В сфере 3D-печати, которая когда-то преимущественно ассоциировалась с пластиками и смолами, происходит революционная эволюция — 3D-печать металлами.В этой статье рассматривается преобразовательный потенциал и механика металлических 3D-принтеров.Понимание этой технологии может пролить свет на ее новые применения в различных отраслях: от аэрокосмической и автомобильной до здравоохранения и ювелирных изделий.

Могут ли 3D-принтеры изготавливать металлические предметы?

3D-принтеры могут создавать металлические объекты с использованием передовых технологий, таких как прямое лазерное спекание металла (DMLS), селективное лазерное плавление (SLM) и струйная обработка связующим.Эти методы позволяют точно создавать сложные металлические детали из различных металлических порошков.

Теперь давайте рассмотрим, как работает 3D-печать металлом, ее преимущества, используемые материалы и ее применение в различных отраслях.

Как работает 3D-печать металлом?

3D-печать металлом — это сложный процесс, включающий несколько технологий для изготовления сложных металлических деталей слой за слоем.Одним из наиболее распространенных методов является прямое лазерное спекание металлов (DMLS).В DMLS мощный лазер избирательно сплавляет частицы металлического порошка вместе.Вот пошаговое описание процесса DMLS:

1. Порошковый материал. Процесс начинается с равномерного распределения слоя мелкого металлического порошка по рабочей платформе.

2. Лазерная сварка. Затем лазерный луч сканирует слой порошка, нагревая частицы металла до температуры чуть ниже точки их плавления.Под воздействием тепла частицы слипаются и сплавляются вместе, образуя твердую деталь.

3. Наслаивание: после наплавления каждого слоя новый слой металлического порошка наносится поверх предыдущего, и процесс повторяется.

4. Постобработка. После завершения печати металлические детали часто требуют дополнительной постобработки, например термообработки, для улучшения свойств материала и снятия остаточных напряжений.

Селективное лазерное плавление (SLM) — аналогичный процесс, но включает полное плавление частиц металлического порошка, что позволяет создавать детали с различными механическими свойствами.

Эти процессы позволяют производить высокодетализированные функциональные металлические детали с превосходными механическими свойствами.

Преимущества 3D-печати металлом

3D-печать металлом предлагает множество преимуществ по сравнению с традиционными методами производства.

1. Сложная геометрия. Одним из наиболее значительных преимуществ является возможность создавать замысловатые, сложные геометрии, которые было бы невозможно или чрезвычайно дорого достичь с помощью традиционных методов.С помощью 3D-печати металлом можно создавать конструкции с внутренними полостями, решетчатыми структурами и органическими формами.

2. Эффективность материала. 3D-печать металлом — это аддитивный процесс, означающий, что материал добавляется слой за слоем с минимальными отходами.Это резко контрастирует с субтрактивными методами (например, фрезерованием, механической обработкой), которые начинаются с твердого блока материала и удаляют излишки, создавая отходы.

3. Быстрое прототипирование. Технология позволяет быстро создавать прототипы, позволяя дизайнерам и инженерам быстро создавать и тестировать металлические детали.Это ускоряет процесс проектирования и сокращает время выхода на рынок.

4. Кастомизация: 3D-печать металлом позволяет осуществлять массовую индивидуализацию, при которой можно экономически эффективно производить уникальные детали или детали в небольших объемах.Это особенно полезно в таких отраслях, как здравоохранение, для индивидуальных имплантатов и протезов.

5. Прочность материала. Детали, изготовленные с помощью 3D-печати металлом, могут достигать свойств, эквивалентных, а в некоторых случаях и лучших, чем те, которые созданы с использованием традиционных технологий производства.

Материалы, используемые в 3D-печати металлом

В 3D-печати металлами обычно используются несколько металлов и сплавов, каждый из которых предлагает определенные преимущества в зависимости от применения.

1. Нержавеющая сталь. Нержавеющая сталь, известная своей коррозионной стойкостью и прочностью, широко используется в аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности.

2. Титан. Титан и его сплавы популярны в аэрокосмической и медицинской областях благодаря их высокому соотношению прочности к весу, коррозионной стойкости и биосовместимости.

3. Алюминий. Алюминиевые сплавы пользуются популярностью в автомобильной и аэрокосмической отраслях из-за их легкого веса и превосходной тепло- и электропроводности.

4. Инконель: это семейство суперсплавов на основе никеля и хрома известно своей жаропрочностью и устойчивостью к окислению, что делает его пригодным для применения в аэрокосмической и энергетической сферах.

5. Кобальт-хром. Часто используемый в зубных и ортопедических имплантатах кобальт-хром ценится за свою износостойкость, биосовместимость и прочность.

Применение 3D-печати металлом

Универсальность и возможности 3D-печати металлом привели к ее внедрению в ряде отраслей:

1. Аэрокосмическая промышленность. Возможность создавать легкие, сложные конструкции с высокой прочностью и долговечностью делает металлическую 3D-печать неоценимой для компонентов аэрокосмической отрасли, включая лопатки турбин, детали двигателей и элементы конструкции.

2. Здравоохранение. Индивидуальные имплантаты и протезы, адаптированные к анатомии отдельных пациентов, могут быть изготовлены с использованием биосовместимых металлов, таких как титан и кобальт-хром.Такая индивидуализация приводит к улучшению результатов лечения пациентов и сокращению времени восстановления.

3. Автомобильная промышленность. Автопроизводители используют 3D-печать металлом для быстрого прототипирования, изготовления нестандартных деталей и легких компонентов, которые повышают топливную экономичность и производительность.Он идеально подходит для изготовления сложных деталей, которые было бы сложно изготовить традиционным способом.

4. Оснастка и производство. 3D-печать металлом используется для быстрого создания индивидуальных инструментов, форм и приспособлений, что сокращает время простоев и повышает эффективность производства в различных производственных процессах.

5. Ювелирные изделия. Способность создавать сложные конструкции позволяет ювелирам создавать уникальные, детализированные изделия, выделяющиеся на рынке.Такие металлы, как золото, серебро и платина, можно напечатать на 3D-принтере для изготовления изысканных украшений.

Заключение

3D-печать металлом производит революцию в сфере производства, предлагая беспрецедентную свободу дизайна, эффективность и возможность производить высококачественные металлические детали.Будь то создание легких аэрокосмических компонентов или медицинских имплантатов по индивидуальному заказу, возможности 3D-печати металлами огромны и постоянно расширяются.

Часто задаваемые вопросы

1. Сколько времени занимает печать металлического предмета на 3D-принтере?

Время, необходимое для печати металлического объекта, зависит от размера объекта, сложности и конкретной используемой технологии 3D-печати.Оно может варьироваться от нескольких часов до нескольких дней.

2. Дорого ли стоит 3D-печать металлом?

Да, 3D-печать металлом может быть дорогой из-за стоимости металлических порошков, печатного оборудования и этапов постобработки.Однако это становится экономически выгодным для сложных, нестандартных или мелкосерийных деталей.

3. Могут ли металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, быть такими же прочными, как детали, изготовленные традиционным способом?

Да, металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, могут достигать механических свойств, сравнимых, а иногда и превосходящих детали, изготовленные традиционным способом, в зависимости от используемого материала и процесса.