3д принтер металлические изделия - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

3д принтер металлические изделия

3D принтер по Металлу

В настоящее время 3d печать металлом рассматривается, как одна из наиболее перспективных технологий, которая в недалеком будущем может вытеснить современные методы прототипирования.

Исследователи усердно работают над тем, чтобы в ближайшее время принтеры, печатающие металлом, появились на строительных площадках, в металлургической промышленности и на пищевом производстве.

Вам не кажется, что создатели «Терминатора» смогли предугадать будущее?

Только представьте, как изменится наш мир в лучшую сторону, если каждый из нас сможет наладить производство металлических сооружений и конструкций у себя дома.

Говорить о перспективах металлопечати можно бесконечно, но для начала лучше подробнее разобраться с тем, что представляют собой современные 3D принтеры для печати металлом.

Еще недавно литье, рассматривалось как единственный недорогой и выгодный с экономической точки зрения метод изготовления трехмерных металлоконструкций.

С появлением FDM принтеров его гегемония несколько пошатнулась, однако в начале двухтысячных годов мало кто верил в то, что технология трехмерной печати эволюционирует до такой степени, что на повестке дня встанет вопрос о комплексном реформатировании металлургийной промышленности.

Принцип послойного выращивания объемного объекта изначально использовался только при создании аппаратов, работающих с пластиком и глиной.

Прошло немало времени, прежде чем появился 3d принтер по металлу, способный оказать достойную конкуренцию традиционным методам металлопроизводства.

Технологии 3д печать металлом:

На данный момент существует всего несколько технологий, которые используются для печати металлом: лазерные 3d принтеры и струйные. Обе они подразумевают аккуратное и постепенное наслаивание «чернил» слой за слоем для построения заданной фигуры. Тем не менее, инженеры нашли сразу несколько способов, позволяющих вырастить твердый объект на платформе построения.

Селективное лазерное спекание

Технология SLS, также известная под названием Direct metal laser sintering, позволяет создавать металлические объекты из плавкого порошка – металлической глины. Впервые данный материал был показан в 1990 году в Японии. Тогда его использовали для лепки примитивных форм. В промышленности применять его стали лишь спустя десять лет после открытия.

Металлоглина изготавливается из смеси металлической стружки, органического связующего вещества и воды. При обжигании связующее вещество и вода выгорают, что превращает металлический порошок в монолитный объект.

Свеженапечатанные детали методом Direct metal laser sintering:

Для обработки металлоглины SLS-принтеры используют лазер. Порошок наносится на поверхность платформы ровным слоем, после чего разглаживается специальным валиком.Затем лазерное излучение корректирует слой металлоглины так, как это запрограмированно в шаблоне.

Процесс повторяется раз за разом, пока фигура не приобретет нужные размеры. Печать проходит в специальной камере с бескислородной средой, в которой постоянно поддерживается высокая температура. Технология SLS-печати наглядно продемонстрирована на видеоролике, представленном ниже:

Инженеры утверждают, что изделия, изготовленные с помощью селективного лазерного спекания, превосходят металлические заготовки, созданные традиционным методом, по таким параметрам, как пористость и прочность.

Что интересно, промышленный лазерный 3D принтер уже используются такими гигантами, как General Electric Aviation.

Электронно-лучевая плавка

Технология EBM по сути, практически не отличается от SLS/DMLS печати металлом. Единственное отличие электро-лучевой плавки заключается в том, что вместо лазерного луча, металлоглина плавится при помощи направленных электроимпульсов.

Использование электронных пучков высокой мощности, действующих в вакууме, обеспечивает более высокую детализацию печатных объектов. Это объясняется тем, что корректировка электронного луча осуществляется не за счет движения печатной головки, а с помощью манипуляции магнитными полями, то есть на гораздо более точном уровне.

Промышленный 3D принтер Arcam Q10:

Использование электромагнитных компонентов вместо лазерных линз делает EBM принтеры более рентабельными в сравнении с лазерным оборудованием. Кроме того, они обеспечивают более высокую производительность. Посмотреть, как работает аппарат данного типа можно на видео:

Стоит сразу сказать, что вышеназванные технологии далеки от своего предела и могут стать еще лучше. Несмотря на то, что конструкторы используют высокоточное оборудование, которое превосходит традиционные методы обработки металла, при проектировании макетов печатных изделий приходится учитывать усадку от 8% до 30%. Это объясняется физическими свойствами «чернил».

Помимо этого, не стоит забывать, что EBM и SLS/DMLS машины комплектуются германиевыми и алмазными линзами, сложными электромагнитными приспособлениями и посеребренными или позолоченными зеркалами, из-за чего стоимость оборудования делает его покупку рентабельной только для крупных промышленных центров.

Струйное моделирование методом наплавления

Технология FDM или fused deposition modeling используется преимущественно в принтерах, работающих с пластиком, воском и смолами.

Принцип работ устройств, использующих данную технологию достаточно прост: расплавленный материал выдавливается через экструдер на охлажденную платформу построения, где он застывает, слой за слоем формируя нужный объект. 3d печать из металла способом наплавления рассматривается как самый простой из доступных ныне методов печати металлом. Конечно, она не лишена недостатков.

Несмотря на обилие «чернил», доступных в виде металлоглины (медь, сталь, железо, бронза, серебро и золото), существующие FDM оборудование не способно печатать металлические объекты с высокой четкостью и детализацией.

Среди устройств, работающих по схожему принципу, можно выделить The Mini Metal Maker.

Ниже прилагается видео, на котором детально продемонстрирован процесс печати металлом с помощью данного аппарата:

Вполне возможно, что 3d принтер металл в обозримом будущем появится в доме каждого желающего. Об этом говорит стремительное развитие отрасли: уже сегодня такие промышленные киты, как General Electric, Mitsubishi, Boeing, General Motors и Lockheed Martin используют на производстве EBM и SLS/DMLS принтеры.
В компаниях уверяют, 3D печать помогает им экономить значительные денежные суммы и существенно расширить возможности конвейерного производства комплектующих.

Вряд ли компании 3D Systems и Arcam, которым принадлежит первенство в данной сфере, смогут оставаться монополистами на рынке долгое время и диктовать потребителям свои цены.

Читайте также:  Абразивные насадки на дрель для обработки металла

В 2015 году истекает большинство патентов, что согласно базовым законам рыночной конкуренции сделает «домашние фабрики» по производству металлоконструкций доступными для бытового использования.

Как работают 3D принтеры по металлу. Обзор SLM и DMLS технологий. Аддитивное производство. 3D печать металлом.

3D печать металлами. Аддитивные технологии.

SLM или DMLS: в чем разница?

Всем привет, Друзья! С Вами 3DTool!

Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металла (DMLS) – это два процесса аддитивного производства, которые принадлежат к семейству 3D-печати, с использованием метода порошкового наслоения. Две этих технологии имеют много общего: обе используют лазер для выборочного плавления (или расплавления) частиц металлического порошка, связывая их вместе и создавая модель слой за слоем. Кроме того, материалы, используемые в обоих процессах, являются металлами в гранулированной форме.

Различия между SLM и DMLS сводятся к основам процесса связывания частиц: SLM использует металлические порошки с одной температурой плавления и полностью плавит частицы, тогда как в DMLS порошок состоит из материалов с переменными точками плавления.

В частности:
SLM производит детали из одного металла, в то время как DMLS производит детали из металлических сплавов.
И SLM, и DMLS технологии используются в промышленности для создания конечных инженерных продуктов. В этой статье мы будем использовать термин «металлическая 3D печать» для обобщения 2-х технологий. Так же опишем основные механизмы процесса изготовления, которые необходимы инженерам для понимания преимуществ и недостатков этих технологий.
Существуют и другие технологические процессы для производства плотных металлических деталей, такие как электронно-лучевое плавление (EBM) и ультразвуковое аддитивное производство (UAM). Их доступность и распространение довольно ограничены, поэтому они не будут представлены в данной статье.

Как происходит 3D печать металлом SLM или DMLS.

Как работает 3D печать металлом? Основной процесс изготовления для SLM и DMLS очень похожи.

1. Камера, в которой происходит печать, сначала заполняется инертным газом (например, аргоном), чтобы минимизировать окисление металлического порошка. Затем она нагревается до оптимальной рабочей температуры.
2. Слой порошка распределяется по платформе, мощный лазер делает проходы по заданной траектории в программе, сплавляя металлические частицы вместе и создавая следующий слой.
3. Когда процесс спекания завершен, платформа перемещается вниз на 1 слой. Далее наносится еще один тонкий слой металлического порошка. Процесс повторяется до тех пор, пока печать всей модели не будет завершена.

Когда процесс печати завершен, металлический порошок уже имеет прочные связи в структуре. В отличие от процесса SLS, детали прикрепляются к платформе через опорные конструкции. Опора в 3D-печати металлом, создаётся из того же материала, что базовая деталь. Это условие необходимо для уменьшения деформаций, которые могут возникнуть из-за высоких температур обработки.
Когда камера 3D принтера охлаждается до комнатной температуры, излишки порошка удаляются вручную, например щеткой. Затем детали как правило подвергаются термообработке, пока они еще прикреплены к платформе. Делается это для снятия любых остаточных напряжений. Далее с ними можно проводить дальнейшую обработку. Снятие детали с платформы происходит по средством спиливания.

Схема работы 3D принтера по металлу.

В SLM и DMLS почти все параметры процесса устанавливаются производителем. Высота слоя, используемого в 3D-печати металлами, варьируется от 20 до 50 микрон и зависит от свойств металлического порошка (текучести, гранулометрического состава, формы и т. д.).
Базовый размер области печати на металлических 3D принтерах составляет 200 x 150 x 150 мм, но бывают и более большие размеры рабочего поля. Точность печати составляет от 50 – 100 микрон. По состоянию на 2020 год, стоимость 3D принтеров по металлу начинается от 150 000 долларов США. Например наша компания предлагает 3D принтеры по металлу от BLT.
3D принтеры по металлу, могут использоваться для мелкосерийного производства, но возможности таких систем в 3D-печати, больше напоминают возможности серийного производства на машинах FDM или SLA.
Металлический порошок в SLM и DMLS пригоден для вторичной переработки: обычно расходуется менее 5%. После каждого отпечатка неиспользованный порошок собирают и просеивают, а затем доливают свежим материалом до уровня, необходимого для следующего изготовления.
Отходы в металлической печати, представляют из себя поддержки (опорные конструкции, без которых не удастся добиться успешного результата). При слишком большом обилии поддержек на изготавливаемых деталях, соответственно будет расти и стоимость всего производства.

Адгезия между слоями.

3D печать металлом на 3D принтерах BLT

Металлические детали SLM и DMLS обладают практически изотропными механическими и термическими свойствами. Они твердые и имеют очень небольшую внутреннюю пористость (менее 0,2 % в состоянии после 3D печати и практически отсутствуют после обработки).
Металлические печатные детали имеют более высокую прочность и твердость и часто являются более гибкими, чем детали, изготовленные традиционным способом. Тем не менее, такой металл быстрее становится «уставшим».

Структура поддержки 3D модели и ориентация детали на рабочей платформе.

Опорные конструкции всегда требуются при печати металлом, из-за очень высокой температуры обработки. Они обычно строятся с использованием решетчатого узора.

Поддержки в металлической 3D печати выполняют 3 функции:

• Они делают основание для создания первого слоя детали.
• Они закрепляют деталь на платформе и предотвращают её деформацию.
• Они действуют как теплоотвод, отводя тепло от модели.

Детали часто ориентированы под углом. Однако это увеличит и объем необходимых поддержек, время печати, и в конечном итоге общие затраты.
Деформация также может быть сведена к минимуму с помощью шаблонов лазерного спекания. Эта стратегия предотвращает накопление остаточных напряжений в любом конкретном направлении и добавляет характерную текстуру поверхности детали.

Читайте также:  Буровые штанги своими руками

Поскольку стоимость металлической печати очень большая, для прогнозирования поведения детали во время обработки часто используются программные симуляторы. Это алгоритмы оптимизации топологии в прочем используются не только для увеличения механических характеристик и создания облегченных частей, но и для того, чтобы свести к минимуму потребности в поддержках и вероятности искривления детали.

Полые секции и легкие конструкции.

В отличие от процессов плавления с полимерным порошком, таких как SLS, большие полые секции обычно не используются в металлической печати, так как поддержки будет очень сложно удалить, если вообще возможно.
Для внутренних каналов больше, чем Ø 8 мм, рекомендуется использовать алмазные или каплевидные поперечные сечения вместо круглых, так как они не требуют построения поддержек. Более подробные рекомендации по проектированию SLM и DMLS можно найти в других статьях посвященных данной тематике.

В качестве альтернативы полым секциям, детали могут быть выполнены с оболочкой и сердечниками, которые в свою очередь обрабатываются с использованием различной мощности лазера и скорости его проходов, что приводит к различным свойствам материала. Использование оболочки и сердечников очень полезно при изготовлении деталей с большим сплошным сечением, поскольку это значительно сокращает время печати и уменьшает вероятность деформации.

Использование решетчатой структуры является распространенной стратегией в 3D-печати металлом, для уменьшения веса детали. Алгоритмы оптимизации топологии также могут помочь в разработке органичных легких форм.

Расходные материалы для 3D печати металлом.

Технологии SLM и DMLS могут производить детали из широкого спектра металлов и металлических сплавов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальт, хром и инконель. Эти материалы обеспечивают потребности большинства промышленных применений, от аэрокосмической отрасли до медицинской. Драгоценные металлы, такие как золото, платина, палладий и серебро, также могут быть обработаны, но их применение носит незначительный характер и в основном ограничивается изготовлением ювелирных изделий.

Стоимость металлического порошка очень высока. Например, килограмм порошка из нержавеющей стали 316 стоит примерно 350-450 долларов. По этой причине минимизация объема детали и необходимость поддержек является ключом к поддержанию оптимальной стоимости производства.
Основным преимуществом металлической 3D-печати является ее совместимость с высокопрочными материалами, такими как никелевые или кобальт-хромовые супер сплавы, которые очень трудно обрабатывать традиционными методами. За счет использования металлической 3D-печати для создания детали практически чистой формы — можно достичь значительной экономии средств и времени. В последствии такая деталь может быть подвергнута обработке до очень высокого качества поверхности.

Постобработка металла.

Различные методы пост. обработки используются для улучшения механических свойств, точности и внешнего вида металлических печатных изделий.
Обязательные этапы последующей обработки включают удаление рассыпного порошка и опорных конструкций, в то время как термическая обработка (термический отжиг) обычно используется для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств детали.

Обработка на станках ЧПУ может быть использована для критически важных элементов (таких как отверстия или резьбы). Пескоструйная обработка, металлизация, полировка и микрообработка могут улучшить качество поверхности и усталостную прочность металлической печатной детали.

Преимущества и недостатки металлической 3D печати.

Плюсы:

1. 3D печать с использованием металла, может быть использована для изготовления сложных деталей на заказ, с геометрией, которую традиционные методы производства не смогут обеспечить.
2. Металлические 3D печатные детали могут быть оптимизированы, чтобы увеличить их производительность при минимальном весе.
3. Металлические 3D-печатные детали имеют отличные физические свойства, 3D принтеры по металлу могут печатать большим перечнем металлов и сплавов. Включают в себя трудно обрабатываемые материалы и металлические суперсплавы.

Минусы:

1. Затраты на изготовление, связанные с металлической 3D-печатью, высоки. Стоимость расходного материала от 500$ за 1 кг.
2. Размер рабочей области в 3D принтерах по металлу ограничен.

Выводы.

А на этом у нас Все! Надеемся, статья была для Вас полезна.

Приобрести 3d-принтеры по металлу, а так же любые другие 3d-принтеры и ЧПУ станки, вы можете у нас, связавшись с нами:

• По телефону: 8(800)775-86-69

Так же, не забывайте подписываться на наш YouTube канал:

Росатом представил промышленный 3D-принтер для металлических материалов

Первый отечественный промышленный 3D-принтер для металлических изделий представлен Госкорпорацией «Росатом» на промышленной выставке «Иннопром-2016», проходящей в Екатеринбурге. Устройство и программное обеспечение для него являются полностью отечественной разработкой.

Головной образец 3D-принтера с размерами рабочей камеры 550×550 создан специалистами Государственного научного центра РФ АО «ЦНИИТМАШ», (входит в Машиностроительный дивизион Росатома — АО «Атомэнергомаш») совместно с Научным дивизионом Росатома (АО «Наука и Инновации»).

Все программное обеспечение для отечественного принтера также было разработано специалистами ЦНИИТМАШ. Цифровая 3D-модель создается в системе автоматизированного проектирования, а затем проходит преобразования до получения рабочего файла. Собственное ПО позволяет полностью решить вопросы, связанные с информационной безопасностью.

Устройство оснащено лазером мощностью 1000 Вт и трехосевой сканирующей оптической системой. Прогнозная скорость печати — от 15 до 70 кубических см/час, что соответствует характеристикам импортных аналогов.

«Работа над этим проектом позволяет максимально задействовать соответствующий научно-технический потенциал Росатома и создает прочную основу для дальнейшего развития всего машиностроительного сектора. В перспективе развитие направления 3D-печати металлических изделий должно существенно снизить издержки, время производства и в целом повысит конкурентоспособность российских компаний на мировом рынке», — прокомментировал генеральный директор АО «Атомэнергомаш» Андрей Никипелов.

«Печать в 3D-принтере различных объектов с помощью послойного наращивания — это так называемая аддитивная технология, которую мы развиваем в Росатоме на промышленном уровне. Подобные технологии делают производство сложнопрофильных и ответственных деталей дешевле, повышают качественные характеристики продукции и конкурентные возможности предприятия в целом», — отметил первый заместитель генерального директора АО «Наука и инновации» Алексей Дуб.

Читайте также:  Влагомаслоотделитель для компрессора своими руками

В принтере используется метод послойного селективного лазерного плавления (SLM), в качестве исходного сырья могут использоваться металлические порошки на основе железа, титана, алюминия, никеля, кобальта «Для получения равномерных слоев порошки должны отвечать определенным требованиям по сферичности и сыпучести. Тогда частицы компактно укладываются в заданный объем и обеспечивают необходимую текучесть. Чем меньше частицы, тем меньший шаг построения может быть задан и тем рельефнее будут проработаны мелкие элементы. Благо подходящие порошки уже выпускаются в России, поэтому зависимости от расходных материалов у нас не будет», — рассказал заместитель директора Института технологии поверхности и наноматериалов ЦНИИТМАШ по планово-производственной работе Евгений Третьяков.

В настоящее время принтер работает в полуавтоматическом режиме, идет тестирование разных систем, ведется подбор оптимальных параметров функционирования всех исполнительных узлов устройства. До конца года должны быть завершены все текущие НИОКРы, после чего будут получены характеристики напечатанных на принтере изделий из различных материалов, подтвержденные результатами исследований. Производством порошков сложного состава, разработкой программы исследований и созданием нормативного обеспечения заняты институты Гиредмет и ВНИИХТ. Далее начнется период серийного производства. Имея пилотный образец установки на руках, специалисты Росатома получат возможность более активно работать с потенциальными заказчиками в рамках дальнейшего развития технологий. При этом стоить принтер будет значительно дешевле зарубежных машин: если цена аналогичного импортного устройства в базовой комплектации составляет около 100 млн рублей, то отечественная машина обойдется вдвое дешевле.

С началом серийного выпуска 3D-принтеров на металлических порошках отечественная промышленность сможет перейти на новый этап — цифровое производство, охватывающее весь цикл, от проектирования до получения готового изделия. Трехмерная печать металлоизделий существенно сокращает производственные отходы, повышает надежность производства. Метод выгоднее традиционного производства еще и потому, что времени на НИОКР, изготовление прототипов и самих изделий тратится на порядок меньше, а продукция по качеству и прочности не уступает, а в некоторых случаях превосходит аналоги, например литые изделия такой же сложной формы.

В настоящее время крупные зарубежные и российские компании активно внедряют аддитивные технологии в производственные процессы. Так, Boeing с помощью 3D-печати ежегодно изготавливает более 22 тыс. деталей 300 наименований для военных и гражданских летательных аппаратов. В целом, по экспертным оценкам объем мирового рынка аддитивных технологий и всего, что с ними связано (сервиса, комплектующих), уже в ближайшие годы превысит 12 млрд долларов.

3D печать из металла

  • 3D печать
    • Обзор технологии
    • Гипсополимер
    • Полиамид по технологии SLS
    • ABS-пластик по технологии FDM
    • Фотополимер MJM
    • Фотополимер PolyJet
    • Металл
    • Резина
    • Ювелирные изделия
    • SLA (лазерная стереолитография)
  • Литье пластмасс
    • Литье в силиконовые формы
    • Литье в пресс-формы под давлением
  • Макетирование
    • Макетная мастерская
  • 3D моделирование
    • Требования к 3D-модели
    • Конвертирование файлов из программ в формат для 3D-печати
  • 3D сканирование
    • 3D сканирование людей
    • Промышленное 3D сканирование
  • Прототипирование
  • Комплексные решения
  • Сувенирная продукция
    • Изготовление бизнес сувениров и подарков с применением ручной росписи
    • Литьё и роспись фигурок из смолы
    • Оловянная миниатюра
    • Варианты исполнения фигур
    • Масштабирование фигур
    • Соответствие цены фигуры и уровня сложности её росписи
    • Упаковка
    • Как сделать солдатика

3d-печать из металла – альтернатива традиционным методам производства

Говоря о 3d-печати, у большинства людей всплывает образ продукции из пластика, изготовленной с помощью технологии FDM. Создание макетов домов и мастер-моделей из воска для ювелирного дела – это отлично, но ведь максимальный потенциал аддитивного производства скрыт в другом направлении. Речь идет о 3d-печати металлом, которая не уступает стандартным методам литья или механической обработки.

Логика работы

В отличие от субтрактивных методов производства металлических конструкций, основанных на резке, фрезеровке и штамповке, аддитивные технологии 3d-печати металлом создают деталь послойно.

В системах лазерного плавления материала в заранее сформированном слое используются высокоустойчивые стекловолоконные лазеры, сфокусированные и направленные через специальный оптический модуль для передачи энергии достаточно высокой интенсивности для расплавления металлических порошков.

Лазер полностью интегрирован в аппаратное и программное обеспечение управления системой, а его мощность зависит от объема рабочей камеры принтера. Энергия передаётся в оптическую систему по волоконно-оптическому кабелю, а быстрое нарастание лазерного импульса обеспечивает максимальную подачу энергии в секунду.

Передача энергии реализована по методике поточечного излучения, которая обеспечивает точное управление энергией в заранее сформированном слое. Процесс можно конфигурировать с помощью инструментов разработки и оптимизации параметров открытого доступа на этапе подготовки файла построения.

Причины перехода на объемную печать из металла

Во-первых, 3d-печать из металла позволяет изготавливать изделия, которые не изготовить стандартными способами производства. И хотя стоимость самих установок пока что очень высока, но при их использовании в промышленных масштабах, цена 3d-печати металлом получается весьма конкурентоспособной. NASA доказало это на своем примере, разработав с помощью аддитивных технологий ракетный двигатель с уменьшенным на 45% расходом материалов по сравнению с двигателями, изготовленными по традиционным методам производства.

Во-вторых, 3д-принтеры для печати металлом существенно сокращают время производства той или иной детали. Для работы достаточно иметь объемную модель объекта, которую отправляют на печать. А весной 2017 года были созданы установки, печатающие алюминием, сталью и титаном в 100 раз быстрее аналогов. Осталось только дождаться их массового производства.

В-третьих, никакие механические методы обработки металла не позволят достичь той точности, которую обеспечивают аддитивные методы производства. Не зря же Управление по контролю продуктов и лекарств США одобрило использование напечатанных на 3d-принтерах металлических протезов для медицинских процедур. И еще год назад ученым удалось создать с помощью средств объемной печати реберную клетку имплант черепа из титана для больных раком.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector