3D-Печать Металлом: Современные Технологии, Сплавы и Оборудование

Kirilljs

В этой статье мы разберем ключевые аспекты металлической 3D-печати: используемые сплавы, процесс печати, современное оборудование, энергопотребление и многое другое.

Что такое металлическая 3D-печать?

Металлическая 3D-печать — это аддитивная технология производства, при которой объект создается путем послойного нанесения материала. В отличие от традиционных методов обработки металла (например, фрезерования или литья), здесь материал добавляется, а не удаляется. Это позволяет минимизировать отходы и создавать детали с высокой точностью.

Основные технологии металлической 3D-печати:

SLS (Selective Laser Sintering) — спекание металлического порошка лазером.
SLM (Selective Laser Melting) — полное плавление металлического порошка лазером.
EBM (Electron Beam Melting) — плавление металла электронным лучом.
Binder Jetting — использование связующего вещества для формирования детали из металлического порошка.

Какие металлы и сплавы используются?

Для металлической 3D-печати применяются различные материалы, каждый из которых имеет свои уникальные свойства:

Нержавеющая сталь (например, 316L, 17-4 PH):

Прочность и коррозионная стойкость.
Широко используется в аэрокосмической и медицинской промышленности.
Расход: около 10–15 кг/час в зависимости от плотности заполнения.

Титановые сплавы (например, Ti6Al4V):

Высокая прочность, легкость и биосовместимость.
Идеально подходит для авиационной и медицинской индустрии (импланты).
Расход: 8–12 кг/час.

Алюминиевые сплавы (например, AlSi10Mg):

Легкие и устойчивые к коррозии.
Часто используются в автомобильной промышленности.
Расход: 12–18 кг/час.

Суперсплавы на основе никеля (например, Inconel 718):

Высокая термостойкость и прочность.
Применяются в турбинных лопатках и других высокотемпературных компонентах.
Расход: 6–10 кг/час.

Кобальт-хромовые сплавы:

Биосовместимость и износостойкость.
Используются в стоматологии и ортопедии.

Драгоценные металлы (золото, серебро, платина):

Применяются в ювелирном деле и микроэлектронике.

Процесс металлической 3D-печати

Процесс создания детали можно разделить на несколько этапов:

Подготовка модели

Создание 3D-модели в CAD-программах (например, SolidWorks, Fusion 360).
Разбиение модели на слои с помощью специального программного обеспечения (например, Materialise Magics, Autodesk Netfabb).
Настройка параметров печати: толщина слоя, мощность лазера, скорость сканирования.

Загрузка порошка

Металлический порошок загружается в камеру принтера. Размер частиц обычно составляет 20–50 микрон .
Камера наполняется инертным газом (аргон или азот) для предотвращения окисления металла во время печати.

Печать

Лазер или электронный луч плавит порошок по заданному контуру, создавая один слой за другим.
Каждый слой имеет толщину от 20 до 100 микрон.
Процесс повторяется до тех пор, пока вся деталь не будет завершена.

Охлаждение и удаление поддержек

После завершения печати деталь остывает в камере принтера.
Удаляются поддерживающие структуры, которые были созданы для удержания детали во время печати.

Постобработка

Деталь может быть отшлифована, термообработана или покрыта защитным слоем для улучшения свойств.
Для некоторых материалов требуется дополнительная обработка (например, спекание в печи для Binder Jetting).

Оборудование для металлической 3D-печати

На рынке представлены как крупные производители, так и относительно доступные решения. Особенно активно на российский рынок поставляется оборудование из Китая. Вот несколько популярных брендов:

Европейские производители:

EOS (Германия):

Одни из лидеров в области SLM-технологий.
Модели: EOS M 290, EOS M 400.
Цена: от $500,000.

SLM Solutions (Германия):

Специализируется на высокопроизводительных системах.
Модели: SLM 280, SLM 500.
Цена: от $400,000.

Renishaw (Великобритания):

Компактные и надежные системы.
Модели: RenAM 500Q, RenAM 500M.
Цена: от $300,000.

Китайские производители:

Farsoon Technologies:

Один из крупнейших китайских производителей металлических 3D-принтеров.
Модели: FS271M, FS421M.
Цена: от $200,000.

HBD (Huake 3D):

Предлагает доступные решения для малых и средних предприятий.
Модели: HBD-150, HBD-350.
Цена: от $150,000.

BLT (Bright Laser Technologies):

Специализируется на высокопроизводительных системах.
Модели: BLT-S310, BLT-S510.
Цена: от $250,000.

Eplus3D:

Инновационные решения с использованием металлического порошка.
Модели: EP-M250, EP-M450.
Цена: от $180,000.

Creality (Китай):

Недорогие решения для начинающих пользователей.
Модели: CR-M (металлический принтер начального уровня).
Цена: от $50,000.

Скорость печати и расход материалов

Скорость печати зависит от сложности детали, типа оборудования и выбранного материала. Например:

Простые детали могут печататься со скоростью 10–20 мм³/с .
Сложные детали требуют больше времени из-за необходимости создания поддерживающих структур.

Расход материалов также варьируется:

Для небольших деталей требуется всего 100–200 грамм порошка .
Для крупных деталей может потребоваться несколько килограмм.

Энергопотребление

Металлические 3D-принтеры являются энергоемкими устройствами. Потребление электроэнергии зависит от мощности лазера или электронного луча:

Среднее энергопотребление: 5–15 кВт/ч.
Полная стоимость электроэнергии для печати одной детали может составлять от $10 до $100.

Преимущества и недостатки металлической 3D-печати

Преимущества:

Возможность создания сложных геометрий.
Минимальное количество отходов.
Быстрая разработка прототипов.
Индивидуальная настройка деталей.

Недостатки:

Высокая стоимость оборудования и материалов.
Ограниченный выбор сплавов.
Необходимость постобработки.

Металлическая 3D-печать — это перспективная технология, которая уже сейчас активно используется в аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности. Несмотря на высокую стоимость, она предлагает уникальные возможности для создания сложных и высокоточных деталей.