3D-печать, также известная как аддитивное производство (AM), за последние десятилетия совершила значительный скачок вперёд и стала перспективной технологией для множества отраслей. В этой статье рассматривается печать металлом, которая революционизирует сферу аддитивного производства.
3D-печать — относительно новая технология, меняющая облик современного производства. С помощью 3D-печати дизайнеры могут создавать детали из различных материалов: полимеров, керамики и металлов.
Кроме возможности работы с несколькими материалами, 3D-печать предоставляет компаниям и энтузиастам значительные преимущества, включая свободу в проектировании и практически полное отсутствие отходов в сравнении с традиционными методами субтрактивного производства. Аэрокосмическая отрасль, автомобилестроение и медицинские науки — лишь некоторые из сфер, где применяется эта технология.
В промышленности существует множество технологий 3D-печати, включая струйную печать, моделирование наплавлением расплава, стереолитографию, цифровую обработку светом, электронно-лучевое плавление, мультиджетное спекание и селективное лазерное спекание.
Эта технология стала практически синонимом быстрого прототипирования, позволяя изготавливать детали со сложной внутренней геометрией и высокой воспроизводимостью. Каждый метод обладает своими преимуществами, что определяет их применимость к различным материалам и отраслям.
3D-печать металлических деталей стала реальностью в производстве благодаря последним достижениям в ряде связанных технологий аддитивного производства. Возможность быстро создавать прототипы и тиражировать сложные металлические детали с минимальными отходами открывает значительные перспективы, например, для автомобильной промышленности.
Обычно металлы подготавливаются в виде порошков, прежде чем их используют для печати деталей. Некоторые методы предусматривают экструзию разогретых металлических стержней по заранее заданной геометрии, формируя изделие слой за слоем.
3D-печать металлом стремительно развивается в последние годы, открывая новые горизонты для производства деталей из различных металлических материалов. Ниже перечислены наиболее распространённые методы 3D-печати металлом.
DMLS — одна из наиболее часто используемых технологий аддитивного производства для изготовления металлических деталей. Слои металлического порошка обрабатываются мощными CO2-лазерами, которые формируют геометрию конечного изделия. Эта технология применяется для работы с разными материалами и была одной из первых разработанных методик 3D-печати.
Детали печатаются по слоям: после формирования каждого слоя порошковое ложе опускается, а слои спаиваются между собой до получения готовой детали.
SLM похожа на DMLS, но частицы порошка при этом процессе не спекаются, а плавятся. Из-за высокой температуры SLM требует значительных энергозатрат и может создавать внутренние напряжения в изделии. Однако эта технология позволяет получать более прочные и плотные детали, чем DMLS.
SLM применяется для производства изделий из кобальт-хрома, никелевых сплавов, инструментальной и нержавеющей стали, титана.
EBM аналогична SLM, однако в качестве источника тепла используется электронный луч, а не лазер. Данная технология применима только к ограниченному набору материалов.
DED использует металлический порошок или проволоку в качестве исходного материала. Для плавления материала в инертной атмосфере применяются различные типы лучей.
Существует несколько разновидностей DED, включая лазерную обработку формы (Laser Engineered Net Shaping), быстрое плазменное осаждение (Rapid Plasma Deposition) и аддитивное производство с использованием дуговой сварки (Wire Arc Additive Manufacturing). В этих методах используются, соответственно, лазеры, плазменные и электрические дуги.
UAM — инновационный метод 3D-печати металлом, основанный на использовании ультразвуковой энергии для формирования деталей. При этом изделие сохраняет плотность и прочность, так как процесс не включает плавление. UAM подходит для работы с такими материалами, как нержавеющая сталь, медь, титан и алюминий.
MELD — инновационный процесс аддитивного производства, не предполагающий плавления или спекания, что делает его чрезвычайно универсальным методом 3D-печати металлом. Помимо производства деталей, MELD может применяться для последующей обработки, ремонта и соединения изделий.
Ключевое отличие MELD от других методов заключается в способе формирования деталей: исходный материал размягчается под действием высокого давления и трения, что позволяет ему течь, подобно вязкой жидкости, хотя по сути он остаётся сильно пластичным твёрдым телом.
MELD — это одностадийный процесс в твёрдом состоянии, позволяющий получать детали с эксплуатационными характеристиками, сопоставимыми или даже превосходящими изделия, изготовленные традиционными способами, такими как механическая обработка.
Ещё один уникальный метод 3D-печати металлом — холодное напыление, не использующий ни нагрев, ни спекание, ни плавление. Вместо этого металлический порошок с помощью сверхзвуковой газовой струи наносится на подложку. Высокая скорость обеспечивает спекание слоёв и их пластичное соединение.
Для точного управления потоком материала и построения сложных деталей применяется роботизированная система. Одним из основных преимуществ холодного напыления является высокая скорость, превосходящая традиционные процессы 3D-печати.
3D-печать металлом — это перспективное направление аддитивного производства, крайне востребованное в различных отраслях, включая автомобилестроение, авиацию и биомедицинские технологии. За последние десятилетия были разработаны разнообразные процессы, позволяющие создавать высокотехнологичные детали со сложной архитектурой.
По мере того как всё больше компаний начинают использовать экологические и экономические преимущества методов 3D-печати металлом, эти технологии будут продолжать набирать популярность, позволяя создавать новые изделия с минимальными затратами материалов и энергии.
