3D-печать металлом становится все более популярной. И это не удивляет: каждый металлический материал для печати предлагает уникальное сочетание практических и эстетических свойств, чтобы удовлетворить требования предъявляемые к различным продуктам, будь то прототипы, миниатюры, украшения или функциональные детали.
Причины печатать металлами настолько веские, что 3D-печать металлами уже внедряется в серийное производство. На самом деле, некоторые 3D-печатные детали уже догнали, а какие-то и превзошли своими свойствами те, что производятся традиционными методами.
Традиционное производство из металлов и пластиков очень расточительно - в авиапромышленности, например, до 90% материалов уходит в отходы, а выход продукции, лежащей в пределах допусков, в некоторых отраслях составляет не более 30%.
3D-печать металлами потребляет меньше энергии и сокращает количество отходов до минимума. Кроме того, готовое 3D-печатное изделие может быть до 60% легче, по сравнению с фрезерованной или литой деталью. Одна лишь авиационная промышленность сэкономит миллиарды долларов на топливе, за счет снижения веса конструкций, а ведь прочность, легкость и экономичность нужны и в других отраслях.
3D-печать металлом дома
Что можно сделать, если появилось желание попробовать 3D-печать металлом в домашних условиях? Для печати металлом необходимы чрезвычайно высокие температуры, вряд ли вы сможете использовать обычный FDM 3D-принтер для этого, по крайней мере пока. Ситуация может измениться лет через 15-20, но сейчас домашней 3D-технике это недоступно.
Если вы хотите сделать выглядящие металлическими распечатки у себя дома, лучший вариант - использование пластика содержащего частицы металла.
Такого например, как или .
Эти филаменты содержат значительный процент металлических порошков, но и достаточно пластика для печати при низкой температуре любым 3D-принтером. В то же время, они содержат достаточное количество металла, чтобы соответственно выглядеть, ощущаться и даже иметь вес близкий к весу металлического предмета.
Изделия из филамента с содержанием железа даже покрываются ржавчиной в определенных условиях, что добавляет правдоподобности, а вот проржаветь насквозь и испортиться от этого не смогут - и в этом их преимущество перед настоящими металлическими предметами.
Плюсы таких материалов:
Уникальный внешний вид распечаток
Идеально подходит для бижутерии, статуэток, предметов домашнего обихода и декора
Высокая прочность
Очень малая усадка во время охлаждения
Подогреваемый стол не обязателен
Минусы:
Низкая гибкость изделий, зависит от конструкции распечатки
Не считается безопасным при контакте с пищей
Требует тонкой настройки температуры сопла и скорости подачи филамента
Необходима постобработка изделий - шлифовка, полировка
Быстрый износ сопла экструдера - филамент с металлом очень абразивен, по сравнению с обычными материалами
Общий температурный диапазон печати обычно составляет 195°C - 220°C.
3D-печать металлом в промышленности
Если вы хотите приобрести 3D-принтер печатающий настоящим металлом, для использования на предприятии, то тут для вас две новости - хорошая и плохая.
Хорошая новость состоит в том, что их ассортимент достаточно широк и продолжает расширяться, и можно будет выбрать такой аппарат, который соответствует любым техническим требованиям. Далее в статье можно убедиться в этом.
Плохая же новость одна - цены. Стоимость профессиональных печатающих металлом принтеров начинается где-то от $200000 и растет до бесконечности. Кроме того, даже если вы выберете и приобретете самый недорогой из них, отдельным ударом станет покупка расходников, плановое обслуживание с заменой узлов, ремонт. Не забываем также о персонале и расходах на постобработку изделий. Да, и на стадии подготовки к печати понадобится специальное ПО и умеющие обращаться с ним люди.
Если вы готовы ко всем этим тратам и трудностям - читайте дальше, мы представим несколько очень интересных образцов.
3D-печать металлом - применение
Части реактивного двигателя GE’s LEAP напечатаны в 3D на фабрике аддитивного производства AvioAero (изображение: GE)
В некоторых промышленных секторах уже используют металлические 3D-принтеры, сделав их неотъемлемой частью производственного процесса, о чем обычный потребитель может и не подозревать:
Наиболее распространенным примером являются медицинские импланты и стоматологические коронки, мосты, протезы, которые уже считаются наиболее оптимальным вариантом для пациентов. Причина: Они могут быть быстрее и дешевле изготовлены на 3D-принтере и адаптированы к индивидуальным потребностям каждого пациента.
Второй столь же часто встречающийся пример: ювелирное дело. Большинство крупных производителей постепенно переходит от 3D-печати форм и восковок к непосредственной 3D-печати металлом, а печать из титана позволяет ювелирам создавать изделия невозможного ранее дизайна.
Кроме того, аэрокосмическая промышленность становится все более и более зависима от 3D-печатных металлических изделий. Ge-AvioAero в Италии - первая в мире полностью 3D-печатная фабрика, которая выпускает компоненты для реактивных двигателей LEAP.
Следующая отрасль использующая металлические 3D-принтеры будет находиться в автомобильном секторе. BMW, Audi, FCA уже серьезно рассматривают применение технологии в серийном производстве, а не только в прототипировании (где они используют 3D-печать уже многие годы).
Казалось бы - зачем изобретать велосипед? Но и здесь 3D-печать металлом нашла применение. Уже несколько лет производители велосипедных компонентов и рам применяют 3D печать. Не только в мире, но и в России это получило распространение. Производитель эксклюзивных велосипедов Triton заканчивает проект с элементом титановой рамы, напечатанным на 3д принтере для снижения веса без ущерба прочности.
Но прежде, чем 3D-печать металлами действительно захватит мир, необходимо будет преодолеть несколько серьезных проблем. В первую очередь - это высокая стоимость и низкая скорость производства больших серий этим методом.
3D-печать металлом - технологии
Большинство процессов 3D-печати металлом начинаются с порошка
Многое можно сказать о применении печатающих металлом 3D-принтеров. Тем не менее, основные вопросы такие же, как и с любыми другими 3D-принтерами: программное обеспечение и аппаратные ограничения, оптимизация материалов и печать несколькими материалами. Мы не будем говорить о программном обеспечении много, упомянем лишь, что наиболее крупные издатели, такие как Autodesk, SolidWorks и SolidThinking - все разрабатывают программные продукты для использования в объемной печати металлами, чтобы пользователи могли воплотить в жизнь изделие любой вообразимой формы.
В последнее время появились примеры того, что 3D-детали напечатанные металлом могут быть столь же прочными, как традиционно производимые металлические компоненты, а в некоторых случаях и превосходят их. Созданные с помощью DMLS изделия имеют механические свойства эквивалентные цельнолитым.
Посмотрим же на имеющиеся металлические технологии 3D-печати:
Процесс # 1: Послойное сплавление порошка (SLM)
Процесс 3D-печати металлами, которым наиболее крупные компании пользуются в наши дни, известен как сплавление или спекание порошкового слоя. Это означает, что лазерный или другой высокоэнергетический луч сплавляет в единое целое частицы равномерно распределенного металлического порошка, создавая тем самым слои изделия, один за другим.
В мире есть восемь основных производителей 3D-принтеров для печати металлом, большинство из них расположены в Германии. Их технологии идут под аббревиатурой SLM (выборочное лазерное плавление) или DMLS (прямое спекание металла лазером).
Процесс # 2: Binder Jetting
ExOne производит 3D-печать металлических частей нанося связующее вещество перед обжигом в печи (изображение: ExOne)
Еще один профессиональный метод с послойным соединением - склеивание частиц металла для последующего обжига в высокотемпературной печи, где частицы сплавляются под давлением, составляя единое металлическое целое. Печатная головка наносит соединительный раствор на порошковую подложку послойно, как обычный принтер на листы бумаги, после чего изделие отправляется в обжиг.
Еще одна похожая, но в отдельных деталях разительно отличающаяся технология, в основе которой лежит FDM печать - замешивание металлического порошка в металлическую пасту. С помощью пневматической экструзии 3D-принтер выдавливает ее, подобно тому, как строительный 3D-принтер делает это с цементом, чтобы сформировать 3D-объекты. После того, как нужная форма напечатана, объекты также спекают в печи. Эту технологию использует - возможно, единственный более-менее доступный 3D-принтер для печати металлом ($1600). Прибавьте стоимость небольшой печки для обжига.
Процесс # 3: Наплавление (DED)
Можно подумать, что среди технологий печатью металлом отсутствует похожая на обычную FDM, но это не совсем так. Конечно, вы не сможете плавить металлическую нить в хот-энде своего 3D-принтера, а вот крупные производители владеют такой технологией и пользуются ею. Есть два основных способа печатать цельнометаллическим материалом.
Один из них называется DED (Directed Energy Deposition) или лазерная наплавка. Он использует лазерный луч для сплавления металлического порошка, который медленно высвобождается и осаждается из экструдера формируя слои объекта с помощью промышленного манипулятора.
Обычно это делается внутри закрытой камеры, однако, на примере компании MX3D, мы видим возможность реализации подобной технологии в сооружении настоящего полноразмерного моста, который должен быть распечатан в 2017 году в Амстердаме.
Другой называется EBM (Electron Beam Manufacturing - производство электронным лучом), это технология формирования слоев из металлического сырья под воздействием мощного электронного луча, с ее помощью создают крупные и очень крупные конструкции. Если вы не работаете в оборонном комплексе РФ или США, то вряд ли увидите эту технологию живьем.
Еще парочка новых, едва появившихся технологий, используемых пока только их создателями, представлена ниже - в разделе о принтерах.
Используемые металлы
Ti - Титан
Чистый титан (Ti64 или TiAl4V) является одним из наиболее часто используемых металлов для 3D-печати, и безусловно - одним из самых универсальных, так как он является одновременно прочным и легким. Он используется как в спекании слоев порошка, главным образом в медицинской промышленности (в персонализированом протезировании), так и в аэрокосмической и автомобильной отрасли (для изготовления деталей и прототипов), и в других областях. Единственная загвоздка - он обладает высокой реакционной способностью, что означает - он может легко взорваться, когда находится в форме порошка, поэтому обязательно должен применяться для печати лишь в среде инертного газа Аргона.
SS - Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь является одним из самых доступных металлов для 3D-печати. В то же время, она очень прочна и может быть использована в широком спектре промышленных и даже художественных производств. Этот тип стального сплава, содержащий кобальт и никель, обладает высокой упругостью и прочностью на разрыв. 3D-печать нержавейкой используется в основном лишь в тяжелой промышленности.
Inconel - Инконель
Инконель - суперсплав производимый компанией Special Metals Corporation, запатентованный товарный знак. Он состоит в основном из никеля и хрома и имеет высокую жаропрочность. Именно поэтому он используется в основном в нефтяной, химической и аэрокосмической промышленности (например: для создания распределительных форсунок, бортовых “черных ящиков”).
Из-за присущей ему легкости и универсальности, алюминий в настоящее время является очень популярным металлом для применения в 3D-печати. Он используется обычно в виде различных сплавов, составляя их основу. Но порошок алюминия взрывоопасен и применяется в печати также в среде инертного газа Аргона.
CoCr - Кобальт-хром
Этот металлический сплав имеет очень высокую удельную прочность. Чаще всего он используется для 3D-печати зубных коронок, мостов и бюгельных протезов.
Cu - Медь
За редким исключением, медь и ее сплавы - бронза, латунь - используются для литья с использованием выжигаемых моделей, а не для прямой печати металлом. Это потому, что их свойства далеко не идеальны для применения в промышленной 3D-печати, они чаще используются в декоративно-прикладном искусстве. Однако, с большим успехом они добавляются в пластиковый филамент для 3D-печати на обычных 3D-принтерах.
Fe - Железо
Железо и магнитный железняк также, в основном, используются в качестве добавки к PLA-филаменту. В крупной промышленности чистое железо редко находит применение, а о стали мы написали выше.
Au, Ag - Золото, серебро и другие драгоценные металлы
Большинство сплавляющих слои порошка 3D-принтеров могут работать с драгоценными металлами, такими как золото, серебро и платина. Главная задача при работе с ними - убедиться в оптимальном расходе дорогостоящего материала. Драгоценные металлы применяются в 3D-печати ювелирных и медицинских изделий, а также при производстве электроники.
3D принтеры печатающие металлом
SHINING 3D
SHINING 3D ЕР-M100T - небольшой 3D printer печатающий металлом.
Принтер работает по технологии селективного лазерного наплавления - лазерный луч плавит тонкие слои металлического порошка, которые и составляют собой изделие. EP-M100T имеет небольшую рабочую область (120 х 120 х 80 мм), зато высокую точность (толщина слоя - 0.015mm-0.05mm), а потому хорошо подходит для стоматологии, ювелирного дела, создания медицинских изделий.
Небольшой размер (940 × 1300 × 1980 мм) делает аппарат удобным для использования в лаборатории, этому же способствует и его экономичность - конструкцией предусмотрена оптимизация расхода инертного газа и металлического порошка, а потребление тока составляет менее 1 кВт.
3DSLA - (SLM)
RussianSLM - это принтер российского производства для печати металлами на основе технологии SLM - селективного лазерного сплавления. В качестве материала принтер использует металлические, поликерамические или другие плавкие порошки фракций не более 60 мкм. Порошок сплавляется лазером в тонкие слои, таким образом формируется печатаемое изделие. Во избжание окисления слоев, для монолитности структуры изделия, плавка происходит в присутствии инертного газа - аргона, азота.
Специально для RussianSLM компания 3DSLA.RU наладила производство порошковых металлов: стали, сплавы титана, никеля, кобальт-хрома, кобальт-ванадий-хрома, латуни. Стандартные фракции: 10-55 мкм и 10-30 мкм, но, по специальному заказу, возможно производство других диапазонов фракций, например - 20-30 мкм, 10-40 мкм.
- металлический порошок (LC, аналог SLM)
Одним из самых крупных на рынке 3D-принтеров печатающих с помощью металлического порошка долго являлся XLine 1000 производства Concept Laser. Он имеет область сборки размером 630 х 400 х 500 мм, а места занимает как небольшой дом.
Изготовившая его немецкая компания, которая является одним из поставщиков 3D-принтеров для аэрокосмических компаний-гигантов, таких как Airbus, недавно представила новый принтер - XLine 2000.
2000 имеет два лазера и еще больший объем сборки - 800 х 400 х 500 мм. Эта машина, которая использует патентованную технологию LaserCUSING (тип селективного лазерного плавления), может создавать объекты из сплавов стали, алюминия, никеля, титана, драгоценных металлов и из некоторых чистых материалов (титана и сортовых сталей.)
Машины, подобные этой, есть у всех основных игроков на рынке 3D-печати металлом: у EOS, SLM, Renishaw, Realizer и 3D Systems, а также у Shining 3D - стремительно развивающейся компании из Китая.
- модульная 3D-фабрика (LC)
Рабочий объем: 398,78 х 398,78 х 424,18 мм
От 1 до 4 лазеров, 400 - 1000 Вт мощности каждый.
Концепция M Line Factory основана на принципах автоматизации и взаимодействия.
M Line Factory, от той же Concept Laser и работающий по той же технологии, делает акцент не на размере рабочей области, а на удобстве производства - он представляет собой аппарат модульной архитектуры, который разделяет производство на отдельные процессы таким образом, что эти процессы могут происходить одновременно, а не последовательно.
Эта новая архитектура состоит из 2 независимых узлов машины:
M Line Factory PRD (Production Unit - производственная единица)
Production Unit состоит из 3-х типов модулей: модуль дозирования, печатный модуль и модуль переполнения (лоток для готовой продукции). Все они могут быть индивидуально активированы и не образуют одну непрерывную единицу аппаратуры. Эти модули транспортируются через систему туннелей внутри машины. Например, когда новый порошок подается, пустой модуль хранения порошка может быть автоматически заменен на новый модуль, без прерывания процесса печати. Готовые детали могут быть перемещены за пределы машины и немедленно автоматически заменяются следующими заданиями.
M Line Factory PCG (Processing Unit - процессинговая единица)
Это независимый блок обработки данных, который имеет встроенную станцию просеивания и подготовки порошка. Распаковка, подготовка к следующему заданию печати и просеивание происходят в замкнутой системе, без участия оператора.
- NanoParticle Jetting - струйная печать металлом (NPJ)
Технология впрыска наночастиц предполагает использование специальных герметичных катриджей с раствором, в котором находится взвесь наночастиц металла.
Наночастицы осаждаются и образуют собой материал печатаемого изделия.
Учитывая заявленные особенности технологии (применение металлических частиц наноразмера) несложно поверить создателям аппарата, когда они утверждают о его беспрецедентных точности и разрешении печати по всем трем геометрическим осям.
SLM Solutions - - селективное лазерное плавление (SLM)
SLM 500 обеспечивает печать объектов с размерами до 500 х 280 х 365 мм. В принтере применена технология с одновременной работой четырех лазеров (4x 400 Вт или 4x 700 Вт), что обеспечивает производительность на 90% выше, чем конфигурации с парой лазеров.
Машина снабжена полностью автоматической системой просеивания и подачи порошка в рабочую область - The Powder Supply Unit PSX , в процессе печати подача происходит непрерывно. Подготовка объектов для печати производится в специальном ПО - Magics RP и SG+, файлы созданные в других промышленных программах также могут быть загружены и обработаны.
Part Removal Station PRS - система, позволяющая собрать избытки порошка для последующего повторного использования и удаляющая готовую деталь из рабочей области. Порошок автоматически собирается в специальные контейнеры, откуда поступает в PSX.
Область построения: 500 х 280 х 365 мм
Скорость печати: до 105 см³/ч
Толщина слоя: 20 мкм - 75 мкм
Пятно фокусировки луча: 80 - 115 мкм
Внешние размеры: 5200 мм х 2800 мм х 2700 мм, включая PSX и PRS
- атомная диффузия (ADAM)
Компания Markforged представила новую технологию 3D-печати металлом - ADAM, и 3D-принтер работающий по этой технологии - Metal X.
ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) - технология атомной диффузии. Печать производится металлическим порошком, где частицы металла покрыты синтетическим связующим веществом, которое удаляется после печати, позволяя металлу соединиться в единое целое с помощью диффузии.
Главное преимущество технологии - отсутствие необходимости применения сверхвысоких температур непосредственно в процессе печати,
а значит - отсутствие ограничений по тугоплавкости используемых для печати материалов. Теоретически, принтер может создавать 3D-модели из сверхпрочных инструментальных сталей - сейчас он уже печатает нержавейкой, а в разработке титан, Инконель и стали D2 и A2.
Технология позволяет создавать детали со сложной внутренней структурой, такой как в пчелиных сотах или в пористых тканях костей, что затруднительно при других технологиях 3D-печати, даже для DMLS.
Размер изделий: до 250мм х 220мм х 200мм.
Высота слоя - 50 микрон.
- печать металлическим филаментом с последующим запеканием (BMD)
Скорость: 16 см3/час
Высота слоя: 50 мкм
Рабочая область: 300х200х200 мм
В отличии от лазерных систем, которые селективно плавят металлический порошок, принтер Studio использует Bound Metal Deposition - собственную технологию, очень похожую на привычную всем FDM. Он формирует распечатки выдавливая специальный филамент, в котором волокна металла связаны синтетическим веществом, после печати изделие запекается в печи.
Рабочая температура печи: 1400 °С
Рабочая область: 1500х1250х750 мм
Печь выжигает связующее металлические волокна вещество и спекает их в однородную массу. Такая технология значительно удешевляет объемную печать металлами, за счет более рационального использования электричества и экономии материала, да и само оборудование значительно доступнее SLM-принтеров.
Комплект из 3D-принтера и печи создан для лабораторий и КБ, он безопасен, рассчитан на применение в офисных условиях и даже размерами подходит для перемещения через стандартные дверные проемы.
В ближайшем будущем, с распространением технологий печати металлами, ждем еще большего их удешевления, а значит - повсеместного применения.
Каждый из представленных принтеров - лишь часть модельного ряда компании, которая его производит. Есть и другие модели, отличающиеся в деталях - объемом рабочей области, комплектацией, опциями, - все они доступны, о свойствах каждой из них узнавайте у наших менеджеров.
Era-3D предлагает комплексные решения в области аддитивного производства. Мы поставляем и обслуживаем 3Д-оборудование, а также самостоятельно моделируем проекты и выполняем 3D-печать металлом под заказ.
Большой выбор материалов, высокое качество готовых металлических изделий и оптимальные цены услуг – наши главные преимущества. Прямое сотрудничество с ведущими производителями отрасли позволяет делать 3Д-технологии более доступными. Подробнее ознакомиться с материалами и оборудованием для 3D-печати металлом можно в соответствующих разделах на сайте или в нашем демо-зале в Москве.
3D-печать: область применения металлических изделий
Технологии послойного синтеза активно применяются в современной промышленности:
- .в аэрокосмической и авиационной отрасли;
- .в автопроме;
- .на предприятиях ОПК.
3D-печать способствует повышению энергоэффективности производства, сокращению отходов и оптимизации веса готового металлического изделия.
В медицине особо востребованы импланты, стоматологические съемные и несъемные протезы, которые выполняются по аддитивной технологии. С применением 3Д-печати металлом, цены изделий становятся ниже, степень детализации значительно выше, а сам процесс производства значительно ускоряется.
Технологические особенности и материалы
Основные технологии, применяемые для построения 3D-моделей и готовой продукции из металла:
- .выборочная лазерная плавка SLM (Selective Laser Melting);
- .выборочное лазерное спекание SLS (Selective Laser Sintering);
- .прямое лазерное спекание DLMS (Direct Laser Metal Sintering);
- .прямая печать металлом DMP (Direct Metal Printing);
- .лазерное сплавление LC;
- .наплавление: Directed Energy Deposition (при помощи лазера) и Electron Beam Manufacturing (посредством электронного луча).
При необходимости опытные консультанты помогут подобрать подходящий порошковый металл, исходя из выбранной технологии и актуальных производственных задач. Это может быть:
- .кобальт-хром;
- .титан;
- .алюминий;
- .нержавеющая сталь и так далее.
Заказы на 3D-принтеры по металлу и расходные материалы принимаются онлайн, в телефонном режиме, а также непосредственно в демонстрационном зале в Москве.
3D печать из алюминия проиходит путем спекания алюминиевого порошка вместе с лазером для производства металлических деталей, которые одинаково хороши, как обработанные модели.
3D-печатный алюминий не похож на традиционный блестящий измельченный алюминий. Вместо этого он имеет матовый серый отдел с слегка более грубой и менее определенной поверхностью. Тонкий блеск, который вы заметите, вызван наличием кремния в сплаве.
Типичное иcпользование
Алюминий подходит для сильных, легких и точных металлических деталей. Приложения варьируются от запасных частей до компонентов автомобилей RC, гаджетов и даже ювелирных изделий.Цены на печать алюминием
Цена основана на- Объем модели : объем вашей модели используется для расчета стоимости материала (мм³)
- Масса модели : объем масса модели (г)
- Ориентация . То, как ваша модель позиционируется на платформе печати, повлияет на создание поддержки и, следовательно, на цену.
Уровень сложности печати настолько высок, что наши специалисты смогут сообщить точную цену, только после получения макета детали или габаритов.
Технология печати алюминием
Металлическая 3D-печать - также известная как Direct Metal Laser Sintering (DMLS) и Select Laser Plting (SLM) - это лазерная технология, использующая порошковые металлы.
Подобно лазерному спеканию, мощный лазер селективно связывает частицы на порошковом слое, в то время как машина распределяет ровные слои металлического порошка. Структуры поддержки автоматически генерируются и создаются одновременно в одном материале и впоследствии удаляются вручную.
После завершения, часть подвергается термообработке.
Дополнительная информация
Можно создавать непрямоугольные, органично сформированные объекты, которые не могут быть получены каким-либо другим процессом.
Поскольку опоры необходимо удалить вручную, некоторые доказательства удаленных структур поддержки могут остаться на вашей модели.
Любые «нависающие» структуры (например, нижняя сторона таблицы) или углы меньше 35 ° будут иметь тенденцию быть менее привлекательными с этим процессом.
Идеальная форма для этого процесса - это сетка. Легко спроектировать и обеспечить наилучшие результаты
Разработана инновационная методика 3D печати , которая позволяет создавать высокопрочные детали на , применяя сплавы алюминия. Основа данного метода состоит в смешивании наночастиц с сырьем, что дает возможность вызвать кристаллизацию высокого уровня и предупредить возникновение разного рода трещин в изготавливаемых деталях при их затвердевании.
Исследователями по данной методике являются ученые из лаборатории HRL. Целью проделанной работы является создание легких, но высокопрочных деталей усложненных параметров для авиакосмической промышленности и использования. Данное исследование тщательно описано в интернет газете NATURE.
Развитие как отдельной производственной отрасли все больше становится популярным и дает возможность создавать уже не только прототипы изделий, а и самостоятельные сложной конструкции детали. Уже активно используются не только агрегаты, которые печатают изделия из полимерного сырья, но и 3Д принтеры, которые обрабатывают сырье металлического состава. Но по причине низких кристаллизационных способностей металлов в процессе обработки на 3Д принтере их по сей день было трудно использовать как сырье для создания изделий с точными и высокими характеристиками.
Ученые из Америки смогли адаптировать общеизвестные алюминиевые сплавы высокой прочности для 3Д печати . Соответствие прочности и плотности указанных сплавов равно 7075 и 6061. При использовании алюминиевых сплавов абсолютно без добавок их кристаллизация проходит на довольно таки низком уровне, что вызывает образование различного рода зернистостей (возникают продолговатые и дендритные зерна). Расплав, который остается между зернами при остывании теряет объемы и затвердевает, из-за этого в материале возникают полости и трещины.
Чтобы избежать таких погрешностей в создании деталей ученые пришли к тому, что частицы со сплава алюминия необходимо засыпать какими-то более мелкими элементными частичками значительно меньших размеров. Для достижения качественного и максимально результативного выбора мелких частиц авторам пришлось перебрать большое количество материалов. Основополагающими задачами поиска было минимальное расхождение в периодах и типах решеток, термическая и динамическая стабильность в сплаве и доступность материала. Итоговым выбором остался гидрид циркония, который в процессе плавления образует Al3Zr.
Большая часть этих частиц на поверхности порошковых крупинок являются кристаллизационными центрами. Таким образом, происходит возникновение мелких зерен с равными осями, которые закрывают пустоты и создают однородную массу без просветов и воздушных полостей. Итоговое созданное изделие получается с максимально хорошими показателями качества и характеристиками без полостей и трещин. Напечатанные детали имеют маленькую массу и высокую прочность. Ученые отмечают, что в скором будущем будет возможность создавать детали из других металлических материалов, которые будут обладать таким же качеством.
Еще раньше эти же исследователи разработали возможность печати на 3Д принтере термостойкой керамики, выдерживающей нагрев до 1700 о С.
Вот дизайн второй детали. Я нарисовал две формы в Illustrator-е и придал им глубину в OpenSCAD. Очень быстро и легко. Теперь у меня есть 3D модели, пора их напечатать!
Процесс печати первой детали на моем Ultimaker (ускоренная съемка).
Получившаяся деталь в руке.
Печать второй детали.
Вторая напечатанная деталь в руке.
Проверка как обе детали совмещаются.
Литники и воздуховоды прикреплены, всё готово для заливки формовочной массы.
Формовочная масса - 50% мелкого песка и 50% гипс.
После добавления воды и тщательного перемешивания я использовал домашний вакуумный упаковщик для продуктов, чтобы избавиться от пузырьков воздуха в формовочной смеси.
Вторая деталь готова к формовке!
Первая деталь заливается!
Деталь полностью погружена в смесь - надеюсь всё получится.
Обе формы установлены для просушки.
Через пару часов я поместил формы в печь на средний жар.
Моя новая маленькая печь. Быстро разогревается для 10 фунтов (~4.5кг) или менее расплавленного алюминия. В 2 раза больше, когда разгорится.
Формы хороши и прожарены. После разогрева до примерно 1200F (650C) у пластика нет ни шанса. После извлечения я продул формы сжатым воздухом, чтобы выдуть любые остатки пепла.
Все еще горячие формы помещены в сухой песок. Он служит нескольким целям:
- дополнительная поддержка, так как формы - достаточно хрупкие
- изолирует формы и удерживает тепло при застывании
- позволит мне установить расширители для литников(смотри ниже). Расширитель дает дополнительное давление при литье, а также работает как стояк, который остается расплавленным и обеспечивает дополнительный металл в то время, как отливка застывает и сжимается
Мои расширители литников - это просто обрезанные алюминиевые банки. Отлично работает!
После плавления алюминия с небольшой добавкой меди в тигле, удаления шлака - время заливать!
Как классно! Похоже формы заполнились идеально. Теперь тяжелая часть - ждать достаточно долго пока металл остынет, чтобы я узнал получились детали или нет.
Отлично! Детали прямиком из песка, только литники и воздуховоды отрезаны.
Я нарезал центральное отверстие мелким 14мм метчиком. Похоже все замечательно соединяется.
Мне нравятся детали на отливке - можно увидеть все линии от 3D-печати, их ширина всего 0.2мм.
Момент истины - подходят ли к раме? ДА! Я сделал пластиковую деталь, чтобы она идеально подходила к раме, затем напечатал ее еще раз с увеличением размера в 102%. Когда алюминий остывает он усаживается в точности на 2%.
Центр черного нипеля - это место откуда будет выходить сфокусированный луч CO2 лазера. Трубка - для сжатого воздуха, чтобы сдувать дым на пути лазера (так называемый air-assist).
Похоже я смогу этому найти хорошее применение!
Черная дыра в центре - это фокусирующая линза.
Я так рад, что части подошли к раме идеально без дополнительной обработки и даже без напильника!
Это первый тест моего лазера. Примерно на 60% мощности. Мгновенно прожигает дерево.
От переводчика:
Jeshua Lacock сделал замечательное, фактически пошаговое, руководство методики литья алюминия с пластиковых моделей напечатанных на 3D принтере. Для интересующих в практическом аспекте - на сайте instructables.com есть много рецептов
