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:

1. 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.

2. Титановые сплавы (например, Ti6Al4V):

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

3. Алюминиевые сплавы (например, AlSi10Mg):

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

4. Суперсплавы на основе никеля (например, Inconel 718):

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

5. Кобальт-хромовые сплавы:

• Биосовместимость и износостойкость.
• Используются в стоматологии и ортопедии.

6. 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:

1. EOS (Германия):

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

2. SLM Solutions (Германия):

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

3. Renishaw (Великобритания):

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

Китайские производители:

1. Farsoon Technologies:

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

2. HBD (Huake 3D):

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

3. BLT (Bright Laser Technologies):

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

5. Eplus3D:

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

6. 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.