3D-печать по металлу: переломный момент в отрасли

3D-печать по металлу: переломный момент в отрасли

3D-печать по металлу стала одним из самых быстрых и эффективных методов создания высокопроизводительных промышленных компонентов. Эта передовая технология позволяет производить сложные, прочные и экономичные детали за меньшее время. 

3D-печать по металлу меняет подход предприятий к проектированию и разработке продукции: от аэрокосмической промышленности до медицины и тяжелого машиностроения.

3D-печать металлами позволяет инженерам и производителям создавать детали с жесткими допусками и исключительной прочностью, поскольку она может работать с широким спектром материалов, включая сплавы, композиты и экзотические металлы.

В этой статье мы рассмотрим роль 3D-печати металлом в различных промышленных приложениях и ее растущее влияние на производственные процессы. Итак, без промедления, давайте перейдем к теме. 

Что такое 3D-печать и как она работает?

Что такое 3D-печать и как она работает?

Что такое 3D-печать? Процесс, типы и применение необходимо понимать. 

3D-печать — это процесс производства металла с использованием аддитивных технологий. Он является аддитивным, поскольку просто складывает и сплавляет слои материала для создания осязаемых объектов без необходимости в форме или блоке материала. Благодаря постоянно растущему ассортименту материалов он может производить более сложные геометрии, чем традиционные технологии. Обычно он быстрый и имеет низкие фиксированные затраты на настройку. 

Технологии, созданные до появления аддитивного производства, называются традиционным производством.

Давайте разделим все методы на три группы и рассмотрим каждый из них по отдельности. 

1. Аддитивное производство металлов

В аддитивном производстве двухмерные слои материала наносятся и сплавляются для создания трехмерных объектов. Детали можно производить быстро и выбрасывать после завершения. Еще одним ключевым преимуществом 3D-печати является возможность создавать детали практически любой формы.

Аддитивное производство металлов стремительно трансформирует современный производственный ландшафт. Этот метод подразумевает создание сложных металлических деталей путем добавления слоев из цифровой модели с помощью лазерного или термического осаждения. Это особенно актуально для таких отраслей, как аэрокосмическая, автомобильная, медицинская и инструментальная, где точность, индивидуализация и сложность конструкции имеют решающее значение.

В отличие от традиционных субтрактивных методов, этот инновационный процесс создает детали слой за слоем на основе цифровой модели с использованием лазерной или тепловой энергии, что делает его идеальным для производства сложных геометрических форм с минимальными отходами материала.

Отрасли все чаще обращаются к аддитивному производству металлов, чтобы ускорить создание прототипов, сократить сроки производства и создать легкие, но высокопрочные компоненты. Это минимизирует отходы материалов, снижает затраты и позволяет производить сложные конструкции, которые невозможно реализовать традиционными методами.

Субтрактивные и аддитивные производственные процессы

Плюсы и минусы аддитивного производства

В отличие от традиционных методов производства металла, аддитивный метод в основном заключается в наложении слоев для создания металла. И геометрия детали всегда определяется в цифровом виде с помощью автоматизированного проектирования (САПР). Вот плюсы и минусы метода аддитивного производства металла для увеличения производства металла с высокой точностью.

Плюсы

Возможность создания сложных индивидуальных проектов.

Меньше отходов материала по сравнению с традиционными методами

Ускоряет создание прототипов и производство

Позволяет производить продукцию по запросу и мелкими партиями

Минусы

Дорогие машины и материалы

Некоторые материалы и процессы имеют ограничения

Требуются дополнительные отделочные работы (выравнивание, укрепление)

Контроль качества и правила могут быть сложными

2. Субтрактивное производство 

Субтрактивные производственные процессы, такие как фрезерование и точение, позволяют изготавливать изделия путем удаления материала из куска сплошного материала, иногда называемого заготовкой.

Механическая обработка — часто используемая технология, которую можно применять практически к любому материалу. 

Такой подход позволяет производить высокоточные детали с превосходной повторяемостью, обеспечивая полный контроль над каждым этапом процесса. 

3. Формирующее производство 

Компоненты от формовочного производства

Формовочные производственные процессы, включая литье под давлением и штамповку, используют давление или тепло для придания материалам формы предметов.

Хотя формовочные подходы направлены на снижение предельных затрат на производство отдельных деталей, затраты на наладку невероятно высоки из-за необходимости создания специальных форм или оборудования для производственного процесса. 

Эти методы почти всегда являются наиболее экономичными для крупносерийных производственных заказов, поскольку позволяют изготавливать детали из различных материалов (как металлов, так и полимеров) с идеальной повторяемостью.

Вот сравнение печати на металле 1:1: 

Прочтите полный Руководство по методам изготовления пластмасс.

Какие существуют различные типы 3D-печати металлом?

Ниже приведены основные Типы 3D-печати Используется в современном производстве:

1. Сплавление в слое порошка (PBF)

Схема процесса плавления порошкового слоя (PBF)

Технология PBF включает в себя методы 3D-печати с использованием прямого лазерного спекания металлов (DMLS) и селективного лазерного плавления (SLM).

Прямое лазерное спекание металла (DMLS) — это технология 3D-печати, относящаяся к категории порошковых процессов PBF. Она использует лазер для расплавления мелкодисперсных металлических порошков и их послойного сплавления в соответствии с проектом CAD. DMLS широко используется для создания сложных металлических деталей, таких как лопатки турбин, компоненты двигателей, медицинские имплантаты и многое другое. Этот метод предлагает значительные преимущества с точки зрения гибкости проектирования и эффективности использования материалов.

SLM — это еще одна технология 3D-печати PBF, которая работает аналогично машинам DMLS. Она быстро плавит металлический порошок слой за слоем с помощью лазера. Во время работы в него также необходимо закачивать инертный газ. Одно из основных отличий заключается в том, что машины SLM обычно используют лазер со значительно большей мощностью.

Чтобы узнать об этом больше, ознакомьтесь с этим подробным руководством: Что такое SLS 3D печать? Процесс, материалы и применение 

2. Направленное выделение энергии 

Процесс направленного энергетического осаждения (DED)

Другой 3D-принтер, способный печатать как металлом, так и пластиком, — это DED. Этот метод 3D-печати по металлу использует сфокусированный источник энергии. Эта энергия может быть электронным лучом, плазменной дугой или лазером. DED производит 3D-печатные изделия с использованием проволоки и порошка. 

Хотя они значительно отличаются от PBF, процедуры DED проволоки и порошка схожи. Плавление и осаждение металла происходят одновременно с DED. 

Сопло вносит материал в источник энергии. По мере продвижения печатающей головки по осям XY исходный материал плавится и вносится. Процедура повторяется после завершения слоя и разрешения толщины слоя ниже стола построения. После завершения построения деталь можно снять со стола построения. 

3. Экструзия металлической нити 

3D-печать методом экструзии металлической нити

Методы сплавления нитей в металлической печати, FFF (Fused Filament Fabrication) и FDM (Fused Deposition Modelling), все еще находятся в зачаточном состоянии и сталкиваются с трудностями. Экструзия металлических нитей осуществляется путем нагрева нити, состоящей из металлических частиц и термопластичного материала. 

Слой за слоем нить протягивается через сопло и помещается на платформу сборки. Затем весь компонент помещается в печь для спекания металла и сжигания пластика. Экструзия металлической нити отлично подходит для создания металлических деталей, таких же точных и сложных, как те, что сделаны с помощью пластикового FDM.

Понимание стоимости 3D-печати по металлу имеет решающее значение для выбора правильного метода, соответствующего вашему бюджету и требованиям. 

4. Распыление связующего

Технология струйной печати связующим веществом предполагает нанесение жидкого связующего вещества для сплавления металлического порошка. Она работает при комнатной температуре и подходит для широкого спектра металлов.

Какие металлы можно печатать на 3D-принтере?

Какие металлы можно печатать на 3D-принтере?

3D-печать металлических компонентов требует материала, который соответствует требованиям. Вот несколько из них, которые предлагают лучшее решение в различных отраслях; 

• Титановые сплавы (например, Ti6, Ti64): Они идеально подходят для производства легких, но прочных деталей, способных выдерживать высокие температуры, что широко применяется в аэрокосмической и медицинской отраслях.
• Сплавы нержавеющей стали (например, 316L, 17-4PH): Известные своей прочностью и коррозионной стойкостью, они широко используются в промышленности.
• Никелевые сплавы (например, инконель 718): Эти сплавы часто используются в высокотемпературных областях применения, например, в турбинах и деталях двигателей.
• Алюминиевые сплавы (например, AlSi10Mg): Известный своим малым весом и высокой механической прочностью, алюминий широко используется в автомобильной и аэрокосмической отраслях.

Какие металлы нельзя напечатать на 3D-принтере?

Какие металлы нельзя напечатать на 3D-принтере?

В то время как 3D-печать металлом открывает захватывающие возможности, некоторые материалы остаются сложными. Например, чистый алюминий представляет проблемы с термическим управлением. Его высокая теплопроводность и реактивность усложняют поддержание контролируемой среды, необходимой для точной послойной печати.

Хрупкие сплавы не могут быть напечатаны на 3D-принтере, поскольку они не пластичны. В процессе охлаждения они могут получить трещины, которые нарушат структурную целостность напечатанных деталей.

Металлы, которые быстро окисляются или разрушаются в высокотемпературной среде металлических принтеров, не могут использоваться в процессе 3D-печати. ​​Для этих металлов требуется специализированное оборудование.

Преимущества 3D-печати металлом 

Преимущества 3D-печати металлом

Вот преимущества 3D-печати металлом в промышленных применениях:

1. Снижение себестоимости продукции

Поскольку 3D-печать по металлу основана на технологии послойного нанесения, она снижает необходимость создания деталей по отдельности и их сборки. Она также снижает производство отходов и использование сырья. 

2. Достичь крупномасштабного производства

Металлические 3D-принтеры — это технология быстрого прототипирования, которая может помочь предприятиям в долгосрочных производственных операциях и ускорить производственный процесс. Металлическая 3D-печать может быстро производить товары с различными дизайнами на протяжении всей итерации продукта.

3. Поощряйте сложный дизайн

Традиционная технология производства имеет ограниченные возможности дизайна. Технология 3D-печати по металлу используется для создания вещей, основной целью которых является реализация функции. Это трехмерный цифровой производственный процесс на основе данных, который оптимизирует творческое видение дизайнера.

4. Снижение веса

Металлическая 3D-печать обычно использует сложные структуры для меньшего количества материала и времени обработки, чем стандартные промышленные методы производства. Чтобы сохранить целостность общей структуры, вы должны быть готовы настроить данные печатной модели и спроектировать толщину каждого слоя.

5. Превосходное качество

Точность современных 3D-принтеров по металлу улучшается, как и превосходные характеристики высококачественных материалов и структурных устройств. Индекс механической производительности технологии 3D-печати по металлу может даже соответствовать индексу производительности ковки по сравнению с обычной процедурой измельчения материала.

6. Эффективное управление цепочкой поставок

3D-печать по металлу повысила эффективность цепочки поставок от производства до складирования и доставки. Компании, использующие традиционную парадигму цепочки поставок, должны закупать много сырья и налаживать управление людьми и имуществом.

Ограничения 3D-печати по металлу

Несмотря на многочисленные преимущества 3D-печати металлом, у нее есть и некоторые недостатки: 

1. 3D-принтеры по металлу требуют значительных первоначальных инвестиций по сравнению с традиционным производственным оборудованием. 
2. Некоторые 3D-принтеры имеют ограниченный объем печати, что может вызвать проблемы при производстве крупных деталей. 
3. Необработанные металлические 3D-детали часто имеют грубые поверхности, требующие дополнительной отделки. 
4. При крупносерийном производстве традиционные методы производства быстрее, чем 3D. 
5. Не все металлы можно эффективно печатать на 3D-принтере, что может привести к ограничению возможностей дизайна в некоторых областях применения. 

Методы постобработки металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере

После того, как металлические детали напечатаны на 3D-принтере, им часто может потребоваться окончательная отделка для улучшения внешнего вида и эксплуатационных характеристик: 

Обработка: ЧПУ может повысить точность размеров и помочь добиться гладких поверхностей на критически важных элементах. 

Бисероструйная обработка: Этот процесс позволяет создать однородную отделку поверхности с использованием мелких стеклянных шариков. 

Полировка: Ручная или автоматизированная полировка может помочь сделать поверхности гладкими в эстетических целях. 

Термообработка: Термическая обработка улучшает механические свойства за счет снижения внутренних напряжений и повышения прочности материала. 

Гальваника: Добавление тонкого металлического покрытия может улучшить проводимость или коррозионную стойкость. 

Порошковое покрытие: Этот метод применяется для дополнительной отделки и защиты поверхности металла. 

Применение 3D-печати металлом и DMLS.

Металлическая 3D-печать, включая DMLS, имеет широкий спектр применения в различных отраслях промышленности. Вот несколько распространенных примеров:

• Aerospace: Лопатки турбин, компоненты двигателей и конструкционные детали часто изготавливаются методом DMLS из-за их сложной геометрии и высоких требований к производительности.
• Автомобили: Технология DMLS используется для создания деталей по индивидуальному заказу, таких как выпускные коллекторы, поршни двигателя и компоненты коробки передач.
• Медицина: Технология DMLS позволяет создавать имплантаты, ортопедические имплантаты и хирургические инструменты, изготовленные с учетом индивидуальных особенностей пациента, со сложной внутренней структурой.
• Инструменты и формы: Технология DMLS часто используется для создания пресс-форм и инструментальных вставок со сложными каналами охлаждения, что повышает производительность литьевых и литейных форм.

Boda: лучший выбор для услуг 3D-печати по металлу

Boda: лучший выбор для услуг 3D-печати по металлу

ПролинТех предоставляет индивидуальные решения для прототипирования с использованием передовой технологии 3D-печати по металлу. Мы предлагаем услуги для удовлетворения конкретных потребностей наших клиентов и предлагаем гибкость в материалах для соответствия широкому спектру приложений и требований к деталям.

Свяжитесь с нашими экспертами для руководства по оптимизации 3D-печати для разработки вашего продукта. Доверьте нам свое производство и посмотрите, как мы преобразуем проекты в высококачественные готовые детали.

Заключение 

Это все, что вам нужно знать о 3D-печати по металлу. Она помогает упростить и ускорить создание прочных, детализированных деталей. Благодаря высокой точности и эффективности этот процесс используется в аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности. 

3D-печать по металлу помогает им экономить время, сокращать расходы и создавать прочные, высокопроизводительные детали. В Boda мы предлагаем высокоточное изготовление деталей по индивидуальному заказу.

Свяжитесь с Boda сегодня, чтобы получить расценки на наши услуги. Услуги 3D печати. 

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1. Как работает 3D-печать?

3D-печать создает объекты слой за слоем. Все начинается с цифрового дизайна. Затем принтер медленно добавляет материал, один тонкий слой за раз, пока не будет создан весь объект. Это похоже на укладку листов бумаги, но из пластика, металла или других материалов.

В2. Возможна ли 3D-печать металлом?

Да, 3D-печать металлом реальна и быстро развивается. Она использует специальные машины, которые плавят металлический порошок или проволоку для создания прочных, детализированных деталей. Эта технология популярна в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность и здравоохранение.

В3. Дорого ли стоит 3D-печать металлом?

3D-печать по металлу может быть дорогостоящей. Машины стоят дорого, а металлические порошки недешевы. Однако она может сэкономить деньги на сложных или нестандартных деталях, сокращая отходы и время. Вы можете попросить Индивидуальная оценка цен от экспертов Boda. 

В4. Является ли 3D-печать по металлу дешевле, чем ЧПУ?

Это зависит от того. Обработка с ЧПУ удаляет металл из блока, что может привести к отходам материала. 3D-печать по металлу добавляет материал только там, где это необходимо. Для небольших сложных деталей 3D-печать может быть дешевле. Однако для значительных простых деталей ЧПУ может быть лучше.

В5. Насколько точен 3D-принтер по металлу?  

Металлические 3D-принтеры могут изготавливать детали с мелкими деталями и жесткими допусками. Однако для идеальной гладкости может потребоваться некоторая финишная обработка, например полировка.

В6. Можно ли заработать деньги с помощью 3D-принтера по металлу?

Да! Многие компании используют 3D-печать по металлу для изготовления индивидуальных деталей, прототипов или небольших партий. Если вы найдете правильный рынок, это может стать хорошим способом заработать деньги.

В7. Какой самый дорогой материал для 3D-печати?

Драгоценные металлы, такие как золото и платина, являются самыми дорогими. Некоторые высокотехнологичные материалы, такие как титановые сплавы, также стоят дорого из-за своей прочности и особых свойств.

В8. Какая альтернатива 3D-печати металлом?

Распространенной альтернативой является обработка на станках с ЧПУ. Она вырезает детали из цельного металла. Литье и ковка — другие варианты, но они менее гибкие для небольших партий или индивидуальных проектов.

В9. 3D-печать сложнее, чем ЧПУ?

Не совсем. Оба варианта требуют навыков, и в зависимости от требований можно использовать 3D-печать или ЧПУ.