Бухучет и налоги

3d принтер для изделий из металла. Лазерная и электронно-лучевая плавка

26.04.2019

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.

Промышленный 3D принтер по металлу EOSINT

Современная система 3D-моделирования из металла путём сплавления лазером металлических порошков. Промышленный 3D принтер по металлу EOSINT используется для изготовления моделей, прототипов деталей и вставок для пресс-форм. Предыдущая модель, 3D-принтер EOSINT M 270, получил заслуженное признание и стал лидером рынка эксклюзивной технологии послойного синтеза металлических деталей. Промышленный 3D принтер по металлу EOSINT 280 - новейшая усовершенствованная модель, позволяющая получить высококачественные металлические изделия, на основе исключительно данных CAD файла, в полностью автоматическом режиме. На изготовление изделия, которое может содержать неразъёмные шарниры, требуется всего несколько часов, без какой-либо дополнительной обработки.

Линейка 3D-принтеров компании EOS (Electro Optical Systems, Германия):

  • EOSINT P (полимеры)
  • EOSINT S (песок)
  • EOSINT M (металлы)

3D-принтеры для выращивания изделий из порошков

В этих машинах в качестве модельного материала используются порошки различных полимеров, гипсо-керамические композиции, силикатный и циркониевый песок, а также порошки металлов. Эти машины условно можно разделить на две группы. К первой группе относятся так называемые SLS-машины (SelectiveLaserSintering - послойное лазерное спекание), использующие для формирования слоя построения твердотельный или CO2-лазер. В данном случае, в отличие от SLA-процесса, лазерный луч является не источником света, а источником тепла. Попадая на тонкий слой порошка, лазерный луч спекает его частицы и формирует твердую массу, в соответствие с геометрией текущего сечения детали. В качестве материалов используются полиамид, наполненный полиамид (стекло- и алюминий-), полистирол, плакированный песок и порошки металлов.

Производители

Ведущими мировыми фирмами-изготовителями SLS-машин являются компании 3D Systems (США) и EOS (Германия). Модели из порошкового полистирола предназначены для получения отливок методом «выжигаемых моделей». После построения модель весьма хрупкая и требует бережного обращения. Для придания модели большей прочности ее пропитывают расплавленным парафином (инфильтрация), после чего модель готова для установки в опоку, заливки формовочной смесью и последующих технологических операций. В последнее время разработан порошковый полистирол, не требующий пропитки воском. Модели из полиамида применяется в качестве функциональных моделей, т. е. моделей способных выполнить свою функцию, как деталь машины или устройства. Этот материал удобен для изготовления моделей с целью отработки дизайна, контроля, проверки собираемости сложного узла или для проведения предварительных испытаний. Большие технологические возможности открывает использование, в частности и в SLS-машинах, песка в качестве рабочего материала. Песчаные формы и стержни весьма сложной конфигурации могут быть изготовлены непосредственно в машине без применения традиционной литейной оснастки. Ко второй группе относятся машины, работающие по принципу 3D-принтера (или по так называемой технологии Inkjet): на слой порошкового материала через многоструйную головку впрыскивается связующий состав. Ведущими производителями этого типа машин являются фирмы ZCorp (США), ProMetal (в составе компании ExOne, США), Voxeljet (Германия). Набор модельных материалов весьма разнообразен: гипс, керамика, гипсо-керамика, композитные порошки, в частности, на основе целлюлозы и эластомеров, литейный песок.

Промышленный 3D принтер EOSINT M 280 - видео

Промышленный 3D принтер моделей EOSINT P и EOSINT S

Фирма EOS (Electro Optical Systems GmbH, Германия) является признанным мировым лидером SLS-технологий. Компания производит широкую линейку SLS-машин, но в отличие от машин 3D Systems машины EOS не универсальны, а специализированы по модельным материалам. Машины, использующие полиамид и полистирол имеют индекс «P», машины, работающие с плакированным песком - индекс «S», машины, выращивающие изделия из металла - индекс «M». Это обстоятельство имеет и плюсы, и минусы.

Специализированные модели

С одной стороны универсальность - это всегда компромисс за счет качества конечного изделия. С другой стороны, специализация, хотя и повышает характеристики качества изделий, но существенно увеличивает стоимость комплекса оборудования в тех случаях, когда решение производственных задач требует изготовления моделей из разных материалов, как это часто бывает в тех областях, где RP-технологии получили наибольшее развитие - в авиации, автомобилестроении, медицине. Тем не менее, эти машины находят своих покупателей, как среди промышленных предприятий, так и научно-исследовательских организаций. EOS выпускает широкую линейку оборудования для изготовления прототипов. Индексы 100, 250, 390, 750 характеризуют размеры зоны построения. В машинах серии 700 используются два лазера, что позволяет существенно увеличить скорость построения модели. В качестве опций предлагается полный комплект оборудования для загрузки материалов, очистки и пост-обработки моделей. Так же, как и другие производители RP-машин, компания EOS в последние годы уделяет большое внимание разработке новых модельных материалов. EOS первой стала применять Alumid - нейлоновый порошок с алюминиевым наполнителем (30% по объему). Этот материал предназначен для моделей с повышенными требованиями к прочности.

Промышленный 3D принтер EOSINT S

Промышленный 3D принтер по металлу EOSINT EOS серии «S» успешно применяются на ряде литейных предприятий для изготовления песчаных форм для получения отливок из черных и цветных металлов. Применение их особенно эффективно при штучном или мало серийном производстве сложных отливок. Например, немецкая фирма ACTech, специализирующаяся на литье малых серий из стали и чугуна, закупила несколько машин EOSINT S и полностью отказалась от ручного труда по традиционной технологии изготовления песчаных форм по деревянным моделям. Сначала разрабатываются CAD-модели песчаной формы и стержней, затем они выращиваются на RP-машине, собираются, после чего производится заливка металла.

Такая технология зачастую позволяет сократить время от разработки конструкции изделия до получения отливки более чем в десять раз. Несмотря на относительно высокую цену, машины фирм 3D Systems и EOS отличаются высоким качеством, надежностью, производительностью при хорошо развитой сети сервисного обслуживания. Они ориентированы на широкий круг потребителей, на решение большинства самых разнообразных задач современного производства и поэтому занимают большую часть рынков машин класса «люкс» в Европы и США. Цена (EXW) SLS-машин EOS варьирует (в зависимости от модели, мощности лазера, размеров рабочей камеры, страны поставки, объема гарантийного и пост-гарантийного обслуживания, наличия дополнительного оборудования, количества расходных материалов и т. д.) от 230 до 850 тыс. евро.

Промышленный 3D принтер EOSINT M

Фирма EOS является пионером и одной из ведущих мировых фирм по разработке технологий Direct Metal Fabrication. Промышленный 3D принтер EOSINT M 280 позволяет строить детали из конструкционных и инструментальных сталей, нержавеющей стали, сплава инконель, композиции «кобальт-хром», и, как специальная опция - «титан-алюминий». Является одной из самых популярных и продаваемых машин категории DMF, по состоянию на начало 2013 года поставлено 150 машин, из них 36 за последний год.

В последнее время активно используется в медицинских целях: выращивание протезов, имплантантов, зубных коронок, мостов, брекетов и т. д. Это одна из первых в мире машин, которая стала позиционироваться не только как RP-машина, но и как AF-Additive Fabrication, машина, использующая аддитивные технологии для изготовления не прототипа, а промышленного образца, конечного изделия, т. е. функционирующей, как обычное производственно-технологическое оборудование.

Машины серии «M» применяются для изготовления пресс-форм широкого назначения, специальных инструментов, деталей из специальных сплавов для авиационной и аэрокосмической отраслей. Размеры зоны построения 250х250х215 мм. В зависимости от используемого материала скорость построения детали 7,2-72,0 см3/ч, толщина слоя построения 20 - 100 мкм, мощность лазера 200 Вт, диаметр пятна лазера 100-500 мкм. Потребителям предложены новые металлопорошковых композиции: сплав кобальт-хром (CoCr); сплавы титана; нержавеющие стали; сплав Inconel (жаропрочный сплав на никелевой основе), инструментальные стали.

Подготовка данных

  • PC с ситемой Windows
  • Программное обеспечение: EOS RP Tools; EOSTATE; Magics RP (Materialise)
  • Формат: STL (опция - конвертер из всех стандартных форматов)
  • Сеть: Ethernet
  • Сертификация: CE, NFPA

Цена

Era-3D предлагает комплексные решения в области аддитивного производства. Мы поставляем и обслуживаем 3Д-оборудование, а также самостоятельно моделируем проекты и выполняем 3D-печать металлом под заказ.

Большой выбор материалов, высокое качество готовых металлических изделий и оптимальные цены услуг – наши главные преимущества. Прямое сотрудничество с ведущими производителями отрасли позволяет делать 3Д-технологии более доступными. Подробнее ознакомиться с материалами и оборудованием для 3D-печати металлом можно в соответствующих разделах на сайте или в нашем демо-зале в Москве.

3D-печать: область применения металлических изделий

Технологии послойного синтеза активно применяются в современной промышленности:

    .в аэрокосмической и авиационной отрасли;
    .в автопроме;
    .на предприятиях ОПК.

3D-печать способствует повышению энергоэффективности производства, сокращению отходов и оптимизации веса готового металлического изделия.

В медицине особо востребованы импланты, стоматологические съемные и несъемные протезы, которые выполняются по аддитивной технологии. С применением 3Д-печати металлом, цены изделий становятся ниже, степень детализации значительно выше, а сам процесс производства значительно ускоряется.

Технологические особенности и материалы

Основные технологии, применяемые для построения 3D-моделей и готовой продукции из металла:

    .выборочная лазерная плавка SLM (Selective Laser Melting);
    .выборочное лазерное спекание SLS (Selective Laser Sintering);
    .прямое лазерное спекание DLMS (Direct Laser Metal Sintering);
    .прямая печать металлом DMP (Direct Metal Printing);
    .лазерное сплавление LC;
    .наплавление: Directed Energy Deposition (при помощи лазера) и Electron Beam Manufacturing (посредством электронного луча).

При необходимости опытные консультанты помогут подобрать подходящий порошковый металл, исходя из выбранной технологии и актуальных производственных задач. Это может быть:

    .кобальт-хром;
    .титан;
    .алюминий;
    .нержавеющая сталь и так далее.

Заказы на 3D-принтеры по металлу и расходные материалы принимаются онлайн, в телефонном режиме, а также непосредственно в демонстрационном зале в Москве.

Сегодня в 3D-печати нет более актуального тренда, чем металл. Мы расскажем про металлическую печать в домашних условиях, как это делается в промышленным масштабах, о технологиях, приложениях, принтерах, процессах, ценах и материалах.

Последние несколько лет 3D-печать металлом активно набирала популярность. И это вполне естественно: каждый материал предлагает уникальное сочетание практических и эстетических качеств, может подходить для широкого круга изделий, прототипов, миниатюр, украшений, функциональных деталей и даже кухонной утвари.

Причина, по которой 3D-печать металлом стала столь популярной, заключается в том, что напечатанные объекты можно выпускать серийно. На самом деле, некоторые из напечатанных деталей так же хороши (если не лучше), как и те, которые изготавливаются традиционными способами.

При традиционном производстве работа с пластиком и металлом может оказаться довольно расточительной — появляется масса отходов, используется немало лишнего материала. Когда авиапроизводитель делает детали из металла, до 90% материала просто обрезается. 3D-напечатанные металлические детали требуют меньше энергии, а количество отходов сокращается до минимума. Немаловажно и то, что конечный напечатанный 3D-продукт оказывается до 60% легче традиционной детали. На одной только авиационной промышленности — главным образом за счет снижения веса и экономии топлива — можно сэкономить миллиарды долларов.

Итак, что же нам надо знать про 3D-печать металлами?

3D-печать металлом в домашних условиях


Если вы хотите изготавливать дома объекты, которые будут выглядеть, как металлические, лучше всего обратить внимание на металлизированные PLA-филаменты (Фото: colorFabb)

С чего начать, если хочется печатать металлические объекты в домашних условиях? Учитывая экстремально высокую температуру, которая требуется для настоящей 3D-печати металлом, обычным FDM 3D-принтером сделать это не получится.

Едва ли в это десятилетие появится возможность печатать жидким металлом в домашних условиях. До 2020 года у вас, вероятно, не появится дома специализированного для этих целей принтера. Но через несколько лет, по мере развития нанотехнологий, мы можем стать свидетелями существенного развития новых приложений. Это может быть 3D-печать проводящим серебром, которое будет испускаться примерно так же, как это происходит в двумерных домашних принтерах. Станет возможным даже смешивать в одном объекте различные материалы вроде пластика и металла.

Материалы для металлической 3D-печати в домашних условиях

Даже несмотря на то, что вы не можете печатать в домашних условиях собственно металлические объекты, можно обратиться к пластиковому филаменту, в который добавлены металлические порошки. Bestfilament , ColorFabb , ProtoPasta и TreeD Filaments предлагают интересные композитные металло-PLA филаменты. Эти филаменты, содержащие значительный процент металлических порошков, остаются достаточно пластичными для того, чтобы ими можно было печатать при низкой температуре (от 200 до 300 по Цельсию) на практически любом 3D-принтере. В то же самое время они содержат достаточно металла, чтобы конечный объект выглядел, создавал тактильное ощущение и даже весил, как металлический. Филаменты на основе железа в определенных условиях даже ржавеют.

Но можно пойти и дальше. Обычно в филамент для 3D-печати добавляется до 50 процентов металлического порошка. В голландской компании Formfutura заявляют, что им удалось добиться 85-процентного содержания металлического порошка при 15 процентах PLA. Эти филаменты называются MetalFil Ancient Bronze и Metalfil Classic Copper . Ими можно печатать даже при «умеренных» температурах от 190 до 200 градусов Цельсия.


Катушки филамента для металлической 3D-печати, в данном случае от SteelFill и CopperFill colorFabb (Сталь и бронза), Ancient Bronze (Старинная бронза) от Formfutura

Вот ключевые моменты о металлической печати в домашних условиях

  • Получается уникальная металлическая поверхность и вид
  • Идеальный вариант для украшений, статуэток, бытовой утвари, реплик
  • Долговечность
  • Объекты не гибкие (зависит от структуры)
  • Объекты не растворяются
  • Не считаются безопасными для продуктов питания
  • Обычная температура печати: 195 — 220 °C
  • Крайне малая усадка при охлаждении
  • Подогрева стола не требуется
  • Сложность печати высокая, требуется тонкая настройка температуры сопла, скорости подачи, постобработки

Подготовка домашнего принтера к металлической 3D-печати

Поскольку получение металлических 3D-распечаток — дело более сложное, чем обычно, вам может понадобиться сделать апгрейд сопла 3D-принтера, особенно, если речь идет о принтере начального уровня. Металлический филамент быстро его изнашивает. Существуют износостойкие хот-энды (например, E3D V6), которые сами сделаны из металла. Они могут противостоять высоким температурам и подходят к большинству принтеров. Будьте готовы к тому, что сопла придется заменять часто, потому что металлический филамент очень абразивен.

Также вам нужно будет позаботиться о конечной доводке поверхности (чистке, зачистке, смазке, покрытии воском или грунтом), чтобы напечатанный металлический объект блестел как положено.

Почём металлический филамент для 3D-печати?

И почем же металлический филамент для 3D-печати? — спросите вы. Вот несколько примеров:

  • 500-граммовая катушка BFSteel и BFBronse от Bestfilament стоит 1600-1800 ₽
  • 750-граммовая катушка Bronzefill от ColorFabb стоит $56,36
  • 750-граммовая катушка Copperfill от ColorFabb стоит $56,36
  • PLA-композит Polishable Stainless Steel от Protopasta стоит $56 за 56 граммов
  • PLA-композит Rustable Magnetic Iron от Protopasta стоит $34.99 за 500 граммов

Металлическая 3D-печать в промышленности

Но что если вам требуется более качественный результат или даже полностью металлическая 3D-печать? Следует ли для бизнес-нужд приобретать реально «металлический» 3D-принтер? Мы бы не советовали — если только вы не собираетесь заниматься этим каждый день. Стоит профессиональный 3D-принтер металлом дорого: аппараты фирм EOS или Stratasys обойдутся вам в 100-500 тысяч долларов. Кроме того, расходы окажутся еще больше, поскольку вам придется нанять оператора, работника для обслуживания аппарата, а также для конечной доводки распечаток (полировки, например). Просто отметьте для себя: в 2016 году приемлемого по цене металлического 3D-принтера не существовало.

Снижаем затраты на металлическую 3D-печать

В случае если вы не собираетесь открывать дело по 3D-печати металлом, но вам всё же требуется профессионально выполненная на 3D-принтере металлическая деталь, лучше обратиться в соответствующую фирму, которая оказывает такие услуги. Сервисы 3D-печати, подобные Shapeways, Sculpteo и iMaterialise, предлагают прямую печать металлом.

В настоящее время при 3D-печати они работают со следующими металлическими материалами:

  • алюминий
  • сталь
  • латунь
  • бронза
  • стерлинговое серебро
  • золото
  • платина
  • титан

Если вы ювелир, вы можете также заказать восковые модели для отливки из благородных металлов.

Если говорить о восковых моделях, то в большинстве случаев именно они (с последующим расплавлением) используются при печати металлами (включая золото и серебро). Не все заказы выполняются непосредственно этими фирмами. Обычно, чтобы выполнить заказ, они обращаются к другим компаниям, специализирующимся на металлической 3D-печати. Впрочем, число подобно рода сервисов во всем мире быстро растет. Кроме того, техника для 3D-печати металлом получает все большее распространение в фирмах, которые предлагают такие услуги.

Причина, по которой крупные компании так полюбили 3D-печать, заключается в том, что на ее основе можно построить полностью автоматизированные линии, выпускающие «топологически оптимизированные» детали. Это означает, что появляется возможность точно выделять исходные материалы и делать компоненты толще лишь в том случае, если они должны выдерживать большие нагрузки. В целом масса деталей существенным образом уменьшается, а их структурная целостность при этом сохраняется. И это не единственное преимущество данной технологии. В некоторых случаях продукт получается существенно дешевле и доступным по цене практически всем.

Имейте, пожалуйста, в виду, что 3D-печать металлом требует для моделирования специальных CAD-программ. Стоит обратить внимание на рекомендации Shapeways — 3D printing metal guidelines . Чтобы еще больше углубиться в тему, посмотрите Statasys’ information по соответствующим 3D-принтерам и нюансам металлической 3D-печати.

Вот несколько примеров цены тестовой модели Benchy при металлической 3D-печати:

  • Металлический пластик: $22,44 (бывший алюмид, PLA с алюминием)
  • Нержавеющая сталь: $83,75 (плакированная, полированная)
  • Бронза: $299,91 (сплошная, полированная)
  • Серебро: $713,47 (сплошная, зеркальной полировки)
  • Золото: $87,75 (плакированная золотом, полированная)
  • Золото: $12 540 (сплошная, золото 18 карат)
  • Платина: $27 314 (сплошная, полированная)

Как и следовало ожидать, что цены на сплошную металлическую 3D-печать довольно высоки.

Металлическая 3D-печать. Применения


Детали авиадвигателя GE LEAP, напечатанные на 3D-принтере на фабрике Avio Aero (Фото: GE)

Есть несколько отраслей, в которых уже применяются 3D-принтеры для изготовления объектов повседневного пользования — вы можете даже не знать, что эти объекты напечатаны.

  • Наиболее распространенный случай — хирургические и зубные импланты, которые в таком исполнении сегодня считаются лучшим вариантом для пациентов. Причина: они могут быть приспособлены под индивидуальные особенности.
  • Другая отрасль — ювелирное дело. Тут большинство производителей отказались от 3D-печати смолой и восковой отливки, переключившись непосредственно на металлическую 3D-печать.
  • Кроме того, аэрокосмическая отрасль становится все более и более зависимой от напечатанных металлических 3D-объектов. Итальянская компания Ge-AvioAero была первой, которая занялась цельнометаллической 3D-печатью. Она производит компоненты для авиадвигателей LEAP .
  • Еще одна отрасль, нацеливающаяся на металлическую 3D-печать — это автомобилестроение. BMW, Audi, FCA серьезно рассматривают эту технологию, причем не только для прототипирования (для этого 3D-печать применяется уже довольно давно), но и для изготовления реальных деталей.

Однако прежде, чем металлическая 3D-печать по-настоящему пойдет на взлет, придется преодолеть некоторые препятствия. И в первую очередь это — высокая цена, которую не получается сделать ниже, чем при формовке. Также проблемой является низкая скорость изготовления.

3D-печать металлом. Технологии


Большинство процессов 3D-печати металлом начинается с «атомизированного» порошка

Можно много говорить про «металлические» 3D-принтеры, но главными их проблемами остаются те же, что и у любых других 3D-принтеров: программные и аппаратные ограничения, оптимизация материалов и мультиматериальность. Мы не будет особо говорить о программном обеспечении, скажем только, что большинство крупных профильных софтверных компаний, таких как Autodesk, SolidWorks и solidThinking, стараются максимально упирать на то обстоятельство, что в результате процесса 3D-печати металлом можно получить какую угодно форму.

В целом, металлические напечатанные детали могут быть такими же прочными, как и детали, изготовленные по традиционным процессам. Детали, выполненные по технологии DMLS, имеют механические свойства, эквивалентные литью. Помимо этого, пористость объектов, выполненных на хорошем «металлическом» 3D-принтере, может достигать 99,5%. Вообще-то, производитель Stratasys утверждает, что 3D-напечатанные металлические детали при проверке на плотность показывают результаты выше промышленных стандартов.

3D-напечатанный металл может иметь разное разрешение. При самом высоком разрешении толщина слоя составляет 0,0008 — 0,0012", а разрешение по X/Y — 0,012 - 0,016". Минимальный диаметр отверстия — 0,035 — 0,045".

Давайте, впрочем, рассмотрим, какие бывают технологии металлической 3D-печати.

Процесс металлической 3D-печати №1:


Процесс металлической 3D-печати, который сегодня применяется большинством соответствующих крупных компаний, называется Powder Bed Fusion. Это название указывает на то, что некий источник энергии (лазер или другой энергетический пучок) расплавляет «атомизированный» порошок (т.е. такой металлический порошок, который тщательно измельчен на сферические частицы), в результате чего получаются слои печатаемого объекта.

В мире существует восемь крупных производителей металлических 3D-принтеров, в которых уже применяется данная технология; пока мы тут рассуждаем, таких компаний становится больше и больше. Большинство из них находится в Германии. Их технологии называются SLM (Selective Laser Melting — селективное лазерное сплавление) или DMLS (Direct Metal Laser Sintering — прямое лазерное спекание металлов).

Процесс металлической 3D-печати №2:


При 3DP-технологии ExOne металлические объекты печатаются за счет связывания порошка перед его обжигом в горне (фото: ExOne)

Другой профессиональный подход, при котором также применяется порошковая основа, называется Binder Jetting. В этом случае слои формируются за счет склеивания металлических частиц и дальнейшего их спекания (или сплавления) в высокотемпературном горне — точно так же, как это делается с керамикой.

Еще один вариант, который тоже похож на работу с керамикой, это замешивание металлического порошка в металлическую пасту. 3D-принтер с пневматическим экструдированием (похожий на шприцевый биопринтер или недорогой пищевой принтер) формирует 3D-объекты. Когда требуемая форма достигнута, объект отправляется в печь, т.е. в горн.

Этот подход применяется в Mini Metal Maker , видимо, единственном недорогом «металлическом» 3D-принтере.

Процесс металлической 3D-печати №3:


Может показаться, что единственный процесс 3D-печати, который остается в стороне от работы с металлами, это послойное наплавление. Это не совсем так. Разумеется, на каком-то настольном устройстве просто наплавлять металлические нити на основу не получится. Однако очень крупные металлургические компании это могут. И делают. Есть два варианта работы при «наплавлении металла».

Один называется DED (Directed Energy Deposition — осаждение материала при помощи направленного энергетического воздействия) или Laser Cladding (лазерное плакирование, наплавка). Здесь для расплавления металлического порошка, который медленно выпускается и застывает в виде слоя, применяется лазерный луч, а порошок подается при помощи роботизированной руки.

Обычно весь процесс идет в закрытой камере, но в проекте MX3D при строительстве полноразмерного моста использованы приемы привычной 3D-печати. Другой вариант наплавления металла называется EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing — аддитивная технология электронного пучка), который по сути является пайкой, при которой для расплавления 3-миллиметровой титановой проволоки применяется очень мощный электронный пучок, а расплавленный металл образует очень крупные готовые структуры. Что касается этой технологии, то ее подробности известны пока только военным.

Металлическая 3D-печать. Металлы

Чистый титан (Ti64 или TiAl4V) — один из наиболее часто применяемых для 3D-печати металлов, он определенно один из самых универсальных, он прочен и легок. Титан задействуется как при процессе расплавления в заранее сформированном слое, так и при процессе разбрызгивания связующего вещества и применяется главным образом в медицинской промышленности (для изготовления персональных протезов), а также в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении и в станкостроении (для изготовления деталей и прототипов). Но есть одна проблема. Титан очень химически активен и в порошкообразном виде легко взрывается. Поэтому необходимо, чтобы титановая 3D-печать проходила в вакууме или в аргоновой среде.

Нержавеющая сталь — один из наиболее дешевых металлов для 3D-печати. В то же время она очень прочна и может применяться в широком спектре производственных и даже художественно-дизайнерских приложений. Используемый тип стального сплава содержит также кобальт и никель, его очень трудно сломать, при этом он обладает очень высокой эластичностью. Нержавеющая сталь используется почти исключительно в промышленности.

Инконель — это суперсплав, выпускаемый компанией Special Metals Corporation, ее зарегистрированная торговая марка. Сплав состоит в основном из никеля и хрома и очень термостоек. Поэтому его применяют в нефтяной, химической и аэрокосмической (для черных ящиков) отраслях.

Из-за легкости и многофункциональности алюминий очень популярен в 3D-печати. Обычно используются сплавы на основе алюминия.

Этот сплав обладает очень высокой удельной прочностью (т.е. прочностью, деленной на плотность, что в целом показывает силу, которую требуется приложить на единицу площади для разрыва). Он чаще всего используется в производстве турбин, зубных и ортопедических имплантов, везде, где 3D-печать стала доминирующей технологией.

За некоторыми исключениями медь и бронза применяются в процессах воскового выплавления, в процессе расплавления в слое — редко. Дело заключается в том, что эти металлы не очень подходят для промышленности, они чаще применяются при изготовлении произведений искусства и поделок. На colorFabb предлагаются оба металла — в качестве основы специального металлического филамента.

Железо, в т.ч. магнитное, тоже в основном используется как добавка к филаментам на базе PLA, которые производятся, например, ProtoPasta и TreeD.

Большинство компаний, занимающихся процессом расплавления в заранее сформированном слое, могут задействовать при 3D-печати такие благородные металлы, как золото, серебро и платину. Здесь наряду с сохранением эстетических свойств материалов важно добиться оптимизации работы с дорогим исходным порошком. 3D-печать благородными металлами требуется для ювелирного дела, медицинских приложений и электроники.

Металлическая 3D-печать. Принтеры

Даже не сомневайтесь — приобретение металлического 3D-принтера не пройдет бесследно для вашего бюджета. Обойдется он как минимум в 100-250 тысяч долларов. Приводим список разнообразных «металлических» принтеров, некоторые из которых можно встретить в фирмах, предоставляющих услуги 3D-печати.

Металлический 3D-принтер №1:

Sciaky EBAM 300 — печать металлическим филаментом

Если вам требуется печатать по-настоящему крупные металлические конструкции, лучше всего остановить свой выбор на Sciaky’s EBAM technology . По заказу может быть выстроен аппарат практически любых размеров. Такая техника используется главным образом в аэрокосмической отрасли и военными.

Самый крупный из серийных принтеров Sciaky — это EBAM 300. Он печатает объекты в объеме 5791 × 1219 × 1219 мм.

В компании утверждают, что EBAM 300 является также одним из самых быстрых имеющихся в продаже промышленных 3D-принтеров. Трехметрового размера титановая деталь для самолета печатается на нем за 48 часов, при этом расход материала составляет около 7 кг в час. Вообще, кованные детали, на которые обычно уходит 6-12 месяцев, на этом 3D-принтере могут быть сделаны за 2 дня.

Применяемая в Sciaky уникальная технология использует высокоэнергетический электронный пучок, который плавит 3-миллиметровый титановый прут, стандартная скорость наплавления составляет от 3 до 9 кг в час.

Металлический 3D-принтер №2:

Fabrisonic UAM — ультразвуковая 3D-печать

Другой способ печати крупных металлических деталей — UAM (Ultrasound Additive Manufacturing Technology — ультразвуковая аддитивная технология) от Fabrisonic. Аппараты этой фирмы представляют собой трехосные фрезы с ЧПУ, к которым добавлены сварочные головки для аддитивности процесса.

Металлические слои сначала разрезаются, а потом свариваются ультразвуком. Самый большой принтер Fabrisonic 7200 работает в объеме 2 × 2 × 1,5 м.

Металлический 3D-принтер №3:

Самый крупный на рынке 3D-принтер, работающий с металлическим порошком, — это Concept Laser XLine 1000 . Он имеет объем моделирования — 630 × 400 × 500 мм, а сам размером с дом.

Выпускающая его немецкая компания, один из главных поставщиков 3D-принтеров для аэрокосмических гигантов вроде Airbus, недавно представила новый аппарат — Xline 2000.

В этом оборудовании задействовано два лазера, а рабочий объем составляет 800 × 400 × 500 мм. Используется лазерная технология LaserCUSING (вариант селективного лазерного сплавления) от Concept Laser, которая позволяет печатать сплавами стали, алюминия, никеля, титана, благородных металлов и даже некоторыми чистыми веществами (титан и высокосортная сталь).

Металлическая 3D-печать. Сервисы

В мире существует более 100 компаний, предлагающих услуги металлической 3D-печати. Перечислим наиболее популярные сервисы для потребительских нужд.

Сервис металлической 3D-печати №1: Shapeways

Самый популярный в мире сервис 3D-печати Shapeways предлагает два вида услуг. Как потребитель вы можете сделать свой выбор среди большого ассортимента профессионально спроектированных объектов, кастомизировать их, после чего заказывать их печать по вашим спецификациям. Как и другие сервисы 3D-печати, Shapeways предлагает площадку для дизайнеров, чтобы они могли продавать и печатать свои работы. Shapeways также хорошее место для быстрого прототипирования: клиенты выигрывают за счет принтеров промышленного уровня (EOS, 3D Systems) и персональной технической поддержки.

Металлы для 3D-печати: алюминий, латунь, бронза, золото, платина, плакировка благородными металлами, серебро, сталь. Предлагаются также восковые формы для ювелирных целей.

Сервис металлической 3D-печати №2: Sculpteo

Подобно Shapeways и i.materialise, Sculpteo — онлайн-сервис 3D-печати, который позволяет каждому желающему закачивать 3D-модели и направлять их на изготовление из широкого спектра материалов. Как и конкуренты, Sculpteo предоставляет свою площадку для любителей и профессионалов, которые могут демонстрировать и продавать свои дизайнерские решения. В конюшне принтеров Sculpteo — высокопрофессиональные машины от 3D Systems, EOS, Stratasys и ZCorp. Обширная техническая документация поможет выявить недочеты в дизайне и подобрать для проекта правильный материал.

Металлы для 3D-печати: алюмид (пластик с частицами алюминия), латунь, серебро.

Сервис металлической 3D-печати №3: iMaterialise

Materialise — это компания, которая работает с промышленными клиентами, занимаясь прототипированием 3D-печатной продукции. Для простых пользователей и дизайнеров Materialise предлагает онлайн-сервис 3D-печати под названием i.materialise. Как и в случае Shapeways, этот сервис позволяет всем закачивать свои 3D-проекты и распечатывать их. Как только объект загружен и успешно напечатан, дизайнер может выставить его на продажу либо в галерее онлайн-магазина i.materalise, либо встроив определенный код в свой сайт.

Металлы для 3D-печати: алюмид (пластик с алюминиевым порошком), латунь, бронза, медь, золото, серебро, сталь, титан.

Сервис металлической 3D-печати №4: 3D Hubs

Через 3D Hubs вы можете искать частных лиц и фирмы, которые в вашем регионе предлагают услуги 3D-печати, закачивать STL-файлы (которые немедленно оцениваются на предмет недочетов) и непосредственно связываться с поставщиками услуг для выполнения работы. Онлайн-услуга 3D-печати позволяет также сортировать предложения по материалам, клиентскому рейтингу, удаленности и множеству других параметров. Какой бы объект вы ни пожелали напечатать, скорее всего, найдется кто-то неподалеку, кто сможет это сделать. Значительное количество материалов может быть напечатано в промышленном качестве, у таких материалов в поле поиска имеется пометка HD.

Металлы для 3D-печати: алюминий, бронза, кобальт-хром, нержавеющая сталь, титан.

В современной жизни уже ни кого не удивишь 3D принтером, который способен создавать объемные модели из пластика. Однако в тех случаях, когда необходимо создать модель, обладающую высокой прочностью, то такой принтер не поможет. Для этих целей существует промышленный 3D принтер по металлу, который отличается высокой точностью и скоростью создания моделей из металла.

1. Что такое 3D принтер

Трехмерная печать – это последнее слово техники. Все мы знакомы с обычным принтером, на котором можно распечатать текст или изображение. Принцип работы 3D принтера схож с устройством для двухмерной печати. Разница заключается только в том, что 3Д принтер печатает в трех плоскостях. Другими словами трехмерный принтер способен распечатать практически любой объемный предмет. Для получения нужной детали вам потребуется смоделировать ее при помощи специального программного обеспечения.

1.1. Принцип работы 3D принтера по металлу

Принцип работы трехмерного принтера по металлу заключается в сплавлении лазером гранул специального металлического порошка.

Стоит отметить, что 3Д принтер по металлу существенно сокращает сроки изготовления деталей, ведь для получения моделей, имеющих сложную форму традиционным способом, потребуется достаточно много времени. Помимо этого потребуется применение специальных форм для литья либо высокоточная обработка. Очевидно, что все это требует достаточно больших затрат времени, а также финансов. Это и есть основная задача трехмерного принтера – ускорить и упростить производство деталей из металла.

В процессе изготовления нужной детали 3D принтеры по металлу используют большое количество слоев из металлической пудры. При дальнейшей обработке эта пудра сплавляется в одно целое изделие под воздействием высоких температур.

Как вы уже знаете, изготовление детали начинается с изготовления ее модели на компьютере. После того как деталь смоделирована, работник приступает к подготовке принтера. Для начала запускается электронагреватель, после чего специальный металлический порошок засыпается в форму. Далее форма устанавливается на свое место, после чего металлическим порошком заполняется питающая коробка.

Далее 3Д принтер для металла разравнивает верхний слой порошка, который расположен в форме. Для того чтобы придать будущей детали требуемую форму используется специальное связующее вещество, которое подается на печатающие головки по трубкам. Печатные головки, выполняя команды компьютера, движутся по заданной траектории, распыляя тончайший слой связывающего вещества строго в тех местах, где это необходимо.

После того, как очередной слой закончен, металлическая пудра высушивается при помощи специальных нагревателей, которые расположены над формой. После этого вал наносит тонкий слой металлического порошка, и печатающая головка накладывает очередной слой связующего вещества. Стоит отметить, что слой металлической пудры составляет доли миллиметра.

Таким образом, формируется требуемый объект. После завершения печати потребуется провести укладочный процесс – форма с распечатанной деталью помещается в особую печь. Температура в этой печи держится на уровне 180˚С. По прошествии некоторого времени (до 24 часов), жидкость испаряется, а связующее вещество затвердевает. Излишки пудры, оставшиеся на поверхности, убираются путем обдува. После этого все еще хрупкие и пористые детали подвергаются процессу насыщения бронзой. В специальном контейнере, который заполнен оксидом алюминия. Оксид необходим для поддерживания детали в процессе насыщения. После этого в контейнер засыпается бронзовая пудра, и все это помещается в печь на сутки.

Конечно, такой процесс требует достаточно много времени. Однако все же этот метод изготовления деталей из металла существенно быстрее традиционных.

2. 3D принтер печатает металлом: Видео

2.1. Металлический порошок для 3D принтера

Как вы уже знаете, для работы 3D принтеры по металлу используют специальный металлический порошок. Это специальная измельченная пудра из нержавеющей стали. Для того чтобы гранулы не слипались, пудра постоянно подогревается. Однако для трехмерной печати могут использовать и другие порошки – от олова и алюминия, до титана. Для запекания и сплавления гранул пудры между собой промышленный 3D принтер по металлу оснащен специальным лазером, который способен разогревать порошок до достаточно высокой температуры.

Вид порошка выбирается в зависимости от того, в каких условиях будет использоваться готовая деталь. Так, не все модели, которые были изготовлены на 3D принтере по металлу, являются на 100% металлическими.

2.2. 3D принтер печатающий металлом и его преимущества

Современная технология трехмерной печати – это оптимальное решение для реализации многих задач. Во-первых, как уже говорилось, данная технология позволяет существенно экономить время для производства деталей. Кроме этого итоговые детали имеют высокую точность. Помимо всего прочего к преимуществам 3D печати можно отнести следующее:

  • 3D принтер для печати металлом одинаково легко изготавливает детали любой сложности;
  • Низкая стоимость расходных материалов (металлических порошков);
  • Работе с принтером для печати металлом достаточно просто научиться, для этого требуется минимальное количество времени;
  • Наладка и диагностика 3D принтера осуществляется в автоматическом режиме;
  • Принтер для трехмерной печати крайне просто в управлении. Кроме этого в процессе работы не выделяется никаких запахов или шумов;
  • 3D принтер для металла способен выполнять цветную печать. При этом качество и глубина цвета абсолютно не уступают обычным принтерам;
  • Для изготовления деталей используются только экологичные и безопасные материалы.

Кроме приведенного списка современные 3Д принтеры по металлу имеют еще массу преимуществ. Это объясняет весьма высокий спрос. Стоит учитывать, что технологии не стоят на месте, трехмерная печать постоянно развивается и улучшается, и в некоторых случаях уже сегодня она способна заменить традиционные методы изготовления деталей из металла.