3D печат в метал: Преглед на най-популярните технологии
3D печата в метал се смята за върха спрямо всички видове 3D печат. Когато става въпрос за здравина и издръжливост, няма нещо, което да е сравнимо с метала. Първият патент за 3D принтер за печат в метал е DMLS (директно метално лазерно синтероване) и е подаден още през 90-те години. Оттогава инженерите измислят други методи за печат с метал, някои от които са напълно уникални, а други, които са достатъчно различни от DMLS, за да получат свои собствени патенти. Сега ще разгледаме голяма част от тях.
Всеки 3D принтер за печат в метал обикновено попада в една от тези четири категории (с няколко изключения, за които ще споменем в края): powder bed fusion, binder jetting, direct energy deposition и material extrusion.
Metal Powder Bed Fusion
Категорията включва машини за DMLS (Директното лазерно синтероване на металите), SLM (Селективното лазерно топене), and EBM (Електроннолъчевото разтопяване).
Металните детайли, произведени по технологията на топене на Powder Bed Fusion, не съдържат остатъчни напрежения и вътрешни кухини, което ги прави идеални за приложението им в аерокосмическата и автомобилната промишленост, в които изискванията са много високи.
Историята и категоризацията на 3D принтирането за метал, работещи с Powder Bed Fusion са малко объркани и това да дължи най-вече до разликата между синтероване и топене.
РАЗЛИКА МЕЖДУ СИНЕРОВАНЕ И ТОПЕНЕ НА МЕТАЛИ
При синтероването се използва комбинация от топлина и налягане, за да се слепят частиците. При топенето се използва достатъчно високи температури, за да накара частиците да се разтопят напълно и да се съединят. Синтерованите детайли имат висока порьозност и изискват топлинните обработки, за да се втвърдят, стопените детайли не изискват допълнителна обработка, за да се втвърдят. На изображението по-долу можете да видите разликата между детайл произведен чрез синтероване и топене.
Източник: http://www.additivalab.com/en/blog/laser-sintering-vs-laser-melting
Когато в началото 3D принтерите на EOS са появяват под термина DMLS, те всъщност синтероват и след това прилагат топлинните обработки, но оттогава до днес технологията е променена. Те започват да използват по-силни лазери, които напълно се стопяват метала. Но от компанията решават да продължат да използват термина DMLS, защото той вече е популярен и потребителите не обичат да си запомнят множество различни съкращения.
Друга разлика е, че SLM работи с един метал в даден момент, а DMLS работи с метални сплави. Имайте предвид, разбирайте се, че базирахме тези обяснения въз основа на терминологията, която компаниите, използват на своите уебсайтове.
И така, след тези дълги обяснения, докато SLM и DMLS са технически различни и индустрията използва и двата термина, в наши дни повечето компании за 3D печат на метали използват форма на топене, а не на синтероване.
EBM използва електронен лъч с висока мощност, а не лазер, за да разтопи металния прах; електронните лъчи произвеждат повече енергия и по-високи температури в сравнение с лазерите, така че да могат да се справят (и се ограничават до) със сплави, предназначени за работа при високи температури (супер сплави).
Няколко индустрии разчитат на детайли, създадени на 3D принтери, работещи с технологията metal powder bed fusion. Медицинските специалисти и хирурзите използват тези 3D отпечатани метални детайли за биосъвместими импланти, авиокосмическите инженери ги използват за намаляване на теглото на самолетите, а промишлените производители ги използват за инструментално оборудване по поръчка.
Metal powder bed fusion Предимства
Почти всяка геометрия може да бъде изработена с висока точност
Широка гама от възможни метали за използване, включително най-леките титанови сплави и най-силните никелови суперсплави, които са трудни за обработка с традиционните производствени технологии
Механичните свойства на детайлите са толкова добри, колкото (и понякога по-добри от) тези на кованите метали.
Деталйлите подлежат на машинна обработка, могат да покриват и третират като тези изработени с традиционни технологии
Metal powder bed fusion Недостатъци
Висока цена на материали, машини и експлоатация
Необходимо е детайлите да бъдат прикрепени към т.нар. изграждаща плоча с подкрепящи структури (за да се предотврати изкривяване), което изискват ръчна последваща обработка за премахването им от плочата.
Ограничени размери на изграждащия обем на печат (въпреки че размерите се увеличават)
Работата с метални прахове изисква строг контрол на процеса
Metal Binder Jetting
Binder jetting използва два материала: материал на прахова основа и течно свързващо вещество. В производствената камера, материала на прах се разнася на равни слоеве и слепващото вещество се нанася през дюза, което свързва частиците във формата на 3D обекта.Binder jetting технологията, както и лазерното синтероване, може да работи не само с материали като метал. Пясък, керамика и пълноцветните обекти също са приложими при тази технологията. Тъй като машините работещи Binder jetting технологията свързването на металите става при стайна температура, изкривяване причинено от топлинните ефекти не се появява и подкрепящи структури не са необходими. По този начин машините Binder jetting могат да бъдат много по-големи от машините за Powder Bed Fusion, а предметите могат да бъдат подредени, за да се използва цялостта на камерата за изграждане, така този метод е популярен избор производство на малки серии детайли и резервни части по поръчка.
Metal Binder Jetting Предимства
Голям изграждащ обем
Не е необходимо детайлите да бъдат прикрепени към изграждаща плоча, за да могат да изградени. Те могат да бъдат разположение, така че да се използва пълния наличен изгараждащ обем
По-малко ограничения на геометрията, тъй като подкрепящи структури обикновено не са необходими
Възможна е изработката на по-големи детайли, тъй като не се получава изкривяване
Много бърз печат
По-ниска цена в сравнение с Metal Powder Bed Fusion
Metal Binder Jetting Недостатъци
След печат детайлите трябва да преминат допълнителна обработка, Те се поставят в пещ на висока температура, където свързващото вещество изгаря, а останалите метални частици се свързват заедно
Висока цена на машини и материали
Детайлите са с много по-ниска порьозност от тези произведени чрез Metal Powder Bed Fusion и механичните свойства не са толкова добри
Малък избор на материали
Direct Energy Deposition
DED печатащите системи са известни също като LENS машини (лазерно изградени мрежови структури) и DMD (директно отлагане на метали). Те могат да работят с метална жица или метален прах и топенето се постига с плазмена дъга, лазер или електронен лъч. Процеса е много подобен на заваряването,за това едно от основните му приложения е ремонт и добавяне на материал към съществуващите метални детайли.
DED предимства
Металната жица е най-достъпния материал на 3D печат в метал
Някои машини могат да работят с два различни метални праха за създаване на сплави и композити
5- и 6-осно движение позволява производството висящи структури без използване на поддържащи структури
Възможен е ремонт на счупени метални детайли и добавяне на нови компоненти към обекти
Голям изграждащ обем
Ефективно използване на материали
Детайлите имат висока плътност и добри механични свойства
Бърза скорост на печат
DED Недостатъци
Детайли имат лошо качество на повърхнината и необходима допълнителна обработка след печата
Малки прецизни детайли са трудни или невъзможни за постигане
Висока цена на машини и експлоатация
Metal Material Extrusion
Тази технология е специално създадена, за да се стане 3D печат в метал по-евтин и по-достъпен и прави точно това.Малките и средните предприятия бързо възприемат екструзия на метал, до голяма степен защото това е изключително достъпно. Дизайнерските студия, механичните цехове и малките производители използват машини за екструдиране на метал, за повторение на дизайн, за създаване на приспособления и изработката на малки серии. Най-новата разработка в това пространство са металните нишки, които ще работят в повечето настолни FDM 3D принтери, като правят металния 3D печат достъпен за почти всички.
Ето как работи екструдирането на метал:
1) Полимерните нишки или пръчките, импрегнирани с малки метални частици, се печатат слой по слой до формата на вашия дизайн.
2) След това 3D напечатания детайл се измива, за да се отстрани част от свързващото вещество.
3) След това датайла се поставя в синтеровъчна пещ, която съединява металните частици в твърд метал.
След това детайлите са готови за употреба. Могат да бъдат машинно обработени и третирани както всяки друг метален детайл. Изображението по-долу показва реплика на калъфа за часовници на Vortic Watch Co., отпечатан в 17-4PH Неръждаема стомана на Desktop Metal Studio (вляво) и MarkForged Metal X (вдясно) системи за екструдиране на материали.
Източник: https://www.additivemanufacturing.media/blog/post/material-extrusion-now-with-metal
Metal Extrusion предимства
Най-достъпния метод за 3D печат на метали
Възможност за изработка на функционални прототипи
Лесна и безопасна за работа
Metal Extrusion недостатъци
Детайлите трябва да преминат през същия процес на отстраняване и синтероване като детайлите произведени чрез Binder jetting
Множество ограничения за геометрията и подкрепящите структури, за да се предотврати деформация
Детайлите имат висока порьозност и не постигат същите механични свойства на кованите метали
Детайлите не са толкова плътни, колкото бихте постигнали с PBF или DED
Точността е ниска поради свиването, което се получава в пещта