3Д печать металлами, как разновидность лазерных технологий.
В современном мире лазерные технологии развиваются также быстро, как и другие перспективные направления. Поэтому неудивительно, что они находят свои новые применения в самых неожиданных секторах промышленности и производства. Не стала исключением и механическая обработка металлов, в частности токарная обработка металла и фрезерная обработка металла.
Конкуренция традиционным методам обработки металла.
Под механической обработкой мы обычно привыкли понимать фрезерно-токарную группу оборудования, посредством которой выполняется сложная или не очень деталь из металлической «болванки». На современном оборудовании возможно производить сложнейшие детали с высоким качеством, а сами станки могут насчитывать до 500 дополнительных опций в дополнение к базовой комплектации. Однако, все равно имеют место естественные механические ограничения, об которые иногда разбивается полет фантазии конструктора: не каждое сверло или фреза может проникнуть к необходимому месту обработки сложной детали, не под каждый углом, и так далее. Кроме того, сложная деталь может производиться на таких станках до нескольких суток в непрерывном режиме! В ряде случаев выход находится в применении литейной технологии: иногда можно отлить сложную форму, не поддающуюся механической обработке. В этом смысле литейная и фрезерно-токарная технологии дополняют друг друга.
Но что делать, если конструктив настолько сложный, что ни одна из вышеперечисленных технологий не справляется технически? Здесь мы обращаем свой взор на 3D печать по металлу или технологии послойного селективного спекания в инертной среде. К пластиковой 3D печати мы все давно привыкли, и эта технология может быть настолько проста, что цены 3D принтеров по пластику могут начинаться от нескольких сотен долларов и использоваться не только в производственном бизнесе, но и в частном домохозяйстве. С 3D печатью по металлу все сильно сложнее.
Технология процесса одного из способов 3Д печати. LMF (Laser Metal Fusion).
Технология выглядит следующим образом. Внутри камеры с инертной средой (аргоном или азотом) помещены 3 цилиндра. В цилиндре №1 исходное сырье: порошок любого металла или сплава характерной фракцией 5-45 мкм. В цилиндр №2 (цилиндр построения) специальным автоматический устройством помещается слой порошка. Дно цилиндра построения перемещается от ЧПУ и на 1 этапе соответствует высоте слоя, который в свою очередь зависит от технологии и материала (подбирается технологами, характерные значения до 100 мкм).
После того как слой помещен в цилиндр построения, лазерным лучом формируется «рисунок» будущей детали, который является ее проекцией для данной плоскости, как если бы вы детали разрез по чертежу 3D модели в этом месте. Когда слой готов, дно цилиндра построения опускается ниже на величину следующего слоя (такую же) и из цилиндра №1 подается следующий слой. Таким образом, слой за слоем, происходит «выращивание» детали абсолютно любой конфигурации, никак не ограничивающий конструктора технологически, в отличие от двух вышеописанных классических технологий. А в цилиндр №3 попадает весь незадействованный в изготовлении детали порошок – 3D печать безотходная технология!
В 3D принтере по металлу может быть 1 или 2 рабочих лазерных луча. Это напрямую влияет на производительность. Ведь время печати также может составлять от нескольких часов до нескольких дней для 1 детали. Характерные размеры цилиндра построения: R от 100 мм до 500 мм, также L от 100 до 500 мм, где R – это радиус цилиндра, а L – его высота. Лазерные источники используются как правило волоконного типа, мощностью от 200 до 500 Вт. Практически любую деталь любой конфигурации и внутренней структуры (или даже несколько деталей), умещаемую в цилиндр построения по габаритам вы сможете изготовить на таком принтере.
Разновидность порошков для 3D печати.
Материалы могут быть использованы самые разные: начиная от классических, таких как конструкционные и нержавеющие стали, медь, латунь, заканчивая титановыми, кобальтовыми сплавами, и даже драгоценными металлами! Это обуславливает широкую область применения принтеров:
- медицина (стоматология, челюстно-лицевая хирургия, ортопедия)
- авиастроение (легкие и прочные полые конструктивные элементы авиалайнеров)
- машиностроение (крыльчатки турбин, сложные гидравлические узлы)
- ВПК (ноу-хау, штучные сложные узлы военной техники)
- ювелирная промышленность
Производители 3D принтеров.
Производителей таких принтеров становится в последнее время все больше, за счет прироста азиатских производителей. Из более известных можно выделить производителей, где печать является лишь одним из направлений бизнеса, таких как TRUMPF, DMG MORI, RENESHAW, а также производителей, специализирующихся только на данной технологии, таких как SLM Solutions или Concept Laser.
Перспективы технологии.
Аддитивные технологии к которым относится 3D печать металлами, на сегодняшний день является самым прогрессивным методом обработки металла и пока только дополняет механическую обработку. В самое ближайшее время при более массовом заказе будет удешевляться процесс печати, за счет удешевления порошка для печати и больших партий. На сегодняшний день есть ограничение по габаритам произведенных деталей, но технологии развиваются и в самое ближайшее время метод 3D печати металлами будет боле доступным методом обработки, что составит серьезную конкуренцию токарной и фрезерной обработке металла как отдельного вида обработки.