3D-печать металлом, также известная как аддитивное производство, произвела революцию в нашем подходе к производству металлических деталей и компонентов.Цель этой статьи — углубиться в тонкости 3D-печати металлом, изучить ее механизмы, применение и преимущества.С развитием технологий этот метод становится все более доступным и эффективным для различных отраслей промышленности.

3D-печать металлом предполагает послойное создание детали из цифровой модели с использованием металлических порошков или нитей, которые расплавляются и сплавляются вместе.Этот процесс обеспечивает высокую точность и сложную геометрию, чего трудно достичь традиционными методами производства.

Давайте углубимся в различные аспекты 3D-печати металлом, включая ее типы, используемые материалы, преимущества перед традиционными методами, распространенные области применения и будущие тенденции.

Виды 3D-печати металлом

Сегодня доступно несколько типов технологий 3D-печати металлом.Каждый тип имеет свой уникальный механизм, но, как правило, следует одному и тому же принципу добавления материала слой за слоем.

1. Селективное лазерное плавление (SLM)/прямое лазерное спекание металла (DMLS):

- В этих процессах используется мощный лазер для плавления и сплавления металлических порошков.

- Лазер выборочно воздействует на области, определенные цифровой моделью CAD.

- После нанесения слоя рабочая платформа слегка опускается, чтобы можно было распределить по ней следующий слой порошка.

- Это продолжается до тех пор, пока весь объект не будет построен.

2. Электронно-лучевая плавка (ЭЛП):

- Аналогичен SLM/DMLS, но вместо лазера используется электронный луч.

- Работает в вакууме, что делает его пригодным для работы с химически активными металлами, такими как титан.

- Обеспечивает более высокую скорость сборки по сравнению с лазерными системами из-за более высокой плотности энергии.

3. Связующее струйное:

- Предусматривает нанесение жидкого связующего вещества на слои металлического порошка.

- После того, как каждый слой скреплен связующим, сверху насыпается еще один слой порошка.

- Процесс повторяется до тех пор, пока деталь не будет полностью сформирована.

- Могут потребоваться такие этапы последующей обработки, как спекание или пропитка другим металлом.

4. Направленное энерговыделение (DED):

- Использует сфокусированную тепловую энергию лазеров или электронных лучей для плавления материалов по мере их осаждения.

- Материал можно подавать в виде проволоки или порошка непосредственно в зону осаждения.

- Часто используется для ремонта существующих деталей или добавления функций к предварительно сформированным компонентам.

Материалы, используемые в 3D-печати металлом

Выбор материала играет решающую роль в определении свойств и характеристик конечной напечатанной детали.Обычно используемые материалы включают в себя:

1. Нержавеющая сталь:

- Известен своей прочностью и устойчивостью к коррозии.

- Широко используется в медицинских приборах, аэрокосмических компонентах и ​​промышленных инструментах.

2. Титановые сплавы:

- Обеспечивают превосходное соотношение прочности и веса и биосовместимость.

- Идеально подходит для применения в аэрокосмической отрасли и медицинских имплантатах.

3. Алюминиевые сплавы:

- Легкий вес с хорошими механическими свойствами.

- Обычно используется в автомобильных деталях и легких конструкциях.

4. Никелевые сплавы:

– Устойчивость к высоким температурам делает их пригодными для лопаток турбин и других сред с высокими нагрузками.

5. Кобальт-хромовые сплавы:

– Известны своей износостойкостью;часто используется в зубных имплантатах и ​​ортопедических устройствах.

6. Инструментальные стали:

– Высокий уровень твердости делает их идеальными для режущих инструментов и форм.

Преимущества перед традиционными методами

3D-печать металлом имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями производства, такими как литье или механическая обработка:

1. Сложная геометрия:

– Позволяет создавать сложные конструкции, которые традиционными методами были бы невозможны или слишком дорогостоящи.

– Позволяет использовать внутренние каналы, решетчатые конструкции и другие сложные элементы без дополнительных этапов сборки.

2. Эффективность материала:

– Минимизирует отходы, поскольку во время строительства добавляется только необходимый материал, а не удаляется из более крупных блоков, как в субтрактивных процессах, таких как обработка на станках с ЧПУ.

3. Настройка и гибкость:

– Легко настраиваемые конструкции, адаптированные специально в соответствии с индивидуальными требованиями, без необходимости замены новых форм или инструментов каждый раз, когда требуется модификация конструкции.

– Возможности быстрого прототипирования позволяют быстро выполнять итерации в ходе циклов разработки продукта.

4 .Сокращение времени выполнения заказа и затрат:

– Сокращение сроков производства, главным образом, потому, что не требуется дорогостоящих процессов изготовления пресс-форм.

– Снижение затрат на рабочую силу, поскольку на протяжении всего процесса требуется значительная автоматизация.

5 .Производство по требованию:

– Детали производятся именно тогда, когда это необходимо, что значительно снижает затраты на хранение запасов.

Общие приложения

3D-печать металлом находит применение в различных отраслях промышленности во многом благодаря универсальности самой технологии:

1 .Аэрокосмическая промышленность:

– Легкие, но прочные компоненты имеют решающее значение для обеспечения топливной эффективности при сохранении структурной целостности в экстремальных условиях, возникающих во время полетов.

2 .Медицинская сфера:

– Индивидуально подобранные протезы, адаптированные специально в соответствии с анатомией пациента, значительно улучшают функциональность и комфорт

– Разработанные хирургические инструменты оптимизируют эффективность конкретных процедур, улучшая общие результаты.

3 .Автомобильный сектор:

— Тестирование прототипов новых моделей автомобилей значительно ускорилось, что позволило ускорить выход на рынок и существенно сократить затраты на разработку.

— Легко достижимые запасные части, повышающие производительность и адаптированные в соответствии с предпочтениями клиента.

4 .Промышленное производство:

— Быстрое создание приспособлений для оснастки, что позволяет сократить время наладки и повысить общую производительность.

— Запасные части, производимые по требованию, значительно сокращают время простоя операций по техническому обслуживанию.

5 .Дизайн ювелирных изделий:

— Сложные узоры и детальная гравировка, выполненные без особых усилий, создают уникальные изделия, пользующиеся спросом у взыскательных покупателей.

Будущие тенденции

По мере того, как технологии продолжают быстро развиваться, потенциальное воздействие также ощущается во многих секторах по всему миру:

1 .Увеличение внедрения в разных отраслях:

— Больше компаний, вероятно, примут, учитывая доказанные преимущества, которые уже продемонстрировали ранние последователи, которые в конечном итоге станут лидерами более широкого признания на основных рынках.

2 .Улучшенные свойства материала:

— Продолжающиеся исследования направлены на разработку новых, более прочных и легких сплавов, что еще больше расширяет диапазон возможных применений в геометрической прогрессии.

3 .Расширенные возможности машины:

— Ожидается, что машины следующего поколения будут предлагать более высокое разрешение, более высокую скорость печати, большую надежность, что в конечном итоге значительно снизит общую стоимость владения.

4 .Интеграция IoT AI-технологий:

-- Интеллектуальные подключенные устройства, способные отслеживать оптимизацию всего производственного процесса в режиме реального времени, обеспечивая максимальную эффективность и минимальное время простоя.

5 .Инициативы устойчивого развития:

-- Фокус смещается в сторону экологически чистых методов, сводящих к минимуму воздействие на окружающую среду посредством инициатив по повторному использованию отходов, продвигающих принципы экономики замкнутого цикла там, где это возможно.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое 3D-печать металлом?

l 3D-печать металлом предполагает создание объектов путем добавления материала слой за слоем на основе цифровых моделей с использованием расплавленных нитей металлических порошков, которые в конечном итоге образуют твердые структуры.

2. Сколько времени занимает печать этим методом?

l Затраченное время во многом зависит от сложности и размера печатаемого объекта, обычно от нескольких часов до нескольких дней.

3. Требуется ли постобработка после завершения?

l Да, в большинстве случаев требуется определенная обработка формы, улучшение качества поверхности, удаление опорных структур, соответственно, улучшение механических свойств конечного продукта.

Понимая, как работает 3D-печать металлом, а также изучая различные аспекты, связанные с технологией, мы надеемся, что читатели смогут лучше оценить потенциальные преобразующие эффекты, которые могут способствовать развитию будущего производства!