Современные 3D-принтеры могут работать с различными материалами. Многие технологии предполагают использование в качестве расходного материала металл в виде порошка.
Виды 3D-принтеров печатающие металлом
Условно все существующие устройства можно разбить на три группы:
- Струйные принтеры, которые работают с пластиком и легкоплавкими металлами, например, свинцом или оловом.
- 3D-принтеры, работающие на основе металлического порошка со склеивающим веществом. На основе таких устройств печатаются прототипы, которые в дальнейшем подвергаются дополнительному обжигу. Правда, по качеству такие модели не очень прочные.
- 3D-принтеры, которые работают на основе технологий плавки лазером. Такие детали широко применяются в промышленности. Но стоимость таких устройств высокая.
Типы технологии для 3D-печати
Металлический порошок применяется в нескольких технологиях:
- SLS. При селективном лазерном спекании производится небольшое число продукции, создаются модели-прототипы.
- SLM. При селективном лазерном наплавлении частицы металла подвергаются плавке и сварке, после чего образуется жесткий каркас. Производственный процесс ведется в вакуумной камере, которая заполняется инертными газами.
- EBM. В процессе электронно-лучевой плавки металлический порошок плавится посредством воздействия электронных лучей. На основе данной технологии создаются детали и прототипы для медицинской сферы, аэрокосмической промышленности, автомобилестроения.
Рассмотрим особенности каждой технологии по отдельности.
SLS
Выборочное лазерное спекание выполняется на основе лазерных излучателей высокой мощности. В ходе производства частицы металла спекаются и образуют трехмерную модель. При этом спекание может вестись и без применения связующих компонентов. Создание модели ведется послойно: сначала она погружается в фотополимерную смолу, глубина погружения напрямую зависит от глубины слоя. На модель сначала наносится металлический порошок определенной толщины, при этом на компьютерной разработке указывается, какие части модели будут обработаны лазером.
При порошковой печати остается неизрасходованный материал, который можно использовать как поддерживающую поверхность для следующих слоев трехмерной модели. Такой подход позволяет сэкономить на процессе печати. Существенный недостаток деталей, созданных на основе SLS, — это пористая структура моделей, которые нуждаются в повышении плотности и прочности.
Принтеры SLS
При выборочном лазерном спекании используются принтеры модели sPro. Благодаря модульной архитектуре в устройство можно добавлять специальные пакеты, системы, позволяющие расширить функциональные особенности каждого печатного процесса. Самую лучшую скорость печати, точность и высокое качество изделий показывают 3D-принтеры sPro 140 / sPro 230. Они работают на технологии SLS, поэтому могут создавать детали даже самых маленьких размеров, при этом они будут тщательно детализированы.
На основе 3D-принтера sPro 140 можно создавать прототипы серийного производства и быстро. При этом в процессе печати будет рационально расходоваться материал, а излишки металлического порошка будут своевременно удаляться. В базовой версии принтер оснащается системой сканирования.
Технологические особенности устройства следующие:
- рабочая камера высокого качества и детализации,
- автоматическая система подачи металлического порошка,
- гладкая поверхность и высокое разрешение продукта,
- прочность изделий и способность выдерживать большие нагрузки.
На основе такого метода 3D-печати разрабатываются модели будущих кабин летательных аппаратов, оборудования для бизнеса, электрических приборов и так далее.
SLM
Технология селективного лазерного плавления предполагает плавку металлических порошков под лазерным лучом. Платформа, на которую наносится материал, постепенно опускается, формируя слои будущей трехмерной детали. В данной технологии применяются принтеры серии Pro. X100 – это самая компактная модель, на основе которой можно быстро создать химически чистые металлические или керамические изделия. Создание детали ведется на основе плавления порошков мелкой дисперсии слой за слоем. Управлять прибором можно как с ПК, так и с рабочей станции.
Для создания изделия для стоматологии используется принтер ProX 100 (Phenix PXS) DENTAL. На его основе можно создавать несъемные протезы или иные аксессуары, необходимые для медицины. В средней ценовой категории находится принтер ProX 200, который по своим функциям ни в чем не уступает остальным моделям. На его основе можно создавать мелкие изделия из металлического порошка. Самый большой принтер серии — ProX 300 (Phenix PXL).
EBM
Данная технология предполагает создание трехмерных моделей посредством электронно-лучевой плавки. К ее отличительным особенностям относится:
- высокое разрешение и детализация каждого изделия,
- в процессе печати используются недорогие материалы.
И несмотря на сложность процесса, он более эффективен и удобен. Первые принтеры для данной технологии были созданы компанией Arcam. Они позволяют вести производство ортопедических имплантатов, которые отличаются прочностью, износостойкостью, легкостью. Для их создания применяются титановые сплавы. В серии принтеров Arcam можно выделить несколько устройств.
С помощью принтера Arcam A2 можно создавать металлические детали для промышленного производства на основе сплавов титана. Размеры будущего изделия, его диаметр и высота зависят от размерных особенностей рабочей камеры. Arcam Q10 используется для печати ортопедических изделий, при этом весь неиспользованный материал собирается и подвергается вторичной обработке. Если работа ведется на высоком температурном уровне, можно использовать принтер Arcam A2X.
Перспективы применения металла для 3D-печати
Производство на основе применения металла при 3D-печати развивается быстрыми темпами. Так, многие крупные компании и концерны используются в своей деятельности разработки на основе подобных технологий. Благодаря экономичности, практичности и продуманности применения расходных материалов на основе методов плавки и спекания ведется серийное производство различных деталей.
С другой стороны, промышленные 3D-принтеры, которые работают с применением металла, стоят очень дорого. Поэтому себестоимость подобных процессов будет немаленькой. Чтобы удешевить процесс печати, компании идут на хитрости и создают инновационные материалы. Например, в Японии придумали принтер Mini Metal Maker, который работает на металлоглине. В этом материале гармонично сочетаются мельчайшие частички металла, вода и органическое связующее. Изделие формуется, после чего обжигается. Применяется данный материал, например, при создании скульптур или ювелирных изделий.
Среди современных моделей принтера по металлу можно отметить EOSINT. На его основе можно получить металлические изделия высокого качества буквально за несколько часов, при этом не потребуется дополнительная обработка. Модели этого устройства широко применяются на литейных производствах, где создаются песчаные формы для получения металлических отливок.