Когда мы рассматриваем аддитивное производство для применения в промышленности и бизнесе, первое, что приходит на ум, - это 3D-печать металлом. 3D-печать металлом - одна из наиболее активно и быстро развивающихся технологий в обрабатывающей промышленности. В настоящее время она используется не только вместе с другими производственными технологиями, но и используется также для изготавливления самостоятельных прототипов и готовой продукции. В некоторых случаях объекты из металла, напечатанные на 3D-принтере, получаются так же хорошо, как и обработанные детали. Она в основном используется в прототипировании, авиакосмической промышленности, машиностроении, для изготовления специальных инструментов и во ​​многом другом. Здесь вы найдете ответы на самые важные вопросы обо всех аспектах 3D-печати металлом, включая основные технологии, преимущества/ограничения и многое другое.

rhodium powder for 3D printing

Что такое 3D-печать металлом? 

3D-печать металлом - это общий термин для нескольких семейств технологий. Проще говоря, любую технологию, которая создаёт металлические объекты слой за слоем с помощью спекания, плавления и сварки, можно назвать 3D-печатью металла. Однако это определение не является полным, но давайте опустим ненужные технические детали и рассмотрим основные преимущества и недостатки 3D-печати металлом.

Основные преимущества 3D-печати металлом

Большинство людей считает, что обработка с ЧПУ позволяет выполнять практически любую работу. Но правда в том, что это «почти» иногда превращается в деталь такой высокой сложности, что необходимо, например, создать новый инструмент. В этом главное преимущество 3D-печати металлом - оно практически безгранично, если рассматривать изготовление объектов сложной формы. К другим преимуществам 3D-печати металлом можно отнести:

  • На 3D-принтеры можно изготавливать сложные детали намного быстрее, чем традиционными методами изготовления.  
  • Стоимость дешевле по сравнению с обычными методами изготовления.  
  • В зависимости от выбранной технологии можно создавать точные объекты с очень мелкими деталями. 
  • Детали можно распечатать в сборке, что позволяет сэкономить время и деньги.
  • Более сложные формы означают, что деталь может быть легче по весу без снижения прочности. Вот почему детали, напечатанные на 3D-принтере, так востребованы в аэрокосмической отрасли. 
  • 3D-печать металлом практически исключает излишнюю трату материала.

Подводя итог, можно сказать, что 3D-печать настоятельно рекомендуется для сложных деталей, где другие типы технологий неэффективны или трудны в использовании.

Ограничения 3D-печати металлом

У 3D-печати тоже есть свои недостатки. Во-первых, это не так быстро и доступно для обычных деталей по сравнению с традиционными методами производства. Так что крупносерийное производство по-прежнему не является жизнеспособным вариантом для 3D-печати. Другие ограничения 3D-печати металлом включают:

  • Порошковый металл намного дороже «обычного» необработанного металла.
  • Скорость производства сравнительно невысока для обычных объектов.
  • 3D-принтеры для печати металлом дорогие.
  • Иногда требуется обработка поверхности и последующая обработка.
  • Допуск и точность обычно ниже по сравнению с обработкой с ЧПУ.
  • Иногда требуется дополнительная термообработка для уменьшения внутреннего напряжения 3D-печатного объекта.
  • Проектирование для 3D-печати металлом может быть более сложным по сравнению с другими методами производства. Так что лучше работать только с опытными специалистами, знающими все технологические нюансы. Здесь Вы можете нанять профессиональных инженеров САПР для своего проекта.
  • Невозможно изготовление крупногабаритных деталей.

Как Вы видите, если сравнить изготовление обычных металлических деталей с помощью 3D-печати с изготовлением с использованием станков ЧПУ и других производственных технологий, ограничения очевидны. Во всех остальных случаях аддитивное производство - лучший выбор.

Основные технологии

Сравним основные технологии 3D-печати по металлу. Это DMLS (прямое лазерное спекание металла), LMS (лазерное спекание металла) и EBM (электронно-лучевая плавка).

Что такое DMLS и для чего используется?

DMLS или прямое лазерное спекание металла - самый популярный метод 3D-печати металлом. При этом используется лазер для спекания металлического порошка слой за слом и формирование объекта. Во время процесса нержавеющая сталь достигает температуры почти 3000°F. Однако металл не плавится. Среди доступных материалов - широкий спектр металлических сплавов, в том числе мартенситностареющая сталь, алюминий AlSi10Mg, хром кобальт, Inconel 625 и титан Ti6Al4V.

 3D принтеры DMLS

Применение DMLS

DMLS применяется для создания прототипов и изготовления готовых механических деталей. Его можно использовать для изготовления деталей с полостями, поднутрениями и углами уклона. Среди них медицинские приборы и инструменты, функциональные прототипы и инструменты.

Что такое SLM и для чего используется?

SLM или селективная лазерная плавка, как следует из названия, плавит материал. 3D-печать происходит в среде инертного газа. Благодаря этому 3D-печать имеет параметры, близкие к параметрам, полученным методом литья. SLM в основном используется для изготовления деталей из титана и алюминия.

Применение SLM

Объекты, изготовленные по технологии SLM, довольно прочные и могут использоваться для изготовления механических деталей, таких как шестерни и винты. Медицинская, автомобильная и авиакосмическая промышленность часто используют SLM для производства своих деталей.

 

Что такое EBM и для чего используется?

EBM или электронно-лучевая плавка похожа на SLM, но вместо лазера используется электронный луч. Эта технология считается более быстрой и точной, чем лазерная печать, но разница не столь значительна. 3D-печать обычно прочнее по сравнению с другими методами печати. Эта технология используется в основном для изготовления предметов из титана и кобальта.

Применение EBM

Самолеты, детали для космических ракет, детали двигателей и многое другое.

Что ещё?

Также существует несколько видов 3D-печати, которые можно использовать для производства. Они не так популярны, как DMLS, SLM и EBM, но у них тоже есть свои ниши.

Селективное лазерное спекание

Селективное лазерное спекание (SLS) очень похоже на DMLS; при этом также используется лазер для спекания порошкового материала. Использовалась для производства широкого спектра материалов, включая металл, но в настоящее время эта технология в основном связана со спеканием пластика, частично нейлона и полиамида. Таким образом, температура спекания, которая используется в принтерах SLS, обычно составляет менее 400°F.

 

Струйная печать связующим веществом Binder Jetting

Струйная печать связующим веществом Binder Jetting, как следует из названия, связывает порошковый материал со специальной жидкостью. Чтобы объект стал более твёрдым, его можно отвердить горячим изостатическим прессованием. 3D-печать становится намного прочнее, но вместе с тем растёт и стоимость. Binder Jetting обычно используется для изготовления сложных и крупномасштабных прототипов. Эта технология в несколько раз дешевле, чем DMLS/SLM/EBM. Тем не менее точность и прочность не идеальны, и для получения наилучшего результата требуется дополнительная постобработка.

Лазерное напыление металла

LMD или лазерное осаждение металла - это технология, которую можно сравнить с моделированием наплавленного металла, но вместо экструзии расплавленного пластика нагретый металл осаждается слой за слоем и материализует объект. Другими словами, на металлической подложке образуется ванна расплава. Скорость изготовления значительно выше по сравнению с другими методами, и для изготовления объекта могут использоваться различные материалы, в том числе стальные сплавы. LMD используется в аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности.

 

Conclusion: Metal 3D printing is for special cases

Считается, что металлические детали, изготовленные с помощью методов 3D-печати, таких как DMLS, SLM и EBM, имеют почти такую ​​же прочность, как и обычные металлические детали. Однако есть много функций, которые ограничивают использование металлической 3D-печати, и поэтому лучше оставить её на случай исключительных случаев, когда другие методы не так эффективны. Принимая во внимание относительно высокую цену на машины для 3D-печати и их порошковые материалы, самый простой и, возможно, наиболее эффективный способ - заказать 3D-печать на производственных платформах, таких как Treatstock. У нас есть персональные менеджеры, которые бесплатно проконсультируют вас и помогут ответить на любые ваши вопросы.

 ЧПУ vs 3D-печать

Лучшие руководства

Manufacturing Guides

Руководство по производству

Discover the type of 3D printing technology your project needs

Бесплатные приложения для производства

Best 3D printing services

Руководство по 3D-принтерам на 2018 год