3д принтер по металлу как это работает

Обновлено: 21.11.2024

Изготовление металлического сплава (FFF) – это наиболее доступный, простой в использовании и недорогой тип технологии 3D-печати металлом. В результате ряд отраслей, таких как аэрокосмическая и автомобильная, уже используют металл FFF для 3D-печати функциональных деталей.

Metal FFF основан на литье металлов под давлением (MIM) и использует трехэтапный процесс: печать, удаление связующего и спекание. Прочитайте этот пост в блоге, чтобы узнать, что происходит на каждом ключевом этапе этого процесса 3D-печати металлом.

Трехэтапный процесс печати Metal FFF

Эти 3D-принтеры по металлу представляют собой узкоспециализированную разновидность принтеров FFF, оптимизированную для печати исходного сырья MIM (литье металлов под давлением). Этот тип печати создает «зеленые» металлические детали, которые перед окончательным использованием должны быть удалены и спечены.

Эти «зеленые» детали всегда увеличивают в масштабе на 15–20 % по сравнению с окончательными размерами детали, чтобы учесть воспроизводимую и предсказуемую усадку во время спекания.

Печать: металлический порошок, связанный пластиком, печатается слоями по форме детали. Детали масштабируются, чтобы компенсировать усадку в процессе спекания, в результате чего получаются «зеленые» детали.
Удаление связующего: после печати зеленые детали помещаются на станцию удаления связующего, где используется органический растворитель для растворения большей части пластикового связующего материала. После стирки зеленые части называются «коричневыми».
Спекание: промытые «коричневые» детали затем помещаются в печь, где они нагреваются с профилем, специфичным для материала — сначала для выжигания оставшегося связующего вещества, а затем для затвердевания металлического порошка в готовую деталь.
< /li>

Шаг 1. Печать

Технологии 3D-печати металлом FFF используют процесс, который почти идентичен традиционным принтерам FFF. Единственное основное отличие состоит в том, что в металлических FFF-принтерах используется вакуумный печатный лист, а не обычная печатная платформа.

Для пользователей процесс печати включает:

Нарезка частей на программной платформе
Размещение запечатанного печатного листа на платформе
Начало процесса 3D-печати металлом.
Извлечение напечатанной детали после отключения вакуума.
Отклеивание «зеленой» части листа для печати

Двойная экструзия с исходным сырьем MIM. Эти типы принтеров выдавливают нить MIM в одно сопло, а волокно с керамическим интерфейсом — в другое.

Одно экструзионное сопло предназначено для печати сырья MIM, которое представляет собой металлический порошок, связанный двухкомпонентным пластиковым связующим материалом. Это материал, используемый для изготовления самой детали, а также опор и плота. В настоящее время Markforged предлагает шесть различных материалов для промышленных 3D-принтеров: инструментальная сталь A2, инструментальная сталь D2, инконель 625, медь, инструментальная сталь H13 и нержавеющая сталь 17-4 PH.

Другое сопло печатает керамический разделительный материал. Это обеспечивает поверхность между деталями и их опорами и плотами. Без этого разделительного материала 3D-печать металлических деталей, требующих поддержки, была бы невозможна. В процессе спекания этот материал превращается в порошок, что позволяет легко отделить деталь от опор.

Шаг 2. Отмена привязки

На этапе удаления связующего удаляется большая часть связующего материала. В результате получается «коричневая» деталь, готовая к спеканию.

Во-первых, «зеленая» часть сначала помещается в нагретую ванну с растворителем на станции промывки с использованием обезжиривающего раствора для растворения основного связующего материала. В машинах Markforged Metal FFF используется Wash-1, раствор для удаления связующего на основе растворителя. В качестве растворителя в основном используется Opteon SF-79 — высокоэффективная жидкость, обеспечивающая превосходную очищающую способность, более высокую эффективность и безопасность при сохранении окружающей среды.

В целом, процесс удаления связующего для металлических FFF довольно прост и требует только основных средств индивидуальной защиты. Шаги пользователя для процесса отмены привязки включают:

Добавление зеленых деталей в корзину для стирки.
Опускание в машину с растворителем и закрытие крышки.
Открытие крышки после стирки и извлечение деталей из корзины для стирки.
Помещение деталей в сушильную камеру на станции мойки.
Снятие деталей со станции мойки после того, как детали высохнут

Итак, что происходит с деталью во время стирки? Ванна растворителя для удаления связующего растворяет первичный связующий материал в сырой части. Растворяя связующий материал, растворитель открывает микроскопические пути для жидкости в деталь, что позволяет растворителю проникать глубже и растворять больше.

Шаг 3. Спекание

Спекание — важнейший заключительный этап этого процесса производства металлических добавок.

Спекание удаляет «коричневые» детали на этапе удаления связующего, выжигая оставшееся связующее, а затем спекая деталь при температуре, близкой к температуре плавления. Все это делается в точной, контролируемой атмосфере. Автоматизированный процесс чрезвычайно сложен и требует точного управления высокоэнергетической средой.

Процесс спекания включает несколько ключевых этапов. Во-первых, деталь нагревается до промежуточной температуры, чтобы выжечь оставшийся связующий материал, который выходит из детали через микропути, созданные в процессе удаления связующего растворителем. Во-вторых, деталь нагревается до температуры спекания, при которой она сжимается от большего «зеленого» или «коричневого» размера до окончательного размера функциональной детали, напечатанной на 3D-принтере. Твердые геометрические формы объединяются до пористости 95%+, в то время как заполнение с закрытыми ячейками остается. Керамический материал интерфейса превращается в пыль, что позволяет пользователям легко отделить напечатанную на 3D-принтере металлическую деталь от основы и опор.

Использование печи для спекания требует следующих шагов:

Добавление деталей на монтажную пластину

Помещение инкубационной плиты в печь.
Закрытие дверцы печи
Начало процесса спекания
Запуск процесса до завершения

Бесплатные ресурсы по 3D-печати металлом

Все блоги и информация, содержащаяся в этих блогах, защищены авторским правом Markforged, Inc. и не могут быть скопированы, изменены или восприняты каким-либо образом без нашего письменного разрешения. Наши блоги могут содержать наши знаки обслуживания или товарные знаки, а также наших аффилированных лиц. Использование вами наших блогов не дает вам никаких прав или лицензий на использование наших знаков обслуживания или товарных знаков без нашего предварительного разрешения. Markforged Информация, представленная в наших блогах, не должна рассматриваться как профессиональный совет. Мы не обязаны обновлять или пересматривать блоги на основе новой информации, последующих событий или иным образом.

Когда мы предполагаем дополнительное применение в промышленности и бизнесе, первое, что приходит на ум, - это 3D-печать металлом. 3D-печать металлом — одна из наиболее активно и быстро развивающихся технологий в обрабатывающей промышленности. В настоящее время она используется не только вместе с другими производственными технологиями, но также используется для изготовления самостоятельных прототипов и готовой продукции. Некоторые предметы из металла, изготовленные на 3D-принтере, получаются так же хорошо, как и обработанные детали. Она в основном используется в прототипировании, авиакосмической промышленности, машиностроении, для изготовления специальных инструментов и во многих устройствах. Здесь вы найдете ответы на самые важные вопросы обо всех аспектах 3D-печати металлом, включая основные технологии, преимущества/ограничения и многое другое.

Что такое 3D-печать металлом?

3D-печать металлом — это общий термин для нескольких семейств технологий. Проще говоря, какую-то группу, которая создает металлические объекты слоя для тонкой выпечки, плавления и сварки, можно назвать 3D-печатью металлом. Однако это определение не является полным, но давайте опустим ненужные технические детали и рассмотрим основные преимущества и развитие 3D-печати металлом.

Основные преимущества 3D-печати металлом

На 3D-принтерах можно изготавливать сложные детали намного быстрее, чем встречаются методы изготовления.
Стоит дешевле по сравнению с обычным методом изготовления.
В зависимости от выбранной технологии можно создавать точные объекты с очень мелкими деталями.
Детали можно распечатать в сборке, что позволяет сэкономить время и деньги.
Более сложные формы повышения скорости, что деталь может быть по легкому весу без потери прочности. Вот почему детали публикаций на 3D-принтере так востребованы в аэрокосмической отрасли.
3D-печать металлом практически восстанавливает излишнюю трату материала.

Подводя итог, можно сказать, что 3D-печать рекомендуется для сложных деталей, где другие типы технологий неэффективны или трудны в сборке.

Ограничения 3D-печати металлом

У 3D-печати тоже есть свои рождения. Во-первых, это не так быстро и доступно для обычных деталей по сравнению с обнаруженными методами производства. Так что крупносерийное производство по-прежнему не является объектом исследования для 3D-печати. Другие достижения 3D-печати металлом включают:

Как вы видите, если сравнить изготовление обычных металлических деталей с использованием 3D-печати с изготовлением с использованием станков ЧПУ и других производственных технологий, границы очевидны. Во всех остальных случаях аддитивное производство - лучший выбор.

Основные технологии

Сравним основные технологии 3D-печати по металлу. Это DMLS (прямое лазерное спекание металла), LMS (лазерное спекание металла) и EBM (электронно-лучевая плавка).

Что такое DMLS и для чего используется?

DMLS или прямое лазерное выпекание металла - самый популярный метод 3D-печати металлом. Применяется лазер для спекания металлического порошка для слома и формирования объекта. Во время технологической обработки стали температура почти 3000°F. Однако металл не плавится. Среди доступных материалов - широкий спектр металлических сплавов, в том числе мартенситностареющая сталь, алюминий AlSi10Mg, хром-кобальт, Inconel 625 и титан Ti6Al4V.

Применение DMLS

DMLS участие для создания прототипов и изготовления готовых механических деталей. Его можно использовать для изготовления деталей с полостью, поднутрениями и углами наклона. Среди них медицинские приборы и инструменты, функциональные прототипы и инструменты.

Что такое SLM и для чего используется?

SLM или селективная лазерная плавка, как следует из названия, плавит материал. 3D-печать происходит в среде инертного газа. Благодаря этому 3D-печать имеет параметры, близкие к параметрам, полученным методом литья. SLM в основном используется для изготовления деталей из титана и алюминия.

Применение SLM

Объекты, изготовленные по технологиям SLM, довольно прочные и надежные, например, шестерни и винты. Медицинская, автомобильная и авиакосмическая промышленность часто использует SLM для производства своих деталей.

Что такое EBM и для чего используется?

EBM или электронно-лучевая плавка похожа на SLM, но вместо лазера используется электронный луч. Эта технология оценивается более быстро и точно, чем лазерная печать, но разница не имеет большого значения. 3D-печать обычно отличается от других методов печати. Эта технология используется в основном для изготовления предметов из титана и кобальта.

Применение ДМ

Самолеты, детали для космических ракет, детали двигателей и многое другое.

Что ещё?

Также существует несколько видов 3D-печати, которые можно использовать для производства. Они не так популярны, как DMLS, SLM и EBM, но у них тоже есть свои ниши.

Селективное лазерное спекание

Селективное лазерное спекание (SLS) очень похоже на DMLS; при этом также используется лазер для спекания порошкового материала. Использовалась для производства широкого спектра материалов, включая металлы, но в настоящее время эта технология в основном связана со спеканием пластика, частично нейлона и полиамида. Таким образом, температура спекания, используемая в лечении SLS, обычно составляет менее 400°F.

Струйная печать связующим покрытием Binder Jetting

Струйная печать связующим веществом Binder Jetting , как следует из названия, связывает порошковый материал со специальной жидкостью. Чтобы объект стал более твердым, его можно отвердить горячим изостатическим прессованием. 3D-печать становится намного прочнее, но вместе с тем растет и стоит. Binder Jetting обычно используется для изготовления сложных и крупномасштабных прототипов. Эта технология в несколько раз дешевле, чем DMLS/SLM/EBM. Тем не менее точность и надежность не идеальны, а для получения наилучшего результата требуется дополнительная постобработка.

Лазерное напыление металла

LMD или лазерное покрытие тела - это технология, которую можно сравнить с моделированием наплавленного металла, но вместо экструзии расплавленного пластика нагретый металл осаждает слой за слоем и материализует объект. Другими словами, на металлической подложке присутствует ванна расплава. Скорость изготовления включает большое количество различных материалов, в том числе стальных сплавов. LMD используется в аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности.

Вывод: 3D-печать металлом подходит для особых случаев

Считается, что металлические детали, изготовленные с помощью методов 3D-печати, таких как DMLS, SLM и EBM, имеют почти такую же прочность, как и обычные металлические детали.Однако есть много функций, которые ограничивают использование металлической 3D-печати, и поэтому лучше оставить ее на случай исключительных случаев, когда другие методы не так эффективны. Примечательно то, что следует обратить внимание на высокую оценку машин для 3D-печати и их порошковых материалов, самый простой и, возможно, самый неожиданный способ - заказать 3D-печать на производственных платформах, таких как Treatstock. У нас есть персональные менеджеры, которые бесплатно представляют вас и решают любые вопросы.

3D-печать металлом открывает совершенно новый мир производственных возможностей как для технологий, так и для бизнеса. Это устраняет необходимость в инструментах, что значительно снижает стоимость детали и обеспечивает геометрическую свободу за счет аддитивных процессов. Кроме того, 3D-печать металлом допускает автоматизацию, поскольку принтеры могут автоматически производить детали из файлов проекта.

Передовые производители уже используют эту технологию для быстрого прототипирования металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере, или для печати запасных частей по требованию.

Но как все это работает? Мы попросили инженера по приложениям Триппа Берда показать нам весь процесс 3D-печати металлом Markforged в этом видео, где мы переходим от дизайна к функциональной металлической детали.

Три основных этапа процесса 3D-печати металлом: печать, промывка и спекание. На каждом этапе есть уникальные области, в которых 3D-печать металлом отличается от традиционного производства.

Шаг 1. Печать

Каждая напечатанная на 3D-принтере деталь начинается в САПР, где вы ее проектируете. Затем вы экспортируете в STL и загружаете в Eiger. Eiger — это облачная система управления нарезкой и печатью, которая поставляется с каждым продуктом Markforged. Eiger автоматически настраивает вашу деталь в зависимости от материала и принтера, которые вы используете для работы.

Когда Eiger нарезает вашу деталь, она масштабируется с учетом усадки и деформации в последующих процессах. Затем Эйгер разбивает вашу деталь на отдельные слои, определяет нависающие элементы и строит опоры и плот под вашей деталью.

Эйгер также отслеживает продвижение металлической детали на каждом этапе процесса. После подготовки печати с помощью программного обеспечения для печати пришло время перейти к самому металлическому 3D-принтеру Metal X.

Перед началом печати Metal X автоматически отображает и выравнивает печатную платформу, используя уникальный процесс касания сопла, чтобы обеспечить правильную печать первого слоя. Печать создается из двух материалов, хранящихся в нагреваемой камере, расположенной в верхней части принтера. Первый материал — это металл, а второй — керамический выпуск. Этот волокнистый материал представляет собой металлический порошок, надежно подвешенный в пластиковом связующем, состоящем из двух частей. Нить нагревается и выдавливается на рабочую пластину, где деталь наращивается слой за слоем. Разделительный материал экструдируется в качестве интерфейса между деталью и ее опорами, поэтому после того, как деталь выйдет из печи, ее легко удалить.

В отличие от других систем 3D-печати металлом, в процессе Metal X не используется сыпучий металлический порошок, что делает рабочий процесс более безопасным и экономичным.

Система Markforged Metal X позволяет печатать из нержавеющей стали 17-4 PH, инструментальных сталей H13, A2 и D2, меди и инконеля 625, а также из нескольких других материалов, находящихся в разработке. Вы можете легко переключаться между материалами с помощью быстрого переключения.

После завершения печати вашей детали принтер уведомит вас об этом по электронной почте. На этом этапе вы можете подойти к принтеру, снять деталь с листа сборки и очистить кровать.

На этом этапе печатная часть имеет зеленый цвет. Следующим шагом мы поместим его в стирку для удаления переплета.

Шаг 2. Стирка

На этапе промывки Markforged Wash-1 удаляет первый этап связующего материала. Зеленая часть вынимается из принтера и помещается в корзину для стирки, которую затем опускают в растворитель.

Время мытья на этом этапе будет варьироваться от нескольких часов до нескольких дней, в зависимости от самой толстой области вашей детали. После завершения стирки у вас есть коричневая часть. Затем мы переходим к процессу спекания.

Шаг 3. Спекание

Спекание превращает коричневую деталь в полностью металлическую. Для этого температуру медленно повышают, чтобы сжечь следовые количества оставшегося связующего материала. По мере того, как температура приближается к точке плавления материала, металлические частицы сплавляются вместе, образуя прочную металлическую деталь.

Markforged Sinter-2 — это печь, предназначенная для средних производственных циклов и больших печатных изделий. В печи Sinter-2 и других агломерационных печах Markforged используется безуглеродная реторта, чтобы обеспечить соответствие стандартам качества деталей и состава сплава для готовых изделий.

Каждый запуск занимает около дня и может контролироваться удаленно с помощью программного обеспечения Eiger. По окончании цикла инкубационный лоток с готовыми металлическими деталями можно вынуть из печи. После снятия с плота эти детали готовы к использованию.

В печи слой печатного антиадгезионного материала между опорами, плотами и частью принтера превращается в порошок. Это позволяет прикрепить структуру к основе, чтобы лучше контролировать усадку и точность на протяжении всего процесса, а также легко отделить ее после спекания.

На этом этапе деталь полностью спечена и готова к использованию. Его можно подвергать механической обработке, полировать или иным образом обрабатывать по мере необходимости для окончательного применения, но во многих случаях точность и прочность детали после этого процесса означают, что она готова к установке.

Благодаря этому процессу вы можете увидеть, как 3D-печать металлом обеспечивает безопасный и экономичный метод аддитивного производства металлов. Эти процессы уже стимулируют инновации в бережливом производстве. Узнайте больше о лучших материалах для 3D-печати металлом и об истории 3D-печати.

3D-печать металлом занимает уникальное место в современной разработке продуктов. Это позволяет напрямую производить сложные детали конечного использования и упрощает оснастку для традиционных производственных технологий, сокращая затраты и время выполнения заказов. Эта технология также известна как прямое лазерное спекание металлов (DMLS) и селективное лазерное плавление (SLM).

Почему стоит выбрать 3D-печать металлом?

Эта технология сочетает в себе гибкость дизайна 3D-печати с механическими свойствами металла. От инструментальных вставок с охлаждающими каналами до легких конструкций для аэрокосмической отрасли — любое применение, связанное со сложными металлическими деталями, потенциально может принести пользу 3D-печати металлом.

Идеальные приложения для 3D-печати металлом

Полнофункциональные прототипы
Производственные инструменты
Инструменты, такие как пресс-формы и вставки
Жесткие корпуса
Воздуховоды
Запасные части
Теплообменники и радиаторы

НОВИНКА: стандартные и рабочие оценки

Выберите правильный баланс производительности и эффективности для каждого проекта.

Стандарт

Универсал
Все дело в технологии

Стандартные требования к качеству.
Идеально подходит для прототипов и простых конечных частей.
Проверка формы, соответствия и функциональности.
Прочность и плотность аналогичны литым деталям.

Производительность

Специалист по
сложному производству

Идеально подходит для сложных металлических деталей, предназначенных для аддитивного производства.
Применения в сложных условиях
Подходит для серийного производства
Прочность и плотность выше, чем у литья.
Специализированные отчеты о проверке качества, доступные в соответствии с вашими требованиями.

Хотите узнать, какой класс вам подходит? Расскажите о своем проекте >

Технические характеристики

Минимум 10 рабочих дней, в зависимости от размера детали, количества компонентов и степени отделки

1 мм (стандартный сорт) / 0,5 мм (высококачественный и инконель)

Размеры не ограничены, так как компоненты могут состоять из нескольких частей. Максимальный размер рабочей зоны: 500 x 280 x 315 мм

Незавершенные детали обычно имеют шероховатую поверхность, но различные степени обработки позволяют получить гладкую поверхность

Читайте также: