в чем заключаются основные недостатки 3d печати металлическими материалами

Основные проблемы 3D-печати металлом по технологии SLM (Селективного лазерного плавления)

За последние годы 3D-печать металлом по технологии селективного лазерного плавления (SLM) существенно заявила о себе, все больше предприятий осваивают технологию и применяют ее в своих разработках. Как у любой технологии производства, помимо преимуществ, таких как скорость получения заготовок и производство сложных элементов, существует и ряд проблем, которые требуется решать в процессе 3D-печати металлом. В данной статье будут рассмотрены основные проблемы, с которыми сталкиваются при 3D-печати металлом по технологии SLM и способы их решения.

Проблемы при 3D-печати металлом по технологии SLM

Пористость

Металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, часто имеют повышенную пористость, которая возникает во время печати. Эти поры снижают усталостные характеристики и механические свойства получаемых изделий, поскольку они действуют как концентраторы напряжений, что приводит к снижению пластичности. Как правило, основными причинами появления высокой пористости в 3D-печатных металлических деталях являются процесс 3D-печати, либо металлический порошок.

При распылении порошка внутри частиц могут образоваться газовые поры, которые при использовании такого порошка остаются в выращиваемой детали. Но наиболее распространенным источником образования пор является процесс 3D-печати. При плавлении порошка под воздействием слишком высокой плотности энергии происходит чрезмерное испарение материала и образование брызг, что приводит к появлению пор с формой замочной скважины. С другой стороны, при недостаточной плотности энергии металлический порошок не плавится нужным образом, и появляются нерасплавленные участки.

Как уменьшить пористость металлических деталей

Существует несколько способов снизить пористость при 3D-печати металлических деталей:

— Проводить входной контроль металлических порошков, используемых в работе;

— Покупать сырье у проверенных поставщиков и производителей;

— Пористость, возникающая в процессе 3D-печати может быть устранена или уменьшена путем подбора оптимальных режимов работы лазера (скорость, мощность лазера, расстояние между треками и т.д.);

— Пористость может быть снижена с помощью методов последующей обработки, таких как горячее изостатическое прессование (ГИП).

Плотность

Пористость детали напрямую оказывает влияние на плотность детали. В настоящее время подобранные режимы на оборудовании SLM позволяет достичь плотности более 99% у выращенных деталей.

Как увеличить плотность деталей

На плотность деталей оказывает влияние распределение частиц в металлическом порошке, их форма и размер. Сферические частицы улучшают текучесть порошка и более плотно могут компоноваться. Широкий гранулометрический состав позволяет плотнее скомпоновать частицы. При хорошей текучести порошка формируется равномерный слой. Чем плотнее слой металлического порошка, тем плотнее выращенная деталь. Поэтому необходимо использовать оптимизированные металлические порошки.

Остаточное напряжение

Во время процесса SLM из-за разницы температур между слоями, которые испытывают тепловое воздействие от лазерного излучения, и теми частями изделия, которые этому воздействию уже не подвергаются, развиваются в изделии остаточные напряжения. Этот механизм может привести к образованию трещин и расслаиванию деталей.

Снижение остаточного напряжения

Проблема остаточных напряжений, способных разрушить деталь, решается следующими способами:

— Использование поддерживающих структур для быстрого и эффективного отвода тепла;

— Оптимальная ориентация деталей в камере построения для уменьшения площади сплавляемых сечений;

— Подогрев платформы построения. На современном оборудовании, например, SLM 280 HL платформа построения подогревается до 200 0 С, что снижает температурный градиент и уменьшает остаточные напряжения;

— Проведение термообработки для снятия внутренних напряжений. Выращенные детали, закрепленные поддерживающими структурами на платформе построения, помещаются в печь и выдерживаются согласно режимам;

— Использование «шахматной» стратегии лазерного сканирования. Данная стратегия работает путем разделения сканируемой области на квадраты заданного размера, что позволяет уменьшить размер сканируемых сечений и уменьшить длину вектора сканирования. Эта стратегия доступна в программном обеспечении процессов для современных металлических 3D-принтеров.

Растрескивание и коробление

Остаточные напряжения может приводить к растрескиванию деталей и их деформации. При остывании детали происходит сжатие, вследствие чего края детали скручиваются и деформируются. При этом процессе возможен отрыв детали от поддерживающих структур или деформация платформы построения, что чаще всего приводит к остановке процесса печати.

Если внутренние напряжения превышают прочность детали, образуются трещины.

Решение проблем с растрескиванием и короблением

Существует несколько способов решения проблем с растрескиванием и короблением при селективном лазерном плавлении:

— Подогрев платформы построения. На современном оборудовании, например, SLM 280 HL платформа построения подогревается до 200 0 С, что снижает температурный градиент и уменьшает остаточные напряжения;

— Проведение термообработки для снятия внутренних напряжений. Выращенные детали, закрепленные поддерживающими структурами на платформе построения, помещаются в печь и выдерживаются согласно режимам;

— Правильно разместить поддерживающие структуры, в нужном количестве и в правильных местах.

Постобработка и шероховатость поверхности

Как правило, металлические детали после выращивания должны пройти некоторую постобработку: удаление порошка, термообработку, удаление поддерживающих структур, финишную обработку. Наибольшую проблему представляет процесс удаления поддерживающих структур, так как поддержки удаляются вручную и на детали могут быть области со сложным доступом для удаления поддержек. Для преодоления данной проблемы детали перед печатью подвергаются оптимизации конструкции, чтобы избежать лишнего объема поддерживающих структур.

Другой проблемой является шероховатость поверхности. У выращиваемых деталей боковая поверхность обычно имеет шероховатость Ra10-12. Для улучшения показателей используется пескоструйная обработка, шлифовка и полировка.

Выводы

Процесс 3D-печати металлами по технологии SLM имеет ряд проблем, которые можно избежать, обладая значительными знаниями о процессе и опытом. Каждая деталь имеет свои уникальные особенности, и для преодоления каких-то проблем и успешного построения может потребоваться несколько запусков.

Источник

5 особенностей металлических порошков для 3D-печати

Одно из важных преимуществ технологии 3D-печати металлами – возможность создать изделие из практически любого сплава. Помимо стандартных металлов существует широкая номенклатура специальных сплавов – уникальных высокотехнологичных материалов, которые производятся под определенные задачи заказчика.

Наиболее прогрессивная и популярная из технологий 3D-печати металлами – селективное лазерное плавление (SLM/DMP). Она заключается в последовательном послойном сплавлении металлических порошков при помощи мощного излучения иттербиевого лазера.

Технология запатентована лидерами 3D-индустрии – компаниями SLM Solutions и 3D Systems. Металлические 3D-принтеры этих производителей, в зависимости от функциональных возможностей и решаемых задач, могут быть задействованы и как производственные машины для серийного изготовления, и как лабораторные установки с гибкими настройками и возможностью быстрой смены материалов для 3D-печати.

Оборудование:
SLM Solutions (SLM-технология): SLM 125, SLM 280, SLM 500, SLM 800;
3D Systems (DMP-технология): ProX DMP 100, ProX DMP 200, ProX DMP 300, ProX DMP 320, DMP 8500.

Основные преимущества 3D-печати металлами:

Виды металлов, применяемых в аддитивном производстве

Современные аддитивные технологии предполагают использование около двадцати протестированных и готовых к эксплуатации материалов, в их числе – инструментальные, нержавеющие, жароупорные сплавы, алюминиевые и титановые сплавы, медицинские кобальт-хром и титан.

Поскольку металлов очень много, и каждый из них обладает определенными свойствами, один металл можно заменить другим исходя из технологических задач. К примеру, если в технологической цепочке необходимо задействовать титановый сплав, то технолог сможет выбрать один из множества титановых сплавов с теми свойствами, которые нужны для производства конкретного изделия.

Схемы установки SLM Solutions (вверху) и 3D Systems (внизу)

Особенности металлических порошков

Вопросы безопасности при работе на металлических 3D-принтерах

Как известно, металлы, попадающие в человеческий организм в микроскопических дозах, полезны. В макродозах они несут опасность для здоровья – получить отравление металлами очень легко, а кроме того, порошки взрывоопасны. При дисперсности порошка от 4 микрон он проникает сквозь поры кожи, органы дыхания, зрения и т.д. В связи с этим при работе на металлических 3D-принтерах необходимо строго соблюдать технику безопасности. Для этого предусмотрена защитная спецодежда – костюм, перчатки и обувь. Аддитивные машины, как правило, комплектуются пылесосом для удаления основного порошка, однако и после его использования некоторая взвесь металлов остается.

Производители стремятся улучшить условия безопасности, и сейчас наблюдается тенденция по созданию на аддитивном производстве так называемых закрытых циклов, т.е. полностью герметичных помещений, за пределы которого порошок не попадает. Оператор работает в специальной одежде, которая затем утилизируется.

Потенциал 3D-печати металлами

Итак, мы выяснили, что современные технологии позволяют получить порошок для 3D-печати металлом с определенными свойствами для решения конкретных производственных задач. А так как распылению можно подвергнуть практически любые металлы, то и номенклатура металлических материалов для 3D-принтеров чрезвычайно обширна.

Достижения металлургии в полной мере реализуются в аддитивном производстве, позволяя использовать уникальные сплавы для изготовления геометрически сложных изделий повышенной точности, плотности и повторяемости. В то же время, внедрение металлических аддитивных установок имеет и сдерживающие факторы, главный из которых – высокая стоимость порошков.

3D-печать металлами обладает серьезным потенциалом для повышения эффективности производства во многих отраслях промышленности и используется все большим числом компаний и исследовательских организаций. Пример для всемирной индустрии показывают такие промышленные лидеры, как General Electric, Airbus, Boeing, Michelin, которые уже перешли от изготовления единичных металлических изделий к серийному аддитивному производству.

Источник

10 заблуждений о 3D-печати металлом

Эксперты i3D используют свой опыт, чтобы разобраться с основными заблуждениями об аддитивных технологиях

Миф 1. Аддитивное производство заменит традиционное производство

В ближайшие годы стоимость производства с помощью 3D-печати будет снижаться, печать станет еще более популярной. При этом она может оставаться дорогой для производства больших партий.

Те, кто работают с аддитивными технологиями (далее – АТ), считают их дополнением к традиционному производству. Детали, которые проще изготовить на трехосном станке с ЧПУ обычно так и производят. При этом изделия сложной формы можно создавать только на 3D-принтере. Такие детали невозможно выполнить с использованием традиционного производства. Кроме того, напечатанные детали получаются легче, а на изготовление расходуется меньше материала.

Аддитивное производство металлических изделий будет способствовать продаже станков с ЧПУ и других традиционных инструментов для обработки деталей. Завод будущего включит в себя множество технологий производства! Задача инженеров по разработке продукции будет заключаться в том, чтобы знать, когда использовать конкретную технологию для придания продукции наибольшей ценности.

01| Детали, которые проще изготовить на трехосном станке с ЧПУ обычно так и производят. (фотография предоставлена Glenn McKechnie)

02| Диаграмма Ишикавы для параметров, влияющих на качество напечатанных на металлическом принтере изделий (предоставлена доктором Кристофом Хаберландом (Christoph Haberland), компания Siemens Industrial Turbomachinery AB)

Миф 2. Почти все может быть изготовлено с помощью АТ

Изготавливать изделия простой геометрии на металлическом 3D-принтере нерентабельно. Это не означает, что они не могут быть сделаны с использованием АТ. Могут, но дешевле изготавливать традиционно. Металлические принтеры созданы для решения куда более сложных задач.

Миф 3. Нужно только нажать кнопку печати, станок сделает все остальное

Один из самых больших мифов об АТ: большинство металлических 3D-принтеров производят детали с минимальными припусками. На самом деле, детали, требующие высокой точности, подвергаются механической обработке или постобработке другим способом. Большинство задач по предварительной и последующей обработке не автоматизировано, требует знаний и навыков оператора.

Некоторые производители начинают решать эту проблему, интегрируя АТ в станки с ЧПУ для производства гибридных систем.

При подготовке модели оператор должен решить, как лучше всего расположить детали, где какие типы опорных конструкций и анкеров использовать. Кроме того, он должен определить наилучшие рабочие параметры станка, чтобы оптимально расплавлять металл и успешно регулировать качество продукции.

03| Кристоф Хаберланд из компании Siemens Industrial Turbomachinery AB создал диаграмму Ишикавы с факторами, влияющими на качество при печати на металлическом 3D-принтере

Миф 4. Настольные 3D-принтеры аналогичны промышленным системам АТ

«Проникновение процесса metal AM на дешевый рынок настольных компьютеров – лишь вопрос времени» Бесчисленные СМИ, голливудские фильмы, телесериалы, личные беседы изображали недорогие трехмерные принтеры способными производить высококачественные изделия промышленного качества. Это не так. Например, в недавнем фильме Ocean’s Eight («Восемь подруг Оушена») представлен настольный принтер, производящий золотые ювелирные изделия с драгоценными камнями на таких уровнях качества, которые просто не достижимы. Некоторые промышленные станки высокого технического уровня могут обрабатывать драгоценные металлы, такие как золото, например. Но для получения хорошего результата может потребоваться несколько суток последующей обработки.

Сегодня материалы для систем АТ на основе экструзии доступны на рынке, так что проникновение процесса metal AM на дешевый рынок настольных компьютеров – лишь вопрос времени. Тем не менее, между настольными 3D-принтерами и высокотехнологичными системами аддитивного производства будет сохраняться большой разрыв в качестве и скорости.

В любом случае, это не должно истолковываться как обесценивание настольных 3D-принтеров. Наоборот, настольные 3D-принтеры – невероятно ценные инструменты для генерации идей, для моделирования по прототипу. Мы твердо убеждены, что почти каждый инженер или дизайнер должен иметь под рукой настольный 3D-принтер. Однако они также должны иметь доступ к машинам промышленного производства, когда им требуется выполнить определенные работы.

Миф 5. АТ позволяют удешевить производство

Есть мнение, что при помощи аддитивного производства можно снизить цены на продукцию. Это так, когда речь идет о небольших и средних объемах производства. При обычном производстве затраты уменьшаются по мере увеличения объема производства. С АТ затраты остаются примерно постоянными, за некоторыми исключениями. Точка безубыточности (точка, где пересекаются две линии) зависит от размера, цены материала и производительности станка в сочетании с другими факторами.

04| При традиционном производстве затраты обычно уменьшаются по мере увеличения объема производства. При AM затраты остаются примерно постоянными, за некоторыми исключениями.

Миф 6. 3D-принтер будет в «каждом доме»

Многие думают что 3D-принтер будет в каждом доме. Вряд ли. Даже самые простые настольные принтеры требуют навыков проектирования и программных средств, недоступных большинству людей. Большинство современных 3D-принтеров слишком дороги, чтобы покупать их без конкретной цели.

В будущем могут появиться простое, недорогое оборудование, предназначенное для детей и любителей. Оно будет пригодно только для печати определенными материалами. Появление принтера, предназначенного для изготовления шоколада и других продуктов, возможно. Но лучше этот вид работы оставлять кулинарным специалистам. Идея 3D-печати дома сродни использованию многочисленных швейных машин, но уже мало кто носит одежду домашнего производства.

Миф 7. Вся продукция 3D-печати действительно произведена с использованием 3D-печати

Мы часто обсуждаем «продукцию 3D-печати», выполненную из металла и/или полимера. Большая часть изделий вообще не печатается. Мы видим это на примере обуви, где с помощью 3D-печати изготавливается только подошва или часть стельки или сандалии. Основная часть изделия выполняется с применением методов обычного производства.

Еще один пример – гитары, выпускаемые компанией ODD Guitars. Мы можем называть их 3D-печатными гитарами, но только их основные корпуса печатаются на 3D-принтерах. Гитарные шейки обрабатываются на станках ЧПУ, мосты и тюнеры отливаются, а пластмассовые кольца и ручки изготавливаются при помощи метода литья под давлением. Другие части гитар производятся с использованием других методов.

05| Рис. 4. Вариант слева не подходит для AM

Фактически, изделия такого типа были бы невозможны или недоступны по цене без использования АТ.

Мия 8. Большинство технологий 3D-печати металлом аналогичны

«Детали, выпускаемые с помощью разных технологий, обладают различными металлургическими свойствами» Системы сплавления порошкового слоя (Fusion Powder Bed) отличаются от систем послойной плавки материала с прямым использованием энергии (Directed Energy Deposition); системы лазерной плавки порошкового слоя (Laser Powder Bed Fusion) отличаются от систем электронно-лучевой плавки порошкового слоя (Electron Beam Powder Bed Fusion). Детали, выпускаемые с помощью разных технологий, обладают различными металлургическими свойствами – опорные конструкции, анкеры и качество обработки поверхности. Объем последующей обработки тоже разный.

Важно понимать, что каждая технология имеет свои преимущества и недостатки. Принтеры тоже. Знание типов принтеров и технологий важно для выбора технологии и способа проектирования.

Миф 9. Напечатанные на металлическом 3D-принтере детали хуже обычных

В таблице приведены некоторые общие рекомендации, как выполняется сравнение печати с обычным производством.

При использовании металлических 3D-принтеров сокращается количество материала, вес продукции. Используя более прочный и дорогой материал, Вы сможете получить более качественную и функциональную деталь. Общая стоимость материала будет ниже, поскольку используется меньшее количество материала.

06| В таблице мы сравнили детали АТ с обычным производством

Миф 10. Материалов для аддитивного производства мало

Большая часть технического проектирования связана с выбором материала. Можно подобрать материал и технологию печати, чтобы получить наилучший результат.

Существует огромное количество материалов для 3D-печати металлом. Посмотрите в каталоге материалов i3D. Это только начало. С каждым годом доступных для печати материалов будет все больше.

Заключение

3D-печать металлом становится все популярнее. Со временем будет доступно больше ресурсов для развития и совершенствования этой технологии. Появятся еще более производительные и более дешевые станки.

Недостаточное понимание реалий процесса 3D-печати металлом не дает применять технологию широко. Мы в i3D хотим рассказать, как применять 3D-печать с выгодой! Ведь удачные решения делают счастливыми поставщиков станков, материалов, вызывают восторг у клиентов.

Источник

3D-печать металлами: краткие ответы на большие вопросы, часть 1

3D-печать относится к быстро развивающейся технологии – неизменно растет. Она уже зарекомендовала себя как эффективный метод создания передовых продуктов и будет играть все большую роль в производстве с развитием цифровизации и переходом к модели Индустрии 4.0. Отвечаем на самые популярные вопросы о 3D-печати, которые задают наши клиенты и читатели – технические специалисты, ищущие новые пути оптимизации производства и внедрения инноваций.

В каких отраслях рекомендуется применение 3D-принтеров?

Самые перспективные отрасли для внедрения аддитивных технологий, в том числе 3D-печати металлом, – высокотехнологичные, наукоемкие производства, где в приоритете оптимизация или создание сложных инновационных продуктов: авиакосмическая индустрия, оборонная промышленность, машиностроение, автомобилестроение, энергетика, судостроение, нефтегазовый сектор. Нельзя не упомянуть медицину и ювелирное дело, потому что 3D-печать не имеет себе равных в создании индивидуализированных изделий.

Какие задачи выполняются с помощью этой технологии?

Печать металлами в основном решает задачи опытного и мелкосерийного производства, прототипирования, НИОКР. Поэтому сегодня основными пользователями 3D-оборудования становятся крупные исследовательские центры, а также учебные заведения, готовые инвестировать в проекты внедрения новой технологии.

Изготовление конечных серийных изделий из металлов уже активно применяется такими крупными компаниями, как General Electric, Airbus, Boeing, BMW, Michelin, а с появлением супермощных машин типа SLM NXG XII 600 массовое аддитивное производство становится реалией не столь отдаленного будущего.

В чем разница между различными процессами 3D-печати металлом?

Принцип работы подавляющего большинства современных 3D-принтеров по металлуоснован на расплавлении порошков в заранее сформированном слое (Powder Bed Fusion), обычно с помощью мощного лазера.

Вы можете часто встретить такие торговые наименования, как SLM (Selective Laser Melting), DMLS (Direct Metal Laser Sintering), DMLM (Direct Metal Laser Melting) и Laser Cusing. На самом деле в современных системах всем этим названиям соответствует один и тот же процесс. Серьезные различия заключаются в том, как спроектированы и работают те или иные принтеры. Чаще всего используется термин «селективное лазерное плавление» (или SLM-технология).

Зачем моему предприятию 3D-принтер? Разве отливать не проще и дешевле?

Ошибочно думать, что 3D-печать призвана заменить литье или иные классические процессы. Она помогает решить специфические задачи, которые невыполнимы либо слишком трудоемки при использовании традиционных технологий, например:

изготовление уникальных деталей сложной геометрии, в том числе мельчайших деталей, изделий с внутренними полостями и каналами, тонкими стенками и т.п.;

снижение веса изделий;

сокращение числа единиц в сборке;

создание ячеистых структур.

Такие возможности обеспечивает топологическая оптимизация: проектировщики могут создавать практически любую геометрию.

S-образный кронштейн – элемент исполнительного механизма системы увеличения подъемной силы самолета, напечатанный на установке SLM 280 © ASCO Industries Результаты применения селективного лазерного плавления: • cнижение массы на 31% и сокращение общего времени сборки; • объединение трех деталей в одну; • уменьшение коэффициента использования материала с 17 до 1,5; • значительное сокращение времени механической обработки.

Субтрактивные методы будут и дальше применяться в тех случаях, когда это эффективно с точки зрения стоимости, типа изделий и других требований. Вопрос не в выборе между двумя технологиями, а в том, когда лучше применить аддитивную, а когда субтрактивную. Иногда при производстве одной детали уместно задействовать оба метода. К примеру, если вы понимаете, что для пресс-формы стоит изготовить вставку с конформным охлаждением, потому что это сократит цикл литья и улучшит качество изделия, используйте 3D-принтер. При этом другие компоненты вы будете производить по классической технологии.

3D-печать следует воспринимать как еще один вариант технологии получения изделий наряду с механической и пластической обработкой, литьем и др. При выборе вариантов производственного процесса взвешивайте тщательно все «за» и «против».

Как компания Materialise оптимизировала конструкцию металлического вакуумного захвата с целью снизить стоимость производства серии © Materialise

Какова экономическая эффективность аддитивного производства?

Технология SLM позволяет значительно сократить цикл производства изделия. С одной стороны, когда мы считаем стоимость материалов, аддитивное производство выходит дороже. Но если учитывать все экономические факторы, начиная с сокращения потребления электроэнергии и кончая уменьшением налоговой нагрузки, 3D-печать помогает сэкономить достаточно серьезные средства.

Кроме того, технология дает возможность резко снизить коэффициент Buy-to-Fly, то есть соотношение между количеством закупленного материала и количеством материала в готовой детали.

Приведите пример топологической оптимизации, показывающий выгоду SLM-технологии.

Возьмем две детали (см. рисунок ниже), выполняющие одну и ту же функцию с определенными нагрузками и имеющие определенный ресурс. По сути, это одна и та же деталь, но с разной геометрией. Геометрия первой детали оптимизирована для изготовления стандартными методами производства: на фрезерном, токарном станке и средствами других технологий металлообработки. Это простая и плоская геометрия, ее легко добиться при обработке на станке.

У второй детали геометрия более сложная, и сделать ее на станке представляет серьезные трудности. Согласно данным, у второй детали меньше напряжение, меньше перемещение под нагрузкой и, самое главное, вес уменьшился на 1 кг. Для одного изделия это немного, но если их выпускают сто тысяч в год, то суммарно можно сэкономить сто тонн металла только на одной детали.

Какие есть ограничения?

У предприятий, решивших внедрить аддитивную технологию печати металлом в свой производственный цикл, могут возникнуть следующие трудности:

необходимость в последовательных научных исследованиях (в том числе для изучения свойств металлов);

ограничения в размерах объектов;

большие первоначальные вложения из-за высокой стоимости оборудования и расходных материалов;

особые требования к помещению и условиям эксплуатации;

аттестация оборудования и сертификация изделий;

сложность в адаптации 3D-решений к существующим технологическим циклам на производстве.

Каковы максимальные габариты напечатанного изделия?

Исторически сложившимся отраслевым стандартом оборудования на базе селективного лазерного плавления является платформа размером 250 x 250 мм с высотой построения 250-300 мм.

На сегодня самые большие камеры построения у аддитивных установок SLM Solutions. У системы SLM 800 камера 500 х 280 х 850 мм, у новейшей машины SLM NXG XII 600 – 600 х 600 х 600 мм.

Одно из первых изделий, созданных с помощью 3D-принтера по металлу SLM NXG XII 600: корпус силового агрегата E-Drive для спорткара Porsche © SLM Solutions Размер: 590 х 560 x 367 мм Вес: 15,5 кг Материал: AlSi10Mg Время изготовления: 21 час

А минимальная толщина стенки?

Диаметр пучка лазера в аддитивной установке печати металлами – 70-80 микрон. Можно напечатать стенку детали толщиной в два прохода лазера, т.е. минимальная толщина будет всего лишь 140-150 микрон.

Сколько по времени выращивается модель? От чего зависит скорость печати?

Металлический предмет производит принтер по металлу от нескольких часов до нескольких суток. К примеру, модель высотой 3-4 см будет печататься от 2 до 8 часов, в зависимости от ее площади и высоты. Тестовая печать на промышленном 3D-принтере с камерой построения 280 х 280 х 360 мм занимает около суток.

Производительность аддитивных установок зависит от разных факторов:

Чем больше лазеров, тем выше скорость и больше количество производимых деталей (мощность лазера – 400, 700 или 1000 Вт).

В зависимости от конструкции системы порошок может распределяться в двух или только в одном направлении. Подача порошка в двух направлениях обеспечит значительную экономию времени производства.

Непрерывная или периодическая подача порошка. Системы с периодической подачей могут требовать остановку оборудования для дозаправки во время выполнения построения, что замедляет процесс.

Возможность настроить рабочие параметры системы для увеличения скорости.

Sharebot MetalONE – компактный DMLS-принтер нового поколения для НИОКР, образования, а также малого и среднего бизнеса. Идеально подходит для изучения новых материалов, а благодаря небольшой камере построения (65 x 65 x 100 мм) вы сможете создавать объекты из малого количества металлического порошка – всего 800 г.

Какие виды металлов применяются в аддитивном производстве?

Металлические порошки представляют собой мелкодисперсные сферические гранулы. Свойства получаемой продукции в значительной степени зависят от свойств используемого в принтерах порошка – степени чистоты, текучести и объемной плотности.

Современные аддитивные технологии предполагают использование около двадцати протестированных и готовых к эксплуатации материалов, в их числе – инструментальные, нержавеющие, жаропрочные сплавы, алюминиевые и титановые сплавы, медицинские кобальт-хром и титан.

Поскольку металлов очень много, и каждый из них обладает определенными свойствами, один металл можно заменить другим исходя из технологических задач. К примеру, если в технологической цепочке необходимо задействовать титановый сплав, то технолог сможет выбрать один из множества титановых сплавов с теми свойствами, которые нужны для производства конкретного изделия.

Благодаря индивидуальному протезу тазобедренного сустава, созданного с помощью 3D-печати титаном, пациент смог вернуться к нормальной жизни © Materialise

Интересуют способы производства металлических порошков.

Есть несколько технологий изготовления сферического порошка. Основным способом является атомизация, а именно: ультразвуковой ударнокинетический метод макрокапельной атомизации и микрокапельной диспергации металлов и ультразвуковой капельноволновой метод ультразвуковой атомизации металлов. Процесс происходит в атомайзере, где металл распыляется в специальной камере.

Какая дисперсность у металлов для 3D-печати?

У каждого металла своя дисперсность. При 3D-печати используются порошки дисперсностью от 4 до 80 микрон. Например, в Европе порошки меньше 8 микрон запрещены, так как они слишком взрывоопасные.

Хотелось бы сравнить прочность изделий при использовании SLM и классических технологий.

Прочностные характеристики изделий зависят от самих изделий, точнее от их геометрии, от поставленных задач, нагрузки, условий применения (морская среда, космос и т.д.).

SLM-печать дает возможность добиться прочностных показателей, сопоставимых с традиционными технологиями. Но примерно в 50% случаев отлитое или отфрезерованное изделие из идеального блока материала прочнее в сравнении с результатом 3D-печати. Причина – в пористости, которая получается по аддитивной технологии. Но при этом напечатанные объекты становятся более упругими и выдерживают более высокие нагрузки, особенно если мы говорим о таких материалах, как титан, сталь и даже различные сплавы алюминия. Алюминий – достаточно мягкий материал, пористость добавляет ему упругости.

Необходимо сделать 3D-модель, прочитать все синтетически, провести анализ и получить предварительные данные по изделию, а затем задуматься о возможности его изготовления и тестирования в лаборатории. Такой подход поможет оптимизировать производство и не будет слишком затратным.

Проект Самарского университета: сопловый аппарат 2 ступени газотурбинного двигателя © iQB Technologies

Изготовление соплового аппарата 1 и 2 ступеней ГТД из порошка сплава Inconel 738

Источник