Технології

3D принтер по металу: види, особливості

В даний час 3d друк металом розглядається, як одна з найбільш перспективних технологій, яка в недалекому майбутньому може витіснити сучасні методи прототипування.

Дослідники ретельно працюють над тим, щоб найближчим часом принтери, які друкують металом, з’явилися на будівельних майданчиках, в металургійній промисловості та на харчовому виробництві.

Вам не здається, що творці «Термінатора» змогли передбачити майбутнє?

Вам не здається, що творці «Термінатора» змогли передбачити майбутнє?

 

Тільки уявіть, як зміниться наш світ на краще, якщо кожен з нас зможе налагодити виробництво металевих споруд і конструкцій у себе вдома.

Говорити про перспективи металлопечаті можна нескінченно, але для початку краще докладніше розібратися з тим, що являють собою сучасні 3D принтери для друку металом.

Ще недавно лиття, розглядалося як єдиний недорогий і вигідний з економічної точки зору метод виготовлення тривимірних металоконструкцій.

З появою FDM принтерів його гегемонія кілька похитнулася, однак на початку двохтисячних років мало хто вірив в те, що технологія тривимірного друку еволюціонує до такого ступеня, що на порядку денному постане питання про комплексне реформатірованіі металургійної промисловості.

Принцип пошарового вирощування об’ємного об’єкта спочатку використовувався тільки при створенні апаратів, що працюють з пластиком і глиною.

Минуло чимало часу, перш ніж з’явився 3d принтер по металу, здатний надати гідну конкуренцію традиційним методам металлопроизводства.

Технології 3д друк металом:

На даний момент існує всього декілька технологій, які використовуються для друку металом: лазерні 3d принтери та струменеві. Обидві вони мають на увазі акуратне і поступове нашарування «чорнила» шар за шаром для побудови заданої фігури. Проте, інженери знайшли відразу кілька способів, що дозволяють виростити твердий об’єкт на платформі побудови.

Селективне лазерне спікання

Технологія SLS, також відома під назвою Direct metal laser sintering, дозволяє створювати металеві об’єкти з плавкого порошку – металевої глини. Вперше даний матеріал був показаний в 1990 році в Японії. Тоді його використовували для ліплення примітивних форм. У промисловості застосовувати його стали лише через десять років після відкриття.

Металлогліна виготовляється з суміші металевої стружки, органічного сполучного речовини і води. При обпаленні сполучна речовина і вода вигорають, що перетворює металевий порошок в монолітний об’єкт.

Свіжонадруковані деталі методом Direct metal laser sintering:

Для обробки металлогліни SLS-принтери використовують лазер. Порошок наноситься на поверхню платформи рівним шаром, після чого розгладжується спеціальним валіком.Затем лазерне випромінювання коригує шар металлогліни так, як це запрограмована в шаблоні.

Процес повторюється раз за разом, поки фігура не придбає потрібні розміри. Друк проходить в спеціальній камері з безкисневому середовищем, в якій постійно підтримується висока температура. Технологія SLS-друку наочно продемонстрована на відеоролику, представленому нижче:

Інженери стверджують, що вироби, виготовлені за допомогою селективного лазерного спікання, перевершують металеві заготовки, створені традиційним методом, за такими параметрами, як пористість і міцність.

Що цікаво, промисловий лазерний 3D принтер вже використовуються такими гігантами, як General Electric Aviation.

Електронно-променева плавка

 
Технологія EBM по суті, практично не відрізняється від SLS / DMLS друку металом. Єдина відмінність електро-променевої плавки полягає в тому, що замість лазерного променя, металлогліна плавиться за допомогою спрямованих електроімпульсів.

Використання електронних пучків високої потужності, що діють в вакуумі, забезпечує більш високу деталізацію друкованих об’єктів. Це пояснюється тим, що коригування електронного променя здійснюється не за рахунок руху друкованої головки, а за допомогою маніпуляції магнітними полями, тобто на набагато більш точному рівні.

Промисловий 3D принтер Arcam Q10:

Використання електромагнітних компонентів замість лазерних лінз робить EBM принтери більш рентабельними в порівнянні з лазерним устаткуванням. Крім того, вони забезпечують більш високу продуктивність. Подивитися, як працює апарат даного типу можна на відео:

Варто відразу сказати, що вищеназвані технології далекі від своєї межі і можуть стати ще краще. Незважаючи на те, що конструктори використовують високоточне обладнання, яке перевершує традиційні методи обробки металу, при проектуванні макетів друкованих виробів доводиться враховувати усадку від 8% до 30%. Це пояснюється фізичними властивостями «чорнила».

Крім цього, не варто забувати, що EBM і SLS / DMLS машини комплектуються германієвими і алмазними лінзами, складними електромагнітними пристосуваннями і посрібленими або позолоченими дзеркалами, через що вартість обладнання робить його покупку рентабельною тільки для великих промислових центрів.

Струйне моделювання методом наплавлення

Технологія FDM або fused deposition modeling використовується переважно в принтерах, які працюють з пластиком, воском і смолами.

Принцип робіт пристроїв, що використовують дану технологію досить простий: розплавлений матеріал видавлюється через екструдер на охолоджену платформу побудови, де він застигає, шар за шаром формуючи потрібний об’єкт. 3d друк з металу способом наплавлення розглядається як найпростіший з доступних нині методів друку металом. Звичайно, вона не позбавлена ​​недоліків.

Незважаючи на велику кількість «чорнила», доступних у вигляді металлогліни (мідь, сталь, залізо, бронза, срібло і золото), існуючі FDM обладнання не здатна друкувати металеві об’єкти з високою чіткістю і деталізацією.

Серед пристроїв, що працюють за схожим принципом, можна виділити The Mini Metal Maker.

Нижче додається відео, на якому детально продемонстрований процес друку металом за допомогою даного апарату:

Цілком можливо, що 3d принтер метал в доступному для огляду майбутньому з’явиться в будинку кожного охочого. Про це говорить стрімкий розвиток галузі: вже сьогодні такі промислові кити, як General Electric, Mitsubishi, Boeing, General Motors і Lockheed Martin використовують на виробництві EBM і SLS / DMLS принтери.
У компаніях запевняють, 3D друк допомагає їм економити значні грошові суми і істотно розширити можливості конвеєрного виробництва комплектуючих.

Навряд чи компанії 3D Systems і Arcam, яким належить першість в даній сфері, зможуть залишатися монополістами на ринку довгий час і диктувати споживачам свої ціни.

У 2015 році закінчується більшість патентів, що згідно з базовими законами ринкової конкуренції зробить «домашні фабрики» з виробництва металоконструкцій доступними для побутового використання.