У 3D-печати так много преимуществ, что многие сейчас используют ее для своей инженерной компании, библиотеки, хобби или личного бизнеса. Вы можете печатать с помощью различных материалов, но отличным дополнением к миру 3D-печати является платформа металлической 3D-печати.
В последнее время обычные 3D-принтеры могут работать с такими металлами, как медь и бронза. Есть даже доказательства того, что металлические 3D-принтеры могут работать с нержавеющей сталью. Базовая металлическая 3D-печать может создавать детали размером 250 x 150 x 150 мм, но промышленные модели даже помогают в автоматизации и механических сборках.
Вы найдете множество тем, касающихся металлической 3D-печати, начиная от контроля общих затрат, размеров, которые дает металлическая 3D-печать, может ли кто-то использовать металлические нити в принтерах, а также развенчания заблуждений относительно металлической 3D-печати.
И наконец, будет небольшое интервью с профессионалом в области металлической 3D-печати. В статье много интересного, но она стоит того, чтобы ее прочитать!
Могут ли 3D-принтеры печатать металлом?
Многие 3D-принтеры используют смолу или филаменты для печати своих конструкций, но спектр потенциальных материалов расширяется.
Компания Virtual Foundry создала возможность 3D-печати стеклянными и керамическими изделиями без необходимости модернизации имеющегося у большинства людей 3D-принтера. Большой вопрос — как это все работает.
Обычная комбинация — это пластик с высокой степенью вплавления (около 11,5%) вместе с массой металлического порошка 88,5% для полировки отпечатков и последующей обработки для удаления кусочков пластика. В результате получается чистый металл. Virtual Foundry все еще стремится усовершенствовать процесс, чтобы в готовых металлических изделиях содержалось не более 8% пластика.
Утверждается, что материалы будут учитываться в значительной степени при достижении ближайших продуктов в 3D-печати, так как Virtual Foundry надеется предложить немедленные ответы в продолжении производства реальных металлических печатных продуктов, которые будут полезны от медицинской сферы до строительства.
И что самое интересное? Всего этого можно достичь с помощью обычного настольного 3D-принтера, не уступающего коммерческим машинам.
Потребительские принтеры предлагают компромисс в цене, обещая большее разрешение при более высокой скорости. Добавление металлической нити к 3D-принтеру означает, что они внезапно могут производить изделия из меди и бронзы без печи.
Вам не придется ждать 48 часов, пока печать на металле будет завершена, как это бывает с коммерческими машинами. Вместо этого печать может занять всего пять часов, что делает затраты дешевле, а результат — быстрее. Источник
Что можно сделать с помощью 3D-печати металла?
Подобно тому, как 3D-принтер предназначен для создания фигурок, пластиковых деталей и т.д., металлическая 3D-печать помогает в производстве унаследованных деталей, инструментов для автоматизации линий, функциональных литых прототипов и т.д. и т.п.. Это очень выгодно тем, кто использует геометрические модели, поскольку позволяет добавлять функции за более короткий промежуток времени.
Существует также преимущество полной автоматизации, когда металлические 3D-принтеры требуют минимального времени оператора. Программное обеспечение может автоматически создавать траектории инструментов на основе конфигурируемых настроек без необходимости предыдущего производства при работе с новым материалом. Вы создаете выборку и настраиваете шаблон, а 3D-печать делает все остальное.
Наконец, минимальная оснастка делает традиционные методы 3D-печати, такие как фрезерование, формовка, токарная обработка, для изготовления пользовательской оснастки или пресс-форм, более простыми с металлическими 3D-принтерами, так как они могут выполнять дополнительную машинную работу, так что все, что вам нужно сделать, это нажать кнопку печати! Источник
В чем помогает 3D-печать по металлу?
Использование 3D-печати по металлу помогает, главным образом, упростить сборки, оптимизировать геометрию и создать цифровой инвентарь/старые детали. Благодаря упрощению сборок, консолидация позволяет работать с более сложными геометриями. В прошлом отдельные детали были разделены на разные временные сегменты из-за текущих конструктивных ограничений в производстве.
Поэтому пространство проектирования для дополнительного производства становится иным, чем при традиционном способе печати, с возможностью планировать, сколько материала необходимо для изготовления детали, а не отбирать больше для обработки на другом принтере. Использование облачной системы парка металлических 3D-принтеров помогает пользователю управлять требуемым дизайном и производить детали независимо от местонахождения 3D-принтера. Источник
Можно ли использовать металлический филамент в 3D-принтере?
Каковы затраты на металлический 3D-принтер?
Когда речь заходит о цене, все зависит от того, что вы ищете. В зависимости от того, какое оборудование вы предпочитаете, точность, возможности и ограничения компании — все это играет роль в том, что вам следует приобрести.
Другие компоненты, такие как питание 3D-принтера: охлаждающие вентиляторы, нагревающиеся концы, шаговые двигатели и подогреваемая платформа для сборки.
Некоторые средние затраты приведены ниже:
- Селективное лазерное плавление/прямое лазерное спекание металла (традиционная печать деталей из металла): Одна деталь стоит около $500
- Полный рабочий стол со студийной системой печати металлом (3D-принтер, станция обдирки, станция спекания) стоит около $100 000-$150 000.
- Специализированные металлические порошки могут стоить около $400/кг.
Для получения дополнительной информации о стоимости собственного производства металла и стоимости аутсорсингового производства посетите этот источник.
Недавний рост цен на использование 3D-печати объясняется тем, что простая технология используется в устройствах с различными сферами деятельности. На ранних этапах развития 3D-печати, когда стоимость входа была выше, и модели 3D-принтеров, и материалы были дорогими.
С последними усовершенствованиями различных технологий, машины и материалы, к счастью, снижаются в цене, поскольку 3D-печать становится более доступной и приемлемой для бюджетов компаний. Источник
Школам и малым предприятиям нужны машины, использующие технологию FDM или моделирование с плавленым напылением, такие как Replicator+, Z18 или Method от MakerBot. Машины FDM могут использовать такие 3D-материалы, как PLA и ABS — полимолочная кислота и акриламид-бутан-стирол, оба из которых являются термопластами.
Термопласты работают с принтером путем нагрева изделия до мягкости с возможностью гибкого формования. Как только материал застывает, общая форма может остыть.
Это делает PLA преимуществом по сравнению с ABS. PLA меньше деформируется/скручивается и печатает без необходимости использования нагретой строительной пластины.
Эффективное хранение филамента важно для экономии затрат при правильном хранении филамента, чтобы сохранить его или испортить всю катушку материала. 3D-печатная модель должна соответствовать требуемому размеру, и если она может работать с той же целью в меньшем масштабе, это позволяет сэкономить на материале, а также выдолбить внутреннюю часть конструкции материала.
Если вы можете уменьшить процент заполнения, когда это возможно, это также экономит материал, и изделие завершается быстрее.
Общие вопросы и ответы по 3D-печати металлом
Почему 3D-печать по металлу такая дорогая?
Аддитивное производство (AM) — это технология, которая произвела революцию в создании металлических деталей с помощью 3D-печати металла. Чтобы заменить традиционный путь, технология должна поддерживать конкурентоспособность. Существуют варианты процессов при 3D-печати металлом, и системы могут расходиться при создании из сырья.
Это означает, что, хотя различные методы могут обеспечить различные решения для компаний, стоимость производства металлических деталей варьируется в зависимости от техники, с которой ведется работа, и сложности проекта. В целом, основные затраты на металлическую 3D-печать будут связаны со станком, который вы используете.
Ваша печатная машина будет принимать 40% сырья, что составляет 25% от общей стоимости, а 15% — трудозатраты. Следует рассмотреть послепечатную обработку и подготовку каждого продукта.
Для сырья используется распространенный метод под названием «газовое распыление». Металл плавится перед помещением в расплавленный материал, пропускаемый через сопло в виде высокоскоростного потока воздуха. Капли быстро образуют и затвердевают порошок, что приводит к высоким температурам и требованиям передовой технологии.
К счастью, есть шанс, что новые поставщики порошка снизят стоимость по мере появления новых предложений на рынке. Существуют также процессы 3D-печати металлов, которые начинаются с проектирования изделия, которое сначала следует за дизайном специально для AM с использованием программного обеспечения под названием Generative Design.
Auto-desk Generative Design используется для создания оптимизированных конструкций с управлением временными затратами и лицензионными расходами на программное обеспечение, что позволяет финансово увеличить стоимость 3D-печатной детали.
Каковы типичные размеры сборки для системы металлической 3D-печати?
В среднем, это 250 x 150 x 150 мм, хотя более крупные машины могут создавать детали размером до 500 x 280 x 360 мм. Хотя это с учетом точности металлического 3D-принтера с размерами, достигающими приблизительно ± 0,1 мм. Источник
Насколько прочны металлические 3D-принтеры?
Благодаря разработке методов компьютерного контроля для создания слоев нержавеющей стали, можно создавать жестко контролируемые структуры материала от наноразмеров до микронных масштабов. Это также помогает металлическому 3D-принтеру создавать структуры клеточных стенок для предотвращения разломов в готовом изделии.
В результате проведенных испытаний 3D-печатная нержавеющая сталь оказалась в 3 раза прочнее обычной нержавеющей стали. Такие компании, как Sculpteo, создали металлический порошок, состоящий в основном из 66-70% железа, 16-18% хрома, 11-14% никеля и 2-3% молибдена, чтобы получившийся металлический материал обладал сильной коррозионной стойкостью.
Это является победой при производстве деталей, необходимых в медицинской сфере при проведении эндоскопических и ортопедических операций. Хотя этот материал также может помочь при создании часов и ювелирных изделий. Источник
Как это делается?
Чтобы получить прочную металлическую 3D-печать, установка начинается со слоя порошка из частиц сплава металлов на плоской поверхности. Компьютер управляет мощным лазерным лучом взад-вперед по поверхности, чтобы частицы попадали на поверхность и плавились, образуя сплав. Поверхность опускается вниз, и еще один слой порошка повторяет цикл нагрева. Повторение этого процесса помогает двигателям создавать двигатели для ракетных кораблей. Источник
Развенчание заблуждений о 3D-печати металлом
1. Металлическая 3D-печать слишком дорога
Хотя да, некоторые металлические AM-системы могут стоить миллионы долларов, есть варианты создания металлических проектов с помощью 3D-принтеров стоимостью менее 200 тысяч долларов. Примерами этого являются такие компании, как Xact Metal, Laser Melting Invocations и One Click Metal, которые специализируются на металлических порошковых кроватях, являющихся сплавом с технологией. У Metal X и Studio System есть возможности 3D-печати металла с более низкими ценами ниже $200k, чтобы облегчить финансы офиса.
2. Металлические AM-системы похожи друг на друга
На самом деле существует пять основных технологий металлической 3D-печати с различными требованиями и функциональным использованием. В 3D-принтерах, работающих на металлических порошках, таких как Power Bed Fusion, используются одни и те же методы, например, сплавление слоя за слоем, но технологии отличаются друг от друга несколькими различными подходами к выполнению задачи.
VELO3D является одним из них, поскольку 3D-принтер с порошковым слоем имеет механизм повторного покрытия для тесно интегрированных методов с программным обеспечением. Система обеспечивает печать металлических деталей без вспомогательных конструкций. Для получения более разнообразных руководств по металлической 3D-печати ознакомьтесь с «Определяющим руководством по металлической 3D-печати».
3. Обычные металлические детали уступают металлическим 3D-печатным деталям
Производители не уверены, что качество одинаково как для обычных деталей, так и для металлических 3D-печатных деталей из-за неправильного представления о металлической 3D-печати металла в целом. Хотя доказано, что технология справляется с качеством 3D-печатных деталей.
В результате оно становится равным или превосходит обычное качество изготовленных деталей. Видя результаты применения металлических AM-деталей в ракетных двигателях, деталях турбин и теплообменников, можно сделать вывод, что качественный металл способен выполнять требуемые от него задачи.
4. Металлический порошок снижает общие результаты воздействия на свойства материала
Было проведено множество исследований о том, как переработка металлического порошка при надлежащем контроле не оказывает никакого влияния на общие механические функции и позволяет использовать лазерный PBF в качестве эффективного процесса AM в целом. Компания Stratasys Direct Manufacturing провела исследование, посвященное влиянию вторичной переработки металлических деталей на суперсплавы на основе никеля.
Различные параметры использовались для определения различной прочности 3D-печатных деталей, в результате чего оказалось, что переработанные детали очень мало влияют на температуру, используемую для таких свойств, как Inconel 718 и 625. Источник
Мое интервью с производителем металлических 3D-принтеров
Я беседовал с джентльменом по имени Роджер, который работает в компании 3DX Industries, специализирующейся на металлической 3D-печати.
Ниже приводится проведенное мини-интервью:
Каковы наиболее распространенные области применения этой технологии?
Есть очень разнообразные заказы клиентов, причем более крупные заказы поступают из таких областей, как медицина, нефть и газ. Мы даже получаем заказы на самолеты. Когда нам дают проект, мы получаем эскизы того, что нужно сделать, или даже фотографии.
В медицинских заказах мы делаем детали, используемые для образования и обучения, а в нефтегазовых — детали или инструменты.
Что нужно знать о разработке продукции для 3D-печати металлов?
Знание DFAM* для изготовления деталей из металла. В прошлом, если деталь была слишком дорогой для производства, проект в целом не выполнялся. Сегодня с металлической 3D-печатью появилось больше свободы в разработке проекта, и можно не беспокоиться о других производственных трудностях.
*Дизайн для аддитивного производства: дизайн, обеспечивающий возможность производства при применении аддитивного производства.
Какие компании покупают эти принтеры?
В области нефти и газа мы выполняли работы для компании Halliburton и реставрации автомобилей, что является популярной работой. Что касается медицинских проектов, мы получаем заказы от Pacific Research, Siemens Healthineers и Saw Bones.
