономить на процессе печати. Существенный недостаток деталей, созданных на основе SLS, — это пористая структура моделей, которые нуждаются в повышении плотности и прочности.

Принтеры SLS

При выборочном лазерном спекании используются принтеры модели sPro. Благодаря модульной архитектуре в устройство можно добавлять специальные пакеты, системы, позволяющие расширить функциональные особенности каждого печатного процесса. Самую лучшую скорость печати, точность и высокое качество изделий показывают 3D-принтеры sPro 140 / sPro 230. Они работают на технологии SLS, поэтому могут создавать детали даже самых маленьких размеров, при этом они будут тщательно детализированы.

На основе 3D-принтера sPro 140 можно создавать прототипы серийного производства и быстро. При этом в процессе печати будет рационально расходоваться материал, а излишки металлического порошка будут своевременно удаляться. В базовой версии принтер оснащается системой сканирования.

Технологические особенности устройства следующие:

  • рабочая камера высокого качества и детализации,
  • автоматическая система подачи металлического порошка,
  • гладкая поверхность и высокое разрешение продукта,
  • прочность изделий и способность выдерживать большие нагрузки.

На основе такого метода 3D-печати разрабатываются модели будущих кабин летательных аппаратов, оборудования для бизнеса, электрических приборов и так далее.

SLM

Технология селективного лазерного плавления предполагает плавку металлических порошков под лазерным лучом. Платформа, на которую наносится материал, постепенно опускается, формируя слои будущей трехмерной детали. В данной технологии применяются принтеры серии Pro. X100 – это самая компактная модель, на основе которой можно быстро создать химически чистые металлические или керамические изделия. Создание детали ведется на основе плавления порошков мелкой дисперсии слой за слоем. Управлять прибором можно как с ПК, так и с рабочей станции.

Для создания изделия для стоматологии используется принтер ProX 100 (Phenix PXS) DENTAL. На его основе можно создавать несъемные протезы или иные аксессуары, необходимые для медицины. В средней ценовой категории находится принтер ProX 200, который по своим функциям ни в чем не уступает остальным моделям. На его основе можно создавать мелкие изделия из металлического порошка. Самый большой принтер серии — ProX 300 (Phenix PXL).

EBM

Данная технология предполагает создание трехмерных моделей посредством электронно-лучевой плавки. К ее отличительным особенностям относится:

  • высокое разрешение и детализация каждого изделия,
  • в процессе печати используются недорогие материалы.

И несмотря на сложность процесса, он более эффективен и удобен. Первые принтеры для данной технологии были созданы компанией Arcam. Они позволяют вести производство ортопедических имплантатов, которые отличаются прочностью, износостойкостью, легкостью. Для их создания применяются титановые сплавы. В серии принтеров Arcam можно выделить несколько устройств.

С помощью
принтера Arcam A2 можно создавать металлические детали для промышленного производства на основе сплавов титана.

3D принтер по Металлу и разработки Росатома

Размеры будущего изделия, его диаметр и высота зависят от размерных особенностей рабочей камеры. Arcam Q10 используется для печати ортопедических изделий, при этом весь неиспользованный материал собирается и подвергается вторичной обработке. Если работа ведется на высоком температурном уровне, можно использовать принтер Arcam A2X.

Перспективы применения металла для 3D-печати

Производство на основе применения металла при 3D-печати развивается быстрыми темпами. Так, многие крупные компании и концерны используются в своей деятельности разработки на основе подобных технологий. Благодаря экономичности, практичности и продуманности применения расходных материалов на основе методов плавки и спекания ведется серийное производство различных деталей.

С другой стороны, промышленные 3D-принтеры, которые работают с применением металла, стоят очень дорого. Поэтому себестоимость подобных процессов будет немаленькой. Чтобы удешевить процесс печати, компании идут на хитрости и создают инновационные материалы. Например, в Японии придумали принтер Mini Metal Maker, который работает на металлоглине. В этом материале гармонично сочетаются мельчайшие частички металла, вода и органическое связующее. Изделие формуется, после чего обжигается. Применяется данный материал, например, при создании скульптур или ювелирных изделий.

Среди современных моделей принтера по металлу можно отметить EOSINT. На его основе можно получить металлические изделия высокого качества буквально за несколько часов, при этом не потребуется дополнительная обработка. Модели этого устройства широко применяются на литейных производствах, где создаются песчаные формы для получения металлических отливок.




TurchФевраль 7th, 2015

3D-печать металлами – это сложный с точки зрения технологии процесс, который пользуется большой популярностью. Металлический порошок в 3D-печати применяется часто и в разных технологиях, причем используются как чистые металлы, так и их сплавы.

В каких технологиях применяется?

Металлический порошок отличается прочностью, поэтому широко применяется в различных технологиях 3D-печати. Чаще всего применяются сталь, никель, медь, сталь, бронза, а также благородные металлы. Применяются они в таких технологиях, как:

  • SLS – при селективном лазерном спекании.
  • SLM – при селективном лазерном плавлении.
  • EBM – при спекании направленным пучком электронов.

К особенностям технологий можно отнести необходимость использования вакуумных или наполненных инертным газом камер. К еще одной технологии, предполагающей использование для 3D-принтера металлического порошка, относится ZCorp. В данной системе выполняется многоступенчатое плавление с использованием специальной субстанции в качестве «клея». Порошок наносится послойно, после чего слои склеиваются, слой подвергается запекания, затем создается следующий слой. После создания детали ее на 24 часа помещают в печь, где она выдерживается при температуре 3600. По мере выгорания клея остаются поры, которые заполняются порошком на основе бронзы.

Особенности печати металлическим порошком

На основе технологии SLS используются связующие материалы, придающие изделиям стойкость к воздействию температур и химических средств. Чаще всего в роли связующих компонентов выступают полимеры, частицы керамики и стекла, а некоторые легкоплавкие металлы могут подвергаться спеканию и без применения дополнительных материалов.

Применяя металлический порошок для 3d принтера, можно создавать различные модели:

  • ювелирные изделия;
  • декоративные элементы;
  • сложные детали, которые не создать традиционными методами аддитивного производства;
  • функциональные прототипы.

К преимуществам использования металлического порошка можно отнести:

  1. Детали получаются высокой прочности.
  2. Печать может вестись с высоким разрешением.
  3. Металл отличается термостойкостью.
  4. Есть возможность вторичной обработки материала.

Главный недостаток 3D-печати металлическим порошком – слишком сложный метод, который нельзя использовать в домашних условиях. Чтобы предотвратить процесс окисления металла, нужно выполнять печать в инертных условиях с применением особых рабочих камер. Единственным домашним принтером, работающим на металлическом порошке, является модель Vader. С этим прибором можно создавать алюминиевые модели: металлический порошок будет плавиться в экструдере, после чего наноситься на поверхность магнитами в виде капель.

 

Особенности технологии 3DP

Струйная печать – один из популярных способов аддитивного производства, который предполагает применение металла как расходного материала. Но данная технология позволяет создавать только композитные модели из любых материалов, переработанных в порошок. Связывание порошка выполняется посредством полимеров, поэтому готовые модели являются полноценно металлическими. С другой стороны, композитные модели можно преобразовать в цельнометаллические под воздействием термической обработки – либо выплавкой, либо выжиганием связующего материала, либо спеканием металлических частиц.

Образованные таким способом модели не отличаются высокой прочностью из-за пористой структуры, поэтому увеличить прочность можно посредством пропитки цельной модели из металла. Например, стальная деталь может пропитываться бронзой, чтобы сделать конструкцию более прочной.

SLM печать металлом на заказ: высокоточная сталь

С помощью данной технологии можно получать модели не очень высокой прочности, которые востребованы в ювелирной или сувенирной промышленности.

 

Метод ламинирования (LOM)

Данная технология привлекает внимание тем, что ламинирование выполняется нанесением тонких листов материала, которые формируются благодаря механической или лазерной резке и склеиванию. Именно так и создается трехмерная модель. Как расходный материал данное производство может использовать и металлическую фольгу. Полученные трехмерные модели не являются полностью металли
ческими, поскольку они связываются посредством клея, используемого для склеивания листов расходного материала. К положительным особенностям данного производства можно отнести экономичность печати и высокое внешнее сходство полученных моделей с изделиями из цельного металла. Чаще всего данный метод широко применяется при макетировании.

Послойное наплавление FDM

Металлический порошок используется и при 3D-печати на основе технологии FDM. Этот метод позволяет использовать металлический порошок, а вот печать чистыми металлами и сплавами не привела к эффективным результатам. Тугоплавкие металлы невозможно применяться из-за трудностей с подбором качественного экструдера, который был бы способен выдерживать высокие температуры. А легкоплавкие металлы позволяют создать только модели, которые не будут широко применяться на практике.

Как следствие используются более современные материалы – композиты, в состав которых входит термопластик (например, PLA) и бронзовый порошок. Полученные модели отличаются визуальным сходством с натуральной бронзой, возможностью подвергания шлифовке, а вот физические и химические свойства изделий весьма ограниченные. Подобные композиты имеет смысл использовать для создания макетов для выставок, сувениров, предметов искусства.

Выборочное лазерное спекание SLS

Большинство 3d-принтеров, работающих на основе металлического порошка, предполагают использование лазерных установок, которые спекают частицы металлического порошка. Технология лазерного спекания предполагает использование металлов и термопластиков в виде порошка. Металлические материалы часто покрываются легкоплавкими металлами, что позволяет использовать более низкие мощности лазерных излучателей. В таких случаях требуется дополнительное спекание металлических моделей в печах, после чего они подвергаются пропитке для достижения более высокой прочности.

На работу с чистым металлическим порошком ориентирована технология прямого лазерного спекания DMLS. Эти конструкции имеют герметичные рабочие камеры, которые наполняются инертным газом, благодаря чему можно работать с разными металлами. Еще одна особенность DMLS-печати – в возможности подогрева расходного материала, что дает возможность сэкономить на мощности лазерных установок.

 

Выборочная лазерная плавка SLM

Эта технология позволяет создавать модели высокой прочности на основе лазерной плавки металлического порошка. С помощью этого типа производства можно создавать гомогенные модели, которые практически не отличаются по физическим и механическим свойствам от литых аналогов. Еще более эффективные результаты показывает технология лучевой плавки (EBM) – на основе ее можно создавать качественные модели высокой точности на принтерах шведской компании Arcam. Особенность данной технологии – возможность работы с широким диапазоном металлов и их сплавов и создание металлических деталей, по качеству ни в чем не уступающих аналогам.




« Назад

24.06.2014 01:29

3D-печать — дело не быстрое. Учитывая, что процесс печати по технологии FDM представляет собой послойное нанесение расплава пластика, а толщина слоя составляет от 0,1 до 0,4 мм, то вы можете посчитать, что для печати детали высотой 10 см. принтер создаст от 250 до 1000 слоёв, каждый из которых будет представлять собой много сотен линий.
Таким образом, среднего размера деталь содержит десятки тысяч линий.

 

Как-же измерить скорость печати?

Возьмём для примера некоторые из комплекта деталей 3D-принтера «Приzма Окта».

Самая левая на фотографии деталь — основание экструдера. Её объём 88 см.куб.

Некоторые производители 3D-принтеров измеряют скорость печати в напечатанном объёме в час. Например, указанная деталь печатается на «Приzма Окта» 3,5 часа (210 мин.) в режиме «Стандарт».

Промышленные 3D принтеры для печати металлом по технологии электроннолучевой плавки EBM

Т.о., скорость печати в единицах объёма составит 25 см.куб/час. О чём это нам говорит? Да, собственно, ни о чём.
Ведь если сделать деталь пустотелой и уменьшить количество слоёв на боковой стенке, то скорость печати увеличится в 3 раза и, соответственно, составит 75 см.куб./час. Вот только использовать подобную деталь по-назначению вам не удастся — прочность не позволит.

Тогда какой смысл измерения скорости печати в напечатанном объёме в единицу времени?

 

Никакого.
Единственная, имеющая смысл, единица измерения скорости печати — в граммах за время.

Тот-же самый экструдер весит 54 грамма. Т.о., скорость печати составит порядка 15 гр./час.

И это уже имеющее смысл измерение, потому что при одинаковой толщине слоя, величина останется неизменной для всех вариантов формирования модели (здесь есть некоторые допущения, но смысл более верен, чем для объёма).

Что-же изменится при уменьшении толщины слоя?

Принтер будет печатать меньший вес за то-же время. Напечатанный вес уменьшится в разы (порядка 3 раз).При этом, визуально, «ребристость» модели существенно снизится.
Но это всё. Прочность не увеличится, геометрия не изменится.
Т.е., ценность детали в качестве несущего элемента конструкции не изменится. При существенном увеличении времени печати и связанных с этим неудобств (например, если принтер находится в офисном здании, то мало-мальски объёмная деталь будет распечатываться более рабочего дня — 8 часов, что приведёт к необходимости задержаться на работе, либо организации работы принтера в нерабочее время — электропитание, надзор и т. д.).

Обратив внимание на этот факт, мы посчитали необходимым сделать два режима печати, каждый из которых имеет свой смысл.

В программе «Приzма» качество печати может быть выставлено в режимы:

«Стандартное» и «Высокое».

При этом, режим «Стандартное» обеспечивает гарантированное качество при создании деталей механизмов и конструкций, тогда как режим «Высокое» необходим для печати изделий с повышенными требованиями к визуальному восприятию.
Скорость печати в режиме качества «Высокое» примерно в три раза меньше, чем в режиме «Стандартное».
Режим качества «Стандартное» позволяет распечатать большую часть моделей размером до 100 мм. за срок до 5 часов, что позволяет увидеть результат моделирования в течение рабочего дня, а иногда даже успеть исправить модель и распечатать исправленный вариант.

 

 

3D-принтер «Приzма Окта» создан как рабочий инструмент творца и настроен на выполнение именно этой функции.

Комментарии

Комментариев пока нет

Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.

Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *