Точный ответ на вопрос, сколько стоит 3D принтер по металлу, можно получить только после того, как будет определена сфера его использования. Но следует сразу оговориться, что цена такого оборудования очень высокая, и используется оно в основном на крупных производствах.
Совсем недавно можно было приобрести только промышленный 3D принтер по металлу. Цена устройства варьировалась от 30 000 000 до 40 000 000 рублей, а функционировало оно по принципу сварочного аппарата.
В настоящее время печатающий металлом 3D принтер стал доступен для обычных граждан. Потому что на рынке появились модели стоимостью от 350 000 до 500 000 рублей, с помощью которых печатается большой ассортимент продукции, в том числе и ювелирных изделий.
Можно найти домашний 3D принтер по металлу, стоимостью от 40 000 рублей, при работе использующий металлоглину. Пока с помощью подобного устройства можно производить только грубые изделия. Тем не менее, оборудование быстро окупает вложенные в его приобретение деньги.
Узнать сколько стоит 3D принтер по металлу, можно на сайтах специализированных интернет магазинов, которые не только помогут определиться со стоимостью устройства, но и дадут возможность сравнить характеристики различных моделей, наиболее подходящих для использования в выбранном направлении.
Чтобы принять правильное решение, какой купить 3D принтер по металлу в каждом конкретном случае, необходимо обращать внимание при выборе не только на стоимость устройства, но также на качество и функциональность модели. Специалисты рекомендуют людям, подбирающим домашнее оборудование для печати по металлу, дождаться тиражирования нового устройства Vader, которое по предварительным данным не будет стоить больше 50 000 рублей, обладая при этом высокой скоростью печати и отличным разрешением.
Сегодня каждому пользователю доступен широкий ассортимент металлов для 3D печати. Например:
В металлические порошки добавляют фосфорное соединение, влияющее на поверхностное натяжение, а также на степень окисления расплава и его вязкость. Все компоненты можно приобрести в специализированных магазинах.
В настоящее время 3d печать металлом рассматривается, как одна из наиболее перспективных технологий, которая в недалеком будущем может вытеснить современные методы прототипирования.
Исследователи усердно работают над тем, чтобы в ближайшее время принтеры, печатающие металлом, появились на строительных площадках, в металлургической промышленности и на пищевом производстве.
Вам не кажется, что создатели «Терминатора» смогли предугадать будущее?
Только представьте, как изменится наш мир в лучшую сторону, если каждый из нас сможет наладить производство металлических сооружений и конструкций у себя дома.
Говорить о перспективах металлопечати можно бесконечно, но для начала лучше подробнее разобраться с тем, что представляют собой современные 3D принтеры для печати металлом.
Еще недавно литье, рассматривалось как единственный недорогой и выгодный с экономической точки зрения метод изготовления трехмерных металлоконструкций.
С появлением FDM принтеров его гегемония несколько пошатнулась, однако в начале двухтысячных годов мало кто верил в то, что технология трехмерной печати эволюционирует до такой степени, что на повестке дня встанет вопрос о комплексном реформатировании металлургийной промышленности.
Принцип послойного выращивания объемного объекта изначально использовался только при создании аппаратов, работающих с пластиком и глиной.
Прошло немало времени, прежде чем появился 3d принтер по металлу, способный оказать достойную конкуренцию традиционным методам металлопроизводства.
На данный момент существует всего несколько технологий, которые используются для печати металлом: лазерные 3d принтеры и струйные. Обе они подразумевают аккуратное и постепенное наслаивание «чернил» слой за слоем для построения заданной фигуры. Тем не менее, инженеры нашли сразу несколько способов, позволяющих вырастить твердый объект на платформе построения.
Технология SLS, также известная под названием Direct metal laser sintering, позволяет создавать металлические объекты из плавкого порошка – металлической глины. Впервые данный материал был показан в 1990 году в Японии. Тогда его использовали для лепки примитивных форм. В промышленности применять его стали лишь спустя десять лет после открытия.
Металлоглина изготавливается из смеси металлической стружки, органического связующего вещества и воды. При обжигании связующее вещество и вода выгорают, что превращает металлический порошок в монолитный объект.
Свеженапечатанные детали методом Direct metal laser sintering:
Для обработки металлоглины SLS-принтеры используют лазер. Порошок наносится на поверхность платформы ровным слоем, после чего разглаживается специальным валиком.Затем лазерное излучение корректирует слой металлоглины так, как это запрограмированно в шаблоне.
Процесс повторяется раз за разом, пока фигура не приобретет нужные размеры. Печать проходит в специальной камере с бескислородной средой, в которой постоянно поддерживается высокая температура. Технология SLS-печати наглядно продемонстрирована на видеоролике, представленном ниже:
Инженеры утверждают, что изделия, изготовленные с помощью селективного лазерного спекания, превосходят металлические заготовки, созданные традиционным методом, по таким параметрам, как пористость и прочность.
Что интересно, промышленный лазерный 3D принтер уже используются такими гигантами, как General Electric Aviation.
Технология EBM по сути, практически не отличается от SLS/DMLS печати металлом. Единственное отличие электро-лучевой плавки заключается в том, что вместо лазерного луча, металлоглина плавится при помощи направленных электроимпульсов.
Использование электронных пучков высокой мощности, действующих в вакууме, обеспечивает более высокую детализацию печатных объектов. Это объясняется тем, что корректировка электронного луча осуществляется не за счет движения печатной головки, а с помощью манипуляции магнитными полями, то есть на гораздо более точном уровне.
Промышленный 3D принтер Arcam Q10:
Использование электромагнитных компонентов вместо лазерных линз делает EBM принтеры более рентабельными в сравнении с лазерным оборудованием. Кроме того, они обеспечивают более высокую производительность. Посмотреть, как работает аппарат данного типа можно на видео:
Стоит сразу сказать, что вышеназванные технологии далеки от своего предела и могут стать еще лучше. Несмотря на то, что конструкторы используют высокоточное оборудование, которое превосходит традиционные методы обработки металла, при проектировании макетов печатных изделий приходится учитывать усадку от 8% до 30%. Это объясняется физическими свойствами «чернил».
Помимо этого, не стоит забывать, что EBM и SLS/DMLS машины комплектуются германиевыми и алмазными линзами, сложными электромагнитными приспособлениями и посеребренными или позолоченными зеркалами, из-за чего стоимость оборудования делает его покупку рентабельной только для крупных промышленных центров.
Технология FDM или fused deposition modeling используется преимущественно в принтерах, работающих с пластиком, воском и смолами.
Принцип работ устройств, использующих данную технологию достаточно прост: расплавленный материал выдавливается через экструдер на охлажденную платформу построения, где он застывает, слой за слоем формируя нужный объект. 3d печать из металла способом наплавления рассматривается как самый простой из доступных ныне методов печати металлом. Конечно, она не лишена недостатков.
Несмотря на обилие «чернил», доступных в виде металлоглины (медь, сталь, железо, бронза, серебро и золото), существующие FDM оборудование не способно печатать металлические объекты с высокой четкостью и детализацией.
Среди устройств, работающих по схожему принципу, можно выделить The Mini Metal Maker.
Ниже прилагается видео, на котором детально продемонстрирован процесс печати металлом с помощью данного аппарата:
Вполне возможно, что 3d принтер металл в обозримом будущем появится в доме каждого желающего. Об этом говорит стремительное развитие отрасли: уже сегодня такие промышленные киты, как General Electric, Mitsubishi, Boeing, General Motors и Lockheed Martin используют на производстве EBM и SLS/DMLS принтеры.
В компаниях уверяют, 3D печать помогает им экономить значительные денежные суммы и существенно расширить возможности конвейерного производства комплектующих.
Вряд ли компании 3D Systems и Arcam, которым принадлежит первенство в данной сфере, смогут оставаться монополистами на рынке долгое время и диктовать потребителям свои цены.
В 2015 году истекает большинство патентов, что согласно базовым законам рыночной конкуренции сделает «домашние фабрики» по производству металлоконструкций доступными для бытового использования.
Объемная печать начала развиваться в середине XX века. В 1948 году американец Чарльз Халл (Charles Hull) изобрел технологию, которая получила название SLA (Stereolithography) , или стереолитография. Процесс основан на свойстве жидкого фотополимера отвердевать под лазерным излучением. Выращивание модели ведется аддитивным методом, рабочая площадка опускается на 0,05-0,15 мм и покрывается новым слоем фотополимеризующейся композиции, а лазерный луч засвечивает участки, соответствующие стенкам виртуальной детали, заставляя их отвердевать.
Чарльз Халл оформил патент на изобретение в 1986 году и основал компанию 3D Systems (крупнейший производитель отрасли до настоящего времени). Тогда еще не было понятия 3D печать, и машину назвали аппаратом для стереолитографии. Но это первое устройство, создавшее реальный объект по виртуальному образцу методом послойного выращивания. С того времени направление бурно развивается, делаются открытия, основываются компании. Появились лазерные и струйные принтеры для объемной печати, использующие в качестве сырья пластики, полимеры, биоматериалы, продукты питания, и, конечно, металлы.
Подавляющее большинство 3D принтеров по металлу – огромные модели весом более тонны, стоимость которых может достигать нескольких сотен тысяч долларов. Используются агрегаты в промышленных целях и служат для выращивания деталей сложной геометрии, которые затруднительно изготовить литьем или механической обработкой. На 3D принтерах изготавливаются:
Существует несколько технологий 3D печати металлами и их сплавами. Одни из них успешно применяются для работы с разными материалами, а другие предназначены исключительно для выращивания металлических изделий.
Самый популярный способ выращивания объемных моделей – технология FDM (Fused Deposition Modeling) , называемая также FFF (Fused Filament Fabrication) . Печать ведется методом послойного наложения расплавленного материала, поставляемого в виде нити . Использование здесь тугоплавких металлов невозможно, слишком высока температура, которую должен выдерживать экструдер принтера, но в филамент можно добавить какое-то количество металлического порошка. Один из таких материалов – BronzeFill – состоит из термопластика и бронзы. В процессе изготовления детали металл, естественно, не плавится, только основная составляющая нити. Благодаря содержанию бронзового порошка готовый предмет поддается полировке и выглядит как металлическое изделие, хотя прочность, и другие свойства модели, ограничиваются характеристиками пластика.
Технология LOM (Laminated Object Manufacturing) , или ламинирование, заключается в последовательном наложении друг на друга тонких листов, в частности, может быть использована металлическая фольга. В каждом слое лазером вырезается контур, соответствующий сечению прототипа на соответствующем уровне. Соединяются же листы между собой связующим веществом на клеевой основе. Визуально полученные изделия напоминают металлические, но их целостность зависит от возможностей клея.
Принтеры, работающие по этой технологии, используют любые материалы, которые могут быть превращены в порошок , в том числе металлы и их сплавы. Из струйной печатающей головки на тонкий слой композита поступает жидкое связующее вещество, которое скрепляет основной материал. Затем в рабочую зону подается новый слой порошка и выращивание продолжается. Распечатанное 3D принтером изделие по-прежнему нельзя назвать металлическим, ведь его прочность зависит от свойств полимера. Но такую деталь можно подвергнуть термической обработке, в процессе которой металлический порошок начинает спекаться, а связующее вещество выгорает. На этом этапе изготовления, хотя в составе модели исключительно металл, она крайне хрупка из-за своей пористости. Для повышения прочности проводят пропитку изделия бронзой. Несмотря на сложность и продолжительность работ цельнометаллическая модель, полученная таким способом, не обладает свойствами, позволяющими использовать ее в каких-то механизмах. Однако технология широко применяется для производства предметов очень сложной формы, к которым такие требования не предъявляются:
Два метода 3D печати, разработанные разными компаниями, отличаются друг от друга техническими решениями, но приводят к одному результату: лазер принтера разогревает порошок до температуры, близкой к точке плавления, и спекает гранулы вместе для получения твердой структуры. По технологии SLS (Selective Laser sintering) , или выборочное (селективное) лазерное спекание, используется углекислотный лазер. Иногда для увеличения скорости работ конструкцией может быть предусмотрено два лазера. В качестве сырья используются порошки из полимеров, керамики, стекла, металлов. Часто гранула представляет собой ядро из металлического порошка, покрытое оболочкой из легкоплавкого материала. Чем ниже температура спекания – тем менее мощным может быть лазерный излучатель. Владелец патента – компания 3D Systems – в качестве сырья для своих принтеров серии sPro, работающих этому методу, заявляет прочные инженерные пластики.
Технология DMLS (Direct Metal Laser Sintering) , или прямое лазерное спекание металла, изобретена компанией EOS из Германии и позиционируется как способ спекания именно металлических порошков:
Используются оптоволоконные лазеры 200 или 400 Вт, их мощность и количество зависит от комплектации конкретной модели принтера. Построение модели происходит в закрытой камере, наполненной инертным газом для предотвращения окисления металла. Кроме того, порошок подогревается до температуры, близкой к точке плавления. Линейка 3D принтеров компании EOS, использующих технологию DMLS, предназначена для промышленного производства, так же как и устройства серии ProX компании 3D Systems.
Металлы подвергаются не спеканию, а полной плавке до образования гомогенной массы по технологии SLM (Selective Laser Melting) , или селективное лазерное плавление. Компания Phenix Systems выпускает линейку принтеров Phenix PL, использующих этот метод. Устройства оснащены мощными иттербиевыми волоконными лазерами, позволяющими значительно повысить температуру луча. Самое существенное отличие от технологии SLS, что при лазерном плавлении структура полученной детали по своим свойствам практически не отличается от литых изделий.
По технологии EBM (Electron beam melting) , или электронно-лучевая плавка, место лазера занимают электронные излучатели, выращивание модели идет в глубоком вакууме при температурах до 1000°C. На этом методе основана работа 3D устройств компании Arcam, Швеция. Принтеры предназначены для промышленного производства ортопедических имплантатов, деталей аэрокосмической продукции, изделий из титановых сплавов и других материалов, требующих повышенной температуры для обработки.
Мы предлагаем печать из двух самых распространенных материалов для печати на 3D принтерах компании SLM Solutions (Германия) (далее – «компания SLM»)
Возможна 3D-печать из других металлических порошков, используемых для 3D-принтеров компании SLM, а именно 1.2344 (H13), 1.4540 (15-5PH) и 1.4542(17-4PH) по отдельному согласованию.
Металлические изделия, которые изготавливаются с помощью данной технологии 3D-печати, характеризуются однородной плотной структурой, обладают высокой твердостью и прочностью, а также устойчивы к коррозии.
Суть технологии 3D-печати SLM (Selective Laser Melting или метода селективного лазерного плавления) заключается в том, что металлический порошок полностью расплавляется, превращаясь в однородную металлическую массу.
В процессе 3D-печати гранулированный стальной порошок распределяется тонким слоем (от 20 μm - 75 μm и до 100 μm) на платформе, которая опускается по вертикали, а печать изделия производится с использованием двойного лазерного луча, расплавляющего порошок слой за слоем. Процедура происходит в закрытой камере с инертными газами. По окончании 3Д-печати модель остывает, очищается от лишнего порошка и передается на постобработку, основной задачей которой является удаление структур поддержки.
В линейке 3D-принтеров компании SLM на данный момент есть три 3D-принтера, которые отличаются преимущественно размерами камеры. Мы печатаем на средней по размерам системе SLM 280 HL, рабочая камера которой позволяет создавать объекты размером 280 х 280 х 350 мм.
Данный 3D-принтер может работать не только со сталью, но также позволяет печатать из кобальт-хрома, жаропрочных сплавов, алюминия и титана. Рабочая камера самого большого по размерам 3Д-принтера компании SLM рассчитана на изготовление изделий с габаритами 500 x 280 x 325 мм.
Если вам необходимо отпечатать изделие редким материалом или вы хотели бы изготовить прототип большого размера (вплоть до 500 мм), то мы будем рады обсудить наши возможности и выполнить такие работы для вас.
Главное при создании цифровой 3D-модели - помнить, что при 3D печати методом SLM со стороны основания камеры 3D-принтера выращиваются структуры поддержки из стали, которые позволяют сохранить форму изделия в процессе печати.
Как правило, структуры поддержки автоматически выстраиваются программным обеспечением 3D-принтера, и заранее предугадать их количество невозможно. При этом удаление структур поддержки всегда является кропотливой и сложной работой, которая делается практически полностью вручную.
В качестве экспериментальной работы при необходимости с помощью программного обеспечения можно задавать конкретные места в изделиях, где структуры поддержки выращиваться не должны. Однако в этом случае возможен риск изменения геометрии элементов изделия, которые остались без поддержки.
Кроме того, иногда практикуется размещение 3D-модели в камере 3D-принтера под специально рассчитанным углом с тем, чтобы некоторые элементы изделия отпечатались без поддержек. Это позволяет достичь цели и избежать построения структур поддержек в заданных местах, но в то же время при таком подходе значительно увеличивается стоимость 3D-печати за счет построения длинных структур поддержки, ведущих к стороне изделия, размещенной под углом.
Подробные технические характеристики инструментальной и нержавеющей стали от компании SLM вы найдете в брошюрe с информацией о материалах для 3D-печати.
Минимальная толщина стенки:
0.4 мм
Минимальная толщина выпуклой или выгравированной детали:
0.5 мм
Точность:
0.2 мм на деталь до 10 см и не более 1-2% на размер более 10 см
Максимальный размер модели:
280 х 280 х 350 мм
Минимальный размер модели:
3 х 3 х 3 мм
Минимальный диаметр отверстия для удаления порошка:
2 мм
Минимальное расстояние между двумя частями или стенками:
1 мм
Формат файлов:
STL
Несколько моделей в одном STL файле, соединенные детали или деталь в детали – не допускается.
Сегодня в 3D-печати нет более актуального тренда, чем металл. Мы расскажем про металлическую печать в домашних условиях, как это делается в промышленным масштабах, о технологиях, приложениях, принтерах, процессах, ценах и материалах.
Последние несколько лет 3D-печать металлом активно набирала популярность. И это вполне естественно: каждый материал предлагает уникальное сочетание практических и эстетических качеств, может подходить для широкого круга изделий, прототипов, миниатюр, украшений, функциональных деталей и даже кухонной утвари.
Причина, по которой 3D-печать металлом стала столь популярной, заключается в том, что напечатанные объекты можно выпускать серийно. На самом деле, некоторые из напечатанных деталей так же хороши (если не лучше), как и те, которые изготавливаются традиционными способами.
При традиционном производстве работа с пластиком и металлом может оказаться довольно расточительной — появляется масса отходов, используется немало лишнего материала. Когда авиапроизводитель делает детали из металла, до 90% материала просто обрезается. 3D-напечатанные металлические детали требуют меньше энергии, а количество отходов сокращается до минимума. Немаловажно и то, что конечный напечатанный 3D-продукт оказывается до 60% легче традиционной детали. На одной только авиационной промышленности — главным образом за счет снижения веса и экономии топлива — можно сэкономить миллиарды долларов.
Итак, что же нам надо знать про 3D-печать металлами?
Если вы хотите изготавливать дома объекты, которые будут выглядеть, как металлические, лучше всего обратить внимание на металлизированные PLA-филаменты (Фото: colorFabb)
С чего начать, если хочется печатать металлические объекты в домашних условиях? Учитывая экстремально высокую температуру, которая требуется для настоящей 3D-печати металлом, обычным FDM 3D-принтером сделать это не получится.
Едва ли в это десятилетие появится возможность печатать жидким металлом в домашних условиях. До 2020 года у вас, вероятно, не появится дома специализированного для этих целей принтера. Но через несколько лет, по мере развития нанотехнологий, мы можем стать свидетелями существенного развития новых приложений. Это может быть 3D-печать проводящим серебром, которое будет испускаться примерно так же, как это происходит в двумерных домашних принтерах. Станет возможным даже смешивать в одном объекте различные материалы вроде пластика и металла.
Даже несмотря на то, что вы не можете печатать в домашних условиях собственно металлические объекты, можно обратиться к пластиковому филаменту, в который добавлены металлические порошки. Bestfilament , ColorFabb , ProtoPasta и TreeD Filaments предлагают интересные композитные металло-PLA филаменты. Эти филаменты, содержащие значительный процент металлических порошков, остаются достаточно пластичными для того, чтобы ими можно было печатать при низкой температуре (от 200 до 300 по Цельсию) на практически любом 3D-принтере. В то же самое время они содержат достаточно металла, чтобы конечный объект выглядел, создавал тактильное ощущение и даже весил, как металлический. Филаменты на основе железа в определенных условиях даже ржавеют.
Но можно пойти и дальше. Обычно в филамент для 3D-печати добавляется до 50 процентов металлического порошка. В голландской компании Formfutura заявляют, что им удалось добиться 85-процентного содержания металлического порошка при 15 процентах PLA. Эти филаменты называются MetalFil Ancient Bronze и Metalfil Classic Copper . Ими можно печатать даже при «умеренных» температурах от 190 до 200 градусов Цельсия.
Катушки филамента для металлической 3D-печати, в данном случае от SteelFill и CopperFill colorFabb (Сталь и бронза), Ancient Bronze (Старинная бронза) от Formfutura
Вот ключевые моменты о металлической печати в домашних условиях
Поскольку получение металлических 3D-распечаток — дело более сложное, чем обычно, вам может понадобиться сделать апгрейд сопла 3D-принтера, особенно, если речь идет о принтере начального уровня. Металлический филамент быстро его изнашивает. Существуют износостойкие хот-энды (например, E3D V6), которые сами сделаны из металла. Они могут противостоять высоким температурам и подходят к большинству принтеров. Будьте готовы к тому, что сопла придется заменять часто, потому что металлический филамент очень абразивен.
Также вам нужно будет позаботиться о конечной доводке поверхности (чистке, зачистке, смазке, покрытии воском или грунтом), чтобы напечатанный металлический объект блестел как положено.
И почем же металлический филамент для 3D-печати? — спросите вы. Вот несколько примеров:
Но что если вам требуется более качественный результат или даже полностью металлическая 3D-печать? Следует ли для бизнес-нужд приобретать реально «металлический» 3D-принтер? Мы бы не советовали — если только вы не собираетесь заниматься этим каждый день. Стоит профессиональный 3D-принтер металлом дорого: аппараты фирм EOS или Stratasys обойдутся вам в 100-500 тысяч долларов. Кроме того, расходы окажутся еще больше, поскольку вам придется нанять оператора, работника для обслуживания аппарата, а также для конечной доводки распечаток (полировки, например). Просто отметьте для себя: в 2016 году приемлемого по цене металлического 3D-принтера не существовало.
В случае если вы не собираетесь открывать дело по 3D-печати металлом, но вам всё же требуется профессионально выполненная на 3D-принтере металлическая деталь, лучше обратиться в соответствующую фирму, которая оказывает такие услуги. Сервисы 3D-печати, подобные Shapeways, Sculpteo и iMaterialise, предлагают прямую печать металлом.
В настоящее время при 3D-печати они работают со следующими металлическими материалами:
Если вы ювелир, вы можете также заказать восковые модели для отливки из благородных металлов.
Если говорить о восковых моделях, то в большинстве случаев именно они (с последующим расплавлением) используются при печати металлами (включая золото и серебро). Не все заказы выполняются непосредственно этими фирмами. Обычно, чтобы выполнить заказ, они обращаются к другим компаниям, специализирующимся на металлической 3D-печати. Впрочем, число подобно рода сервисов во всем мире быстро растет. Кроме того, техника для 3D-печати металлом получает все большее распространение в фирмах, которые предлагают такие услуги.
Причина, по которой крупные компании так полюбили 3D-печать, заключается в том, что на ее основе можно построить полностью автоматизированные линии, выпускающие «топологически оптимизированные» детали. Это означает, что появляется возможность точно выделять исходные материалы и делать компоненты толще лишь в том случае, если они должны выдерживать большие нагрузки. В целом масса деталей существенным образом уменьшается, а их структурная целостность при этом сохраняется. И это не единственное преимущество данной технологии. В некоторых случаях продукт получается существенно дешевле и доступным по цене практически всем.
Имейте, пожалуйста, в виду, что 3D-печать металлом требует для моделирования специальных CAD-программ. Стоит обратить внимание на рекомендации Shapeways — 3D printing metal guidelines . Чтобы еще больше углубиться в тему, посмотрите Statasys’ information по соответствующим 3D-принтерам и нюансам металлической 3D-печати.
Вот несколько примеров цены тестовой модели Benchy при металлической 3D-печати:
Как и следовало ожидать, что цены на сплошную металлическую 3D-печать довольно высоки.
Детали авиадвигателя GE LEAP, напечатанные на 3D-принтере на фабрике Avio Aero (Фото: GE)
Есть несколько отраслей, в которых уже применяются 3D-принтеры для изготовления объектов повседневного пользования — вы можете даже не знать, что эти объекты напечатаны.
Однако прежде, чем металлическая 3D-печать по-настоящему пойдет на взлет, придется преодолеть некоторые препятствия. И в первую очередь это — высокая цена, которую не получается сделать ниже, чем при формовке. Также проблемой является низкая скорость изготовления.
Большинство процессов 3D-печати металлом начинается с «атомизированного» порошка
Можно много говорить про «металлические» 3D-принтеры, но главными их проблемами остаются те же, что и у любых других 3D-принтеров: программные и аппаратные ограничения, оптимизация материалов и мультиматериальность. Мы не будет особо говорить о программном обеспечении, скажем только, что большинство крупных профильных софтверных компаний, таких как Autodesk, SolidWorks и solidThinking, стараются максимально упирать на то обстоятельство, что в результате процесса 3D-печати металлом можно получить какую угодно форму.
В целом, металлические напечатанные детали могут быть такими же прочными, как и детали, изготовленные по традиционным процессам. Детали, выполненные по технологии DMLS, имеют механические свойства, эквивалентные литью. Помимо этого, пористость объектов, выполненных на хорошем «металлическом» 3D-принтере, может достигать 99,5%. Вообще-то, производитель Stratasys утверждает, что 3D-напечатанные металлические детали при проверке на плотность показывают результаты выше промышленных стандартов.
3D-напечатанный металл может иметь разное разрешение. При самом высоком разрешении толщина слоя составляет 0,0008 — 0,0012", а разрешение по X/Y — 0,012 - 0,016". Минимальный диаметр отверстия — 0,035 — 0,045".
Давайте, впрочем, рассмотрим, какие бывают технологии металлической 3D-печати.
Процесс металлической 3D-печати, который сегодня применяется большинством соответствующих крупных компаний, называется Powder Bed Fusion. Это название указывает на то, что некий источник энергии (лазер или другой энергетический пучок) расплавляет «атомизированный» порошок (т.е. такой металлический порошок, который тщательно измельчен на сферические частицы), в результате чего получаются слои печатаемого объекта.
В мире существует восемь крупных производителей металлических 3D-принтеров, в которых уже применяется данная технология; пока мы тут рассуждаем, таких компаний становится больше и больше. Большинство из них находится в Германии. Их технологии называются SLM (Selective Laser Melting — селективное лазерное сплавление) или DMLS (Direct Metal Laser Sintering — прямое лазерное спекание металлов).
При 3DP-технологии ExOne металлические объекты печатаются за счет связывания порошка перед его обжигом в горне (фото: ExOne)
Другой профессиональный подход, при котором также применяется порошковая основа, называется Binder Jetting. В этом случае слои формируются за счет склеивания металлических частиц и дальнейшего их спекания (или сплавления) в высокотемпературном горне — точно так же, как это делается с керамикой.
Еще один вариант, который тоже похож на работу с керамикой, это замешивание металлического порошка в металлическую пасту. 3D-принтер с пневматическим экструдированием (похожий на шприцевый биопринтер или недорогой пищевой принтер) формирует 3D-объекты. Когда требуемая форма достигнута, объект отправляется в печь, т.е. в горн.
Этот подход применяется в Mini Metal Maker , видимо, единственном недорогом «металлическом» 3D-принтере.
Может показаться, что единственный процесс 3D-печати, который остается в стороне от работы с металлами, это послойное наплавление. Это не совсем так. Разумеется, на каком-то настольном устройстве просто наплавлять металлические нити на основу не получится. Однако очень крупные металлургические компании это могут. И делают. Есть два варианта работы при «наплавлении металла».
Один называется DED (Directed Energy Deposition — осаждение материала при помощи направленного энергетического воздействия) или Laser Cladding (лазерное плакирование, наплавка). Здесь для расплавления металлического порошка, который медленно выпускается и застывает в виде слоя, применяется лазерный луч, а порошок подается при помощи роботизированной руки.
Обычно весь процесс идет в закрытой камере, но в проекте MX3D при строительстве полноразмерного моста использованы приемы привычной 3D-печати. Другой вариант наплавления металла называется EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing — аддитивная технология электронного пучка), который по сути является пайкой, при которой для расплавления 3-миллиметровой титановой проволоки применяется очень мощный электронный пучок, а расплавленный металл образует очень крупные готовые структуры. Что касается этой технологии, то ее подробности известны пока только военным.
Чистый титан (Ti64 или TiAl4V) — один из наиболее часто применяемых для 3D-печати металлов, он определенно один из самых универсальных, он прочен и легок. Титан задействуется как при процессе расплавления в заранее сформированном слое, так и при процессе разбрызгивания связующего вещества и применяется главным образом в медицинской промышленности (для изготовления персональных протезов), а также в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении и в станкостроении (для изготовления деталей и прототипов). Но есть одна проблема. Титан очень химически активен и в порошкообразном виде легко взрывается. Поэтому необходимо, чтобы титановая 3D-печать проходила в вакууме или в аргоновой среде.
Нержавеющая сталь — один из наиболее дешевых металлов для 3D-печати. В то же время она очень прочна и может применяться в широком спектре производственных и даже художественно-дизайнерских приложений. Используемый тип стального сплава содержит также кобальт и никель, его очень трудно сломать, при этом он обладает очень высокой эластичностью. Нержавеющая сталь используется почти исключительно в промышленности.
Инконель — это суперсплав, выпускаемый компанией Special Metals Corporation, ее зарегистрированная торговая марка. Сплав состоит в основном из никеля и хрома и очень термостоек. Поэтому его применяют в нефтяной, химической и аэрокосмической (для черных ящиков) отраслях.
Из-за легкости и многофункциональности алюминий очень популярен в 3D-печати. Обычно используются сплавы на основе алюминия.
Этот сплав обладает очень высокой удельной прочностью (т.е. прочностью, деленной на плотность, что в целом показывает силу, которую требуется приложить на единицу площади для разрыва). Он чаще всего используется в производстве турбин, зубных и ортопедических имплантов, везде, где 3D-печать стала доминирующей технологией.
За некоторыми исключениями медь и бронза применяются в процессах воскового выплавления, в процессе расплавления в слое — редко. Дело заключается в том, что эти металлы не очень подходят для промышленности, они чаще применяются при изготовлении произведений искусства и поделок. На colorFabb предлагаются оба металла — в качестве основы специального металлического филамента.
Железо, в т.ч. магнитное, тоже в основном используется как добавка к филаментам на базе PLA, которые производятся, например, ProtoPasta и TreeD.
Большинство компаний, занимающихся процессом расплавления в заранее сформированном слое, могут задействовать при 3D-печати такие благородные металлы, как золото, серебро и платину. Здесь наряду с сохранением эстетических свойств материалов важно добиться оптимизации работы с дорогим исходным порошком. 3D-печать благородными металлами требуется для ювелирного дела, медицинских приложений и электроники.
Даже не сомневайтесь — приобретение металлического 3D-принтера не пройдет бесследно для вашего бюджета. Обойдется он как минимум в 100-250 тысяч долларов. Приводим список разнообразных «металлических» принтеров, некоторые из которых можно встретить в фирмах, предоставляющих услуги 3D-печати.
Sciaky EBAM 300 — печать металлическим филаментом
Если вам требуется печатать по-настоящему крупные металлические конструкции, лучше всего остановить свой выбор на Sciaky’s EBAM technology . По заказу может быть выстроен аппарат практически любых размеров. Такая техника используется главным образом в аэрокосмической отрасли и военными.
Самый крупный из серийных принтеров Sciaky — это EBAM 300. Он печатает объекты в объеме 5791 × 1219 × 1219 мм.
В компании утверждают, что EBAM 300 является также одним из самых быстрых имеющихся в продаже промышленных 3D-принтеров. Трехметрового размера титановая деталь для самолета печатается на нем за 48 часов, при этом расход материала составляет около 7 кг в час. Вообще, кованные детали, на которые обычно уходит 6-12 месяцев, на этом 3D-принтере могут быть сделаны за 2 дня.
Применяемая в Sciaky уникальная технология использует высокоэнергетический электронный пучок, который плавит 3-миллиметровый титановый прут, стандартная скорость наплавления составляет от 3 до 9 кг в час.
Fabrisonic UAM — ультразвуковая 3D-печать
Другой способ печати крупных металлических деталей — UAM (Ultrasound Additive Manufacturing Technology — ультразвуковая аддитивная технология) от Fabrisonic. Аппараты этой фирмы представляют собой трехосные фрезы с ЧПУ, к которым добавлены сварочные головки для аддитивности процесса.
Металлические слои сначала разрезаются, а потом свариваются ультразвуком. Самый большой принтер Fabrisonic 7200 работает в объеме 2 × 2 × 1,5 м.
Самый крупный на рынке 3D-принтер, работающий с металлическим порошком, — это Concept Laser XLine 1000 . Он имеет объем моделирования — 630 × 400 × 500 мм, а сам размером с дом.
Выпускающая его немецкая компания, один из главных поставщиков 3D-принтеров для аэрокосмических гигантов вроде Airbus, недавно представила новый аппарат — Xline 2000.
В этом оборудовании задействовано два лазера, а рабочий объем составляет 800 × 400 × 500 мм. Используется лазерная технология LaserCUSING (вариант селективного лазерного сплавления) от Concept Laser, которая позволяет печатать сплавами стали, алюминия, никеля, титана, благородных металлов и даже некоторыми чистыми веществами (титан и высокосортная сталь).
В мире существует более 100 компаний, предлагающих услуги металлической 3D-печати. Перечислим наиболее популярные сервисы для потребительских нужд.
Самый популярный в мире сервис 3D-печати Shapeways предлагает два вида услуг. Как потребитель вы можете сделать свой выбор среди большого ассортимента профессионально спроектированных объектов, кастомизировать их, после чего заказывать их печать по вашим спецификациям. Как и другие сервисы 3D-печати, Shapeways предлагает площадку для дизайнеров, чтобы они могли продавать и печатать свои работы. Shapeways также хорошее место для быстрого прототипирования: клиенты выигрывают за счет принтеров промышленного уровня (EOS, 3D Systems) и персональной технической поддержки.
Металлы для 3D-печати: алюминий, латунь, бронза, золото, платина, плакировка благородными металлами, серебро, сталь. Предлагаются также восковые формы для ювелирных целей.
Подобно Shapeways и i.materialise, Sculpteo — онлайн-сервис 3D-печати, который позволяет каждому желающему закачивать 3D-модели и направлять их на изготовление из широкого спектра материалов. Как и конкуренты, Sculpteo предоставляет свою площадку для любителей и профессионалов, которые могут демонстрировать и продавать свои дизайнерские решения. В конюшне принтеров Sculpteo — высокопрофессиональные машины от 3D Systems, EOS, Stratasys и ZCorp. Обширная техническая документация поможет выявить недочеты в дизайне и подобрать для проекта правильный материал.
Металлы для 3D-печати: алюмид (пластик с частицами алюминия), латунь, серебро.
Materialise — это компания, которая работает с промышленными клиентами, занимаясь прототипированием 3D-печатной продукции. Для простых пользователей и дизайнеров Materialise предлагает онлайн-сервис 3D-печати под названием i.materialise. Как и в случае Shapeways, этот сервис позволяет всем закачивать свои 3D-проекты и распечатывать их. Как только объект загружен и успешно напечатан, дизайнер может выставить его на продажу либо в галерее онлайн-магазина i.materalise, либо встроив определенный код в свой сайт.
Металлы для 3D-печати: алюмид (пластик с алюминиевым порошком), латунь, бронза, медь, золото, серебро, сталь, титан.
Через 3D Hubs вы можете искать частных лиц и фирмы, которые в вашем регионе предлагают услуги 3D-печати, закачивать STL-файлы (которые немедленно оцениваются на предмет недочетов) и непосредственно связываться с поставщиками услуг для выполнения работы. Онлайн-услуга 3D-печати позволяет также сортировать предложения по материалам, клиентскому рейтингу, удаленности и множеству других параметров. Какой бы объект вы ни пожелали напечатать, скорее всего, найдется кто-то неподалеку, кто сможет это сделать. Значительное количество материалов может быть напечатано в промышленном качестве, у таких материалов в поле поиска имеется пометка HD.
Металлы для 3D-печати: алюминий, бронза, кобальт-хром, нержавеющая сталь, титан.
