3D-печать металлом — это передовой производственный процесс, при котором трехмерные металлические объекты создаются слой за слоем с использованием файлов цифрового дизайна.Эта технология позволяет создавать изделия сложной геометрии, которые зачастую невозможно или очень дорого достичь с помощью традиционных методов производства.

Цель этой статьи - дать всестороннее представление о 3D-печати металлом, ее процессах, приложениях, преимуществах и проблемах.Поскольку отрасли все чаще применяют эту технологию для прототипирования и производства, важно понять ее основы и последствия.В следующих разделах мы рассмотрим различные аспекты 3D-печати металлом, включая ее типы, приложения, преимущества и ограничения.

Виды технологий 3D-печати металлом

Сегодня доступно несколько типов технологий 3D-печати металлом.Наиболее распространенными из них являются селективное лазерное плавление (SLM), прямое лазерное спекание металлов (DMLS), электронно-лучевое плавление (EBM) и струйная обработка связующим.

1. Селективное лазерное плавление (SLM): SLM использует мощный лазерный луч для плавления и соединения металлических порошков слой за слоем.Он известен производством деталей с превосходными механическими свойствами и высокой плотностью.

2. Прямое лазерное спекание металлов (DMLS): Подобно SLM, DMLS также использует лазер для спекания порошкообразных металлов, но работает при более низких температурах по сравнению с SLM.Этот метод подходит для создания функциональных прототипов и деталей конечного использования.

3. Электронно-лучевая плавка (ЭЛП): EBM использует электронный луч вместо лазера для плавления металлического порошка в вакууме.Этот метод идеально подходит для производства крупногабаритных компонентов с превосходными свойствами материала.

4. Связующее струйное: В отличие от других методов, в которых используются источники тепла, такие как лазеры или электронные лучи, струйная обработка связующего предполагает нанесение жидкого связующего на слои порошкообразного металла, которые затем отверждаются в печи после печати.

Каждая технология имеет свои уникальные преимущества и ограничения в зависимости от таких факторов, как совместимость материалов, сложность детали, требования к качеству поверхности и скорость производства.

Применение 3D-печати металлом

3D-печать металлом нашла применение в различных отраслях благодаря своей способности создавать сложную геометрию с высокой точностью:

1. Аэрокосмическая промышленность: Аэрокосмическая промышленность использует 3D-печать металлом для создания легких, но прочных компонентов, таких как лопатки турбин, топливные форсунки, кронштейны и т. д., которые способствуют повышению топливной эффективности.

2. Автомобильная промышленность: В автомобилестроении;С помощью этой технологии можно быстро производить специальные инструменты и приспособления, а также детали, повышающие производительность, такие как выпускные коллекторы.

3. Медицинский: Индивидуальные имплантаты и протезы, специально адаптированные к анатомии пациента, могут быть эффективно изготовлены из металлов медицинского назначения, обеспечивающих лучшую посадку и функциональность.

4. Оснастка и литье: Решения для быстрой оснастки, включая формы/матрицы/вставки, выигрывают от сокращения времени выполнения заказа при сохранении точности размеров, необходимой в процессах литья под давлением.

5. Ювелирные изделия и мода: дизайнеры используют эту технику не только потому, что она дает свободу в дизайне, но и помогает им создавать сложные узоры/дизайны, которые иначе было бы сложно выполнить обычными методами.

Универсальность, предлагаемая этими приложениями, подчеркивает, насколько революционное аддитивное производство работает в современных производственных условиях.

Преимущества 3D-печати металлом

Несколько ключевых преимуществ делают аддитивное производство металлов привлекательным:

1. Свобода дизайна. Сложные внутренние конструкции, такие как решетчатые конструкции, становятся возможными без ущерба для соотношения прочности и веса, что дает инженерам/дизайнерам большую творческую гибкость.

2. Эффективность использования материалов. Традиционные методы вычитания часто приводят к значительным потерям, тогда как AM сводит к минимуму отходы, поскольку в процессе сборки используется только необходимое количество материала, что приводит к экономии затрат, особенно при работе с дорогими сплавами/металлами.

3. Возможности индивидуальной настройки — персонализированные продукты/компоненты с учетом конкретных потребностей/предпочтений клиентов, достижимые экономически выгодным способом.

4. Сокращение времени выполнения заказа. Циклы создания прототипов значительно сокращены, что позволяет ускорить итерации/тестирование, что в конечном итоге ускоряет вывод на рынок новых инноваций/продуктов.

5. Упрощение цепочки поставок. Децентрализованный характер. AM означает возможность локализации производства, снижение зависимости глобальных цепочек поставок/затрат на логистику, связанных с проблемами управления запасами при транспортировке на большие расстояния/складировании.

Эти преимущества в совокупности подчеркивают, почему предприятия все чаще внедряют интеграцию в свою деятельность, сохраняя конкурентоспособность в динамичных рыночных условиях, преобладающих сегодня!

Проблемы, с которыми сталкивается аддитивное производство металлов

Несмотря на многочисленные преимущества, для обеспечения широкого внедрения необходимо устранить определенные препятствия:

1) Высокие первоначальные инвестиционные затраты. Установка принтеров промышленного уровня вместе со вспомогательным оборудованием требует значительных капиталовложений, что создает барьер для входа на рынок небольших предприятий/стартапов и ограничивает бюджеты.

2) Ограничения по материалам. Не все металлы/сплавы совместимы с существующими технологиями, что ограничивает выбор доступных материалов. Дизайнеры/инженеры работают над проектами, требующими определенных характеристик/свойств.

3) Требования к постобработке. Напечатанные детали часто требуют дополнительных этапов окончательной обработки. Удаление опорных конструкций. Улучшение качества поверхности, соответствие желаемым спецификациям. Добавление дополнительного времени и затрат в общий рабочий процесс.

4) Необходимы технические знания. Для эксплуатации и обслуживания сложного оборудования требуется квалифицированный персонал, владеющий программным и аппаратным обеспечением, обеспечивающий оптимальную производительность и минимизирующий время простоя/ошибок.

5) Проблемы соблюдения нормативных требований. В таких отраслях, как аэрокосмическая и медицинская промышленность, действуют строгие правила, требующие строгих процедур сертификации испытаний перед одобрением использования продуктов, что еще больше усложняет процесс внедрения.

Решение этих проблем имеет решающее значение для содействия более широкому использованию приемок в различных секторах с целью использования потенциала рычагов, предлагаемого инновационным подходом к производству / производственной практике в будущем!

Часто задаваемые вопросы

1. Какие материалы можно использовать при 3D-печати металлом?

Различные металлы, такие как нержавеющая сталь, титан, алюминий, кобальт, хром, никелевые сплавы, обычно используемые в зависимости от требований конкретного применения, свойств желаемого конечного продукта!

2. Как соотносятся затраты на традиционную обработку и аддитивное производство?

Несмотря на то, что первоначальные затраты на установку выше, AM обычно приводит к снижению затрат на единицу продукции, особенно при производстве с небольшими объемами и высокой сложностью, благодаря снижению потерь и эффективности использования материалов, достигаемых во время сборки!

3. Возможно ли масштабирование производства с использованием технологий добавок металлов?

Да, достижения продолжаются, постоянно улучшаются возможности масштабируемости, пропускная способность, что позволяет использовать сценарии массовой настройки больших размеров, ранее недостижимые обычными методологиями!