3 д принтер по металлу что можно сделать

Как работают 3D принтеры по металлу. Обзор SLM и DMLS технологий. Аддитивное производство. 3D печать металлом.

Как работают 3D принтеры по металлу. Обзор SLM и DMLS технологий. Аддитивное производство. 3D печать металлом.

Рейтинг (3.16)

3D печать металлами. Аддитивные технологии.

SLM или DMLS: в чем разница?

Всем привет, Друзья! С Вами 3DTool! Каталог 3D принтеров по металлу BLT Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металла (DMLS) — это два процесса аддитивного производства, которые принадлежат к семейству 3D-печати, с использованием метода порошкового наслоения. Две этих технологии имеют много общего: обе используют лазер для выборочного плавления (или расплавления) частиц металлического порошка, связывая их вместе и создавая модель слой за слоем. Кроме того, материалы, используемые в обоих процессах, являются металлами в гранулированной форме. Различия между SLM и DMLS сводятся к основам процесса связывания частиц: SLM использует металлические порошки с одной температурой плавления и полностью плавит частицы, тогда как в DMLS порошок состоит из материалов с переменными точками плавления.

В частности:
SLM производит детали из одного металла, в то время как DMLS производит детали из металлических сплавов.
И SLM, и DMLS технологии используются в промышленности для создания конечных инженерных продуктов. В этой статье мы будем использовать термин «металлическая 3D печать» для обобщения 2-х технологий. Так же опишем основные механизмы процесса изготовления, которые необходимы инженерам для понимания преимуществ и недостатков этих технологий.
Существуют и другие технологические процессы для производства плотных металлических деталей, такие как электронно-лучевое плавление (EBM) и ультразвуковое аддитивное производство (UAM). Их доступность и распространение довольно ограничены, поэтому они не будут представлены в данной статье.

Как происходит 3D печать металлом SLM или DMLS.

Как работает 3D печать металлом? Основной процесс изготовления для SLM и DMLS очень похожи.

1. Камера, в которой происходит печать, сначала заполняется инертным газом (например, аргоном), чтобы минимизировать окисление металлического порошка. Затем она нагревается до оптимальной рабочей температуры.
2. Слой порошка распределяется по платформе, мощный лазер делает проходы по заданной траектории в программе, сплавляя металлические частицы вместе и создавая следующий слой.
3. Когда процесс спекания завершен, платформа перемещается вниз на 1 слой. Далее наносится еще один тонкий слой металлического порошка. Процесс повторяется до тех пор, пока печать всей модели не будет завершена.

Когда процесс печати завершен, металлический порошок уже имеет прочные связи в структуре. В отличие от процесса SLS, детали прикрепляются к платформе через опорные конструкции. Опора в 3D-печати металлом, создаётся из того же материала, что базовая деталь. Это условие необходимо для уменьшения деформаций, которые могут возникнуть из-за высоких температур обработки.
Когда камера 3D принтера охлаждается до комнатной температуры, излишки порошка удаляются вручную, например щеткой. Затем детали как правило подвергаются термообработке, пока они еще прикреплены к платформе. Делается это для снятия любых остаточных напряжений. Далее с ними можно проводить дальнейшую обработку. Снятие детали с платформы происходит по средством спиливания.

Схема работы 3D принтера по металлу.

В SLM и DMLS почти все параметры процесса устанавливаются производителем. Высота слоя, используемого в 3D-печати металлами, варьируется от 20 до 50 микрон и зависит от свойств металлического порошка (текучести, гранулометрического состава, формы и т. д.).
Базовый размер области печати на металлических 3D принтерах составляет 200 x 150 x 150 мм, но бывают и более большие размеры рабочего поля. Точность печати составляет от 50 — 100 микрон. По состоянию на 2020 год, стоимость 3D принтеров по металлу начинается от 150 000 долларов США. Например наша компания предлагает 3D принтеры по металлу от BLT.
3D принтеры по металлу, могут использоваться для мелкосерийного производства, но возможности таких систем в 3D-печати, больше напоминают возможности серийного производства на машинах FDM или SLA.
Металлический порошок в SLM и DMLS пригоден для вторичной переработки: обычно расходуется менее 5%. После каждого отпечатка неиспользованный порошок собирают и просеивают, а затем доливают свежим материалом до уровня, необходимого для следующего изготовления.
Отходы в металлической печати, представляют из себя поддержки (опорные конструкции, без которых не удастся добиться успешного результата). При слишком большом обилии поддержек на изготавливаемых деталях, соответственно будет расти и стоимость всего производства.

Адгезия между слоями.

3D печать металлом на 3D принтерах BLT
Металлические детали SLM и DMLS обладают практически изотропными механическими и термическими свойствами. Они твердые и имеют очень небольшую внутреннюю пористость (менее 0,2 % в состоянии после 3D печати и практически отсутствуют после обработки).
Металлические печатные детали имеют более высокую прочность и твердость и часто являются более гибкими, чем детали, изготовленные традиционным способом. Тем не менее, такой металл быстрее становится «уставшим».

Структура поддержки 3D модели и ориентация детали на рабочей платформе.

Опорные конструкции всегда требуются при печати металлом, из-за очень высокой температуры обработки. Они обычно строятся с использованием решетчатого узора.

Поддержки в металлической 3D печати выполняют 3 функции:

• Они делают основание для создания первого слоя детали.
• Они закрепляют деталь на платформе и предотвращают её деформацию.
• Они действуют как теплоотвод, отводя тепло от модели.

Детали часто ориентированы под углом. Однако это увеличит и объем необходимых поддержек, время печати, и в конечном итоге общие затраты.
Деформация также может быть сведена к минимуму с помощью шаблонов лазерного спекания. Эта стратегия предотвращает накопление остаточных напряжений в любом конкретном направлении и добавляет характерную текстуру поверхности детали.

Поскольку стоимость металлической печати очень большая, для прогнозирования поведения детали во время обработки часто используются программные симуляторы. Это алгоритмы оптимизации топологии в прочем используются не только для увеличения механических характеристик и создания облегченных частей, но и для того, чтобы свести к минимуму потребности в поддержках и вероятности искривления детали.

Полые секции и легкие конструкции.

Пример печати на 3D принтере BLT
В отличие от процессов плавления с полимерным порошком, таких как SLS, большие полые секции обычно не используются в металлической печати, так как поддержки будет очень сложно удалить, если вообще возможно.
Для внутренних каналов больше, чем Ø 8 мм, рекомендуется использовать алмазные или каплевидные поперечные сечения вместо круглых, так как они не требуют построения поддержек. Более подробные рекомендации по проектированию SLM и DMLS можно найти в других статьях посвященных данной тематике.

В качестве альтернативы полым секциям, детали могут быть выполнены с оболочкой и сердечниками, которые в свою очередь обрабатываются с использованием различной мощности лазера и скорости его проходов, что приводит к различным свойствам материала. Использование оболочки и сердечников очень полезно при изготовлении деталей с большим сплошным сечением, поскольку это значительно сокращает время печати и уменьшает вероятность деформации.

Использование решетчатой структуры является распространенной стратегией в 3D-печати металлом, для уменьшения веса детали. Алгоритмы оптимизации топологии также могут помочь в разработке органичных легких форм.

Расходные материалы для 3D печати металлом.

Технологии SLM и DMLS могут производить детали из широкого спектра металлов и металлических сплавов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальт, хром и инконель. Эти материалы обеспечивают потребности большинства промышленных применений, от аэрокосмической отрасли до медицинской. Драгоценные металлы, такие как золото, платина, палладий и серебро, также могут быть обработаны, но их применение носит незначительный характер и в основном ограничивается изготовлением ювелирных изделий.

Стоимость металлического порошка очень высока. Например, килограмм порошка из нержавеющей стали 316 стоит примерно 350-450 долларов. По этой причине минимизация объема детали и необходимость поддержек является ключом к поддержанию оптимальной стоимости производства.
Основным преимуществом металлической 3D-печати является ее совместимость с высокопрочными материалами, такими как никелевые или кобальт-хромовые супер сплавы, которые очень трудно обрабатывать традиционными методами. За счет использования металлической 3D-печати для создания детали практически чистой формы — можно достичь значительной экономии средств и времени. В последствии такая деталь может быть подвергнута обработке до очень высокого качества поверхности.

Постобработка металла.

Различные методы пост. обработки используются для улучшения механических свойств, точности и внешнего вида металлических печатных изделий.
Обязательные этапы последующей обработки включают удаление рассыпного порошка и опорных конструкций, в то время как термическая обработка (термический отжиг) обычно используется для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств детали.

Обработка на станках ЧПУ может быть использована для критически важных элементов (таких как отверстия или резьбы). Пескоструйная обработка, металлизация, полировка и микрообработка могут улучшить качество поверхности и усталостную прочность металлической печатной детали.

Преимущества и недостатки металлической 3D печати.

Плюсы:

1. 3D печать с использованием металла, может быть использована для изготовления сложных деталей на заказ, с геометрией, которую традиционные методы производства не смогут обеспечить.
2. Металлические 3D печатные детали могут быть оптимизированы, чтобы увеличить их производительность при минимальном весе.
3. Металлические 3D-печатные детали имеют отличные физические свойства, 3D принтеры по металлу могут печатать большим перечнем металлов и сплавов. Включают в себя трудно обрабатываемые материалы и металлические суперсплавы.

Минусы:

1. Затраты на изготовление, связанные с металлической 3D-печатью, высоки. Стоимость расходного материала от 500$ за 1 кг.
2. Размер рабочей области в 3D принтерах по металлу ограничен.

Выводы.

• 3D печать металлом наиболее подходит для сложных, штучных деталей, которые сложно или очень дорого изготовить традиционными методами, например на станке ЧПУ.
• Уменьшение потребностей в построении поддержек, значительно снизит стоимость печати при помощи металла.
• Металлические 3D-печатные детали имеют отличные механические свойства и могут быть изготовлены из широкого спектра инженерных материалов, включая суперсплавы.
А на этом у нас Все! Надеемся, статья была для Вас полезна. Каталог 3D принтеров по металлу BLT
Приобрести 3d-принтеры по металлу, а так же любые другие 3d-принтеры и ЧПУ станки, вы можете у нас, связавшись с нами: • По электронной почте: Sales@3dtool.ru • По телефону: 8(800)775-86-69 • Или на нашем сайте: http://3dtool.ru
Так же, не забывайте подписываться на наш YouTube канал:
Подписывайтесь на наши группы в соц.сетях: INSTAGRAM ВКонтакте Facebook

10 заблуждений о 3D-печати металлом

3D-печать металлическим порошком сделала стремительный рывок в развитии за последние десять лет. При этом с развитием отрасли появилось множество мифов и заблуждений.

Эксперты i3D используют свой опыт, чтобы разобраться с основными заблуждениями об аддитивных технологиях

Миф 1. Аддитивное производство заменит традиционное производство

В ближайшие годы стоимость производства с помощью 3D-печати будет снижаться, печать станет еще более популярной. При этом она может оставаться дорогой для производства больших партий.

Те, кто работают с аддитивными технологиями (далее – АТ), считают их дополнением к традиционному производству. Детали, которые проще изготовить на трехосном станке с ЧПУ обычно так и производят. При этом изделия сложной формы можно создавать только на 3D-принтере. Такие детали невозможно выполнить с использованием традиционного производства. Кроме того, напечатанные детали получаются легче, а на изготовление расходуется меньше материала.

Аддитивное производство металлических изделий будет способствовать продаже станков с ЧПУ и других традиционных инструментов для обработки деталей. Завод будущего включит в себя множество технологий производства! Задача инженеров по разработке продукции будет заключаться в том, чтобы знать, когда использовать конкретную технологию для придания продукции наибольшей ценности.

01| Детали, которые проще изготовить на трехосном станке с ЧПУ обычно так и производят. (фотография предоставлена Glenn McKechnie)

02| Диаграмма Ишикавы для параметров, влияющих на качество напечатанных на металлическом принтере изделий (предоставлена доктором Кристофом Хаберландом (Christoph Haberland), компания Siemens Industrial Turbomachinery AB)

Миф 2. Почти все может быть изготовлено с помощью АТ

«Изготавливать изделия простой геометрии на металлическом 3D-принтере нерентабельно» Аддитивное производство подходит для создания сложных изделий, которые невозможно сделать традиционным способом. Повышение сложности не добавляет значительных затрат на моделирование детали на станке. Но это высказывание не учитывает дополнительного времени на разработку или последующую обработку.

Изготавливать изделия простой геометрии на металлическом 3D-принтере нерентабельно. Это не означает, что они не могут быть сделаны с использованием АТ. Могут, но дешевле изготавливать традиционно. Металлические принтеры созданы для решения куда более сложных задач.

Миф 3. Нужно только нажать кнопку печати, станок сделает все остальное

Один из самых больших мифов об АТ: большинство металлических 3D-принтеров производят детали с минимальными припусками. На самом деле, детали, требующие высокой точности, подвергаются механической обработке или постобработке другим способом. Большинство задач по предварительной и последующей обработке не автоматизировано, требует знаний и навыков оператора.

Некоторые производители начинают решать эту проблему, интегрируя АТ в станки с ЧПУ для производства гибридных систем.

При подготовке модели оператор должен решить, как лучше всего расположить детали, где какие типы опорных конструкций и анкеров использовать. Кроме того, он должен определить наилучшие рабочие параметры станка, чтобы оптимально расплавлять металл и успешно регулировать качество продукции.

03| Кристоф Хаберланд из компании Siemens Industrial Turbomachinery AB создал диаграмму Ишикавы с факторами, влияющими на качество при печати на металлическом 3D-принтере

Миф 4. Настольные 3D-принтеры аналогичны промышленным системам АТ

«Проникновение процесса metal AM на дешевый рынок настольных компьютеров – лишь вопрос времени» Бесчисленные СМИ, голливудские фильмы, телесериалы, личные беседы изображали недорогие трехмерные принтеры способными производить высококачественные изделия промышленного качества. Это не так. Например, в недавнем фильме Ocean’s Eight («Восемь подруг Оушена») представлен настольный принтер, производящий золотые ювелирные изделия с драгоценными камнями на таких уровнях качества, которые просто не достижимы. Некоторые промышленные станки высокого технического уровня могут обрабатывать драгоценные металлы, такие как золото, например. Но для получения хорошего результата может потребоваться несколько суток последующей обработки.

Сегодня материалы для систем АТ на основе экструзии доступны на рынке, так что проникновение процесса metal AM на дешевый рынок настольных компьютеров – лишь вопрос времени. Тем не менее, между настольными 3D-принтерами и высокотехнологичными системами аддитивного производства будет сохраняться большой разрыв в качестве и скорости.

В любом случае, это не должно истолковываться как обесценивание настольных 3D-принтеров. Наоборот, настольные 3D-принтеры – невероятно ценные инструменты для генерации идей, для моделирования по прототипу. Мы твердо убеждены, что почти каждый инженер или дизайнер должен иметь под рукой настольный 3D-принтер. Однако они также должны иметь доступ к машинам промышленного производства, когда им требуется выполнить определенные работы.

Миф 5. АТ позволяют удешевить производство

Есть мнение, что при помощи аддитивного производства можно снизить цены на продукцию. Это так, когда речь идет о небольших и средних объемах производства. При обычном производстве затраты уменьшаются по мере увеличения объема производства. С АТ затраты остаются примерно постоянными, за некоторыми исключениями. Точка безубыточности (точка, где пересекаются две линии) зависит от размера, цены материала и производительности станка в сочетании с другими факторами.

04| При традиционном производстве затраты обычно уменьшаются по мере увеличения объема производства. При AM затраты остаются примерно постоянными, за некоторыми исключениями.

Миф 6. 3D-принтер будет в «каждом доме»

Многие думают что 3D-принтер будет в каждом доме. Вряд ли. Даже самые простые настольные принтеры требуют навыков проектирования и программных средств, недоступных большинству людей. Большинство современных 3D-принтеров слишком дороги, чтобы покупать их без конкретной цели.

В будущем могут появиться простое, недорогое оборудование, предназначенное для детей и любителей. Оно будет пригодно только для печати определенными материалами. Появление принтера, предназначенного для изготовления шоколада и других продуктов, возможно. Но лучше этот вид работы оставлять кулинарным специалистам. Идея 3D-печати дома сродни использованию многочисленных швейных машин, но уже мало кто носит одежду домашнего производства.

Миф 7. Вся продукция 3D-печати действительно произведена с использованием 3D-печати

Мы часто обсуждаем «продукцию 3D-печати», выполненную из металла и/или полимера. Большая часть изделий вообще не печатается. Мы видим это на примере обуви, где с помощью 3D-печати изготавливается только подошва или часть стельки или сандалии. Основная часть изделия выполняется с применением методов обычного производства.

Еще один пример – гитары, выпускаемые компанией ODD Guitars. Мы можем называть их 3D-печатными гитарами, но только их основные корпуса печатаются на 3D-принтерах. Гитарные шейки обрабатываются на станках ЧПУ, мосты и тюнеры отливаются, а пластмассовые кольца и ручки изготавливаются при помощи метода литья под давлением. Другие части гитар производятся с использованием других методов.

05| Рис. 4. Вариант слева не подходит для AM

Еще пример – устройства для выравнивания зубов Invisalign, выпускаемые компанией Align Technology. Мы можем называть их стоматологическими выравнивателями, напечатанными на 3D-принтерах, но AM используется только для одного этапа процесса. Сами выравниватели не печатаются в формате 3D. Разрабатывается цифровая модель зубов пациента. Специалист-ортодонт манипулирует цифровой моделью для создания серии моделей зубов. Каждая трехмерная модель печатается на системе с фотополимеризационной ванной, которая служит «формой». При высоких температурах формируется термопластичный пластификатор . Пятиосный фрезерный станок используется для отсечения излишнего материала, чтобы выравниватель был хорошо подогнан по линии десны. Лазерная гравировка, галтовка и другие процессы используются для маркировки, полировки и очистки. Процесс от начала до конца действительно представляет собой фабрику будущего, причем АТ является лишь его частью.

Фактически, изделия такого типа были бы невозможны или недоступны по цене без использования АТ.

Мия 8. Большинство технологий 3D-печати металлом аналогичны

«Детали, выпускаемые с помощью разных технологий, обладают различными металлургическими свойствами» Системы сплавления порошкового слоя (Fusion Powder Bed) отличаются от систем послойной плавки материала с прямым использованием энергии (Directed Energy Deposition); системы лазерной плавки порошкового слоя (Laser Powder Bed Fusion) отличаются от систем электронно-лучевой плавки порошкового слоя (Electron Beam Powder Bed Fusion). Детали, выпускаемые с помощью разных технологий, обладают различными металлургическими свойствами – опорные конструкции, анкеры и качество обработки поверхности. Объем последующей обработки тоже разный.

Важно понимать, что каждая технология имеет свои преимущества и недостатки. Принтеры тоже. Знание типов принтеров и технологий важно для выбора технологии и способа проектирования.

Миф 9. Напечатанные на металлическом 3D-принтере детали хуже обычных

В таблице приведены некоторые общие рекомендации, как выполняется сравнение печати с обычным производством.

При использовании металлических 3D-принтеров сокращается количество материала, вес продукции. Используя более прочный и дорогой материал, Вы сможете получить более качественную и функциональную деталь. Общая стоимость материала будет ниже, поскольку используется меньшее количество материала.

06| В таблице мы сравнили детали АТ с обычным производством

Механические свойства	Обработка поверхности
Отливка в песчаную форму	AM превосходит	AM превосходит
Прецизионная отливка	AM превосходит	AM уступает
Ковка или штамповка	AM уступает	AM уступает

Миф 10. Материалов для аддитивного производства мало

Большая часть технического проектирования связана с выбором материала. Можно подобрать материал и технологию печати, чтобы получить наилучший результат.

Существует огромное количество материалов для 3D-печати металлом. Посмотрите в каталоге материалов i3D. Это только начало. С каждым годом доступных для печати материалов будет все больше.

Заключение

3D-печать металлом становится все популярнее. Со временем будет доступно больше ресурсов для развития и совершенствования этой технологии. Появятся еще более производительные и более дешевые станки.

Недостаточное понимание реалий процесса 3D-печати металлом не дает применять технологию широко. Мы в i3D хотим рассказать, как применять 3D-печать с выгодой! Ведь удачные решения делают счастливыми поставщиков станков, материалов, вызывают восторг у клиентов.

3D-принтеры по металлу, технологии и стоимость

Металлическая печать на 3D-принтерах — это трендовое направление для многих современных компаний, занимающихся промышленным производством, научными и медицинскими разработками. 3D-печать металлами и их композициями стала настоящей инновацией в условиях прогрессивно развивающегося мира. Несмотря на то, что разработки методов металлической 3D-печати велись достаточно давно, свое воплощение они нашли сравнительно недавно и стали применяться во многих отраслях промышленности, таких как аэрокосмическое производство, автомобилестроение, электротехника, военные разработки и т.д.

Еще некоторое время назад мало кто мог представить, что технологии дойдут до таких высот. Сегодня многие считают 3D-печать металлами чем-то из области фантастики, так же как и когда-то относились к 3D-печати пластиками. Однако на практике она оказалась вполне реальной и осуществимой, и в этой статье мы расскажем, почему. В этой статье мы подробно опишем процесс металлической 3D-печати, топовые технологии, представленное на рынке оборудование и разберем другие вопросы, касающиеся данной темы.

Основные типы технологий

Прежде чем говорить о конкретных технологиях и обсуждать особенности каждой из них в отдельности, мы бы хотели проиллюстрировать классификацию основных групп технологий трехмерной печати металлами исходя из типологии процесса.

Синтез на подложке (PBF)

Металл/сплав (порошок и/или проволока)

Селективное лазерное плавление (SLM)

Электронно-лучевое сплавление (EBM)

Прямой подвод энергии и материала (DED)

Металл/сплав (порошок и/или проволока)

Лазерная наплавка металла (LMD)

Плазменная наплавка металла

Электронно-лучевое сплавление проволоки (EBF)

Струйное нанесение связующего (Binder jetting)

Послойное склеивание порошка связующим веществом

В аддитивном производстве металлических изделий выделяют две группы технологий металлической 3D-печати: синтез на подложке (Powder Bed Fusion) и прямой подвод энергии и материала (Directed Energy Deposition). Первая подразумевает выборочное плавление и отверждение нанесенного слоя порошкового материала под воздействием лазера. Вторая — расплавление и отверждение порошка за счет его точечной подачи в зону расплава. Технологии синтеза на подложке имеют разные названия, но очень схожи между собой. К ним относятся SLM, DMLS, DPM, LPBF, LaserCusing и EBM. Давайте расшифруем названия каждой из них. В переводе с английского первая означает метод выборочного или селективного лазерного плавления (Selective Laser Melting), вторая — метод прямого лазерного спекания (Direct Metal Laser Sintering), третья — прямая печать металла (Direct Metal Printing), четвертая — прямое лазерное наплавление порошка (Laser Powder Bed Fusion), пятая — селективное лазерное плавление (LaserCusing) и шестая — электронно-лучевое плавление (Electron-beam Melting).

Сходство и различие SLM и DMLS

По сути все технологии синтеза на подложке, за исключением технологии EBM, абсолютно идентичны между собой и не имеют принципиальных отличий. Это разные названия одной и той же технологии, которая лежит в основе работы большинства представленных на рынке 3D-принтеров по металлу, а именно SLM. На мировом рынке существует четыре ведущих производителя 3D-принтеров по металлу, работающих по этой технологии. Все они используют различные ее наименования, чтобы выделить свое оборудование среди аналогов и сделать его более привлекательным для покупателя.

Название технологии SLM

История появления и принцип действия SLM

Технология SLM появилась на свет благодаря разработкам Вильгельма Майнерса и Конрада Виссенбаха из Института лазерной техники ILT совместно с Дитером Шварце и Маттиасом Фокеле из компании F&S Stereolithographietechnik GmbH. Данную разработку впервые применила компания MCP HEK GmbH в дальнейшем переименованная в SLM Solutions, затем была образована работающая по той же технологии компания ReaLizer. Разберем, как ее применение выглядит на практике.

При 3D-печати металлами в качестве источника энергии используются мощные лазеры. Построение деталей происходит в вакуумной или инертной среде, сырьем являются металлические порошки разной дисперсности. Лазерный луч нагревает и расплавляет частицы порошка, способствуя их переходу в жидкое состояние. Расплавление частиц обеспечивает их соединение. Как правило, при печати с помощью SLM-технологии в кристаллической решетке металла возникают внутренние напряжения, объяснимые небольшим перепадом температур внутри рабочей камеры, поэтому после снятия изделия с платформы, требуется последующая обработка для их снятия.

Алгоритм печати

3D-печать металлами, как и любым другим материалом, начинается с создания компьютерной 3D-модели в специальной программе для дизайна. С помощью USB-носителя готовый STL-файл передается на принтер со встроенным программным обеспечением, где анализируется на предмет соответствия техническим возможностям устройства. Файл обрабатывается программой слайсером, которая режет объемную модель на плоские слои и корректирует шероховатости для достижения точности построения модели. После этого запускается цикл печати, который состоит из множества последовательно повторяющихся циклов построения отдельных слоев.

Давайте посмотрим, как выглядит этот процесс после предварительной подготовки на примере упомянутой нами SLM технологии.

1. Для начала в закрытую камеру печати 3D-принтера подают защитный инертный газ (чаще азот или аргон) до полного удаления кислорода. Данный этап необходим лишь для тех металлов, которые относятся к пирофорным (самовоспламеняющимся веществам при контакте с воздухом), например, для металлических порошков титана и алюминия.
2. Затем производится нагрев камеры и начинается построение модели. Подающийся порошок равномерно распределяется по платформе с помощью специального ролика, формируя слой толщиной 20-50 мкм., и сканируется лучом мощного лазера, который в зависимости от технологии, либо расплавляет, либо спекает его частицы.
3. После окончания работы над одним слоем, процедура повторяется снова: платформа опускается вглубь, на толщину нанесенного слоя, и поверх него наносится следующий. Так происходит до того момента, пока модель не будет построена полностью.

​По завершению печати изделие извлекается из камеры, очищается от оставшегося после печати порошка и отделяется от плиты с применением механических способов, например спиливания или резки. Как и при 3D-печати полимерными пластиками, для построения металлических деталей требуются вспомогательные поддержки, которые строятся из того же материала, что и модель, и закрепляют ее на платформе, предотвращая возможную деформацию конструкции вследствие воздействия высоких температур. Поэтому после охлаждения изделие проходит еще один важный этап обработки — удаление поддерживающих структур. Это не всегда просто и требует немалых физических усилий.

Ниже мы расскажем об еще одном методе, который входит в группе технологий синтеза на подложке.

Технология EBM

Технология электронно-лучевого плавления отличается от предыдущей источником тепловой энергии: вместо лазера здесь используется электронный пучок, который извлекает электроны из вольфрамовой нити в вакууме и ускоряет их проецирование на металлический порошок. Алгоритм печати выглядит также, повторяя все описанные ранее этапы. Слой металлического порошка наносится на рабочую поверхность и расплавляется электронным лучом. После этого платформа для сборки опускается, и сверху наносится новый слой. Этот процесс продолжается до тех пор, пока модель не будет завершена полностью. Печать производится в вакуумной среде. Несмотря на то, что данный метод также требует построения вспомогательных конструкций, которые крепят элементы изделия к платформе, у него есть свои плюсы. Во-первых, при печати не накапливаются внутренние напряжения, а значит не требуется постобработка в виде термического отжига для их снятия. Во-вторых, полностью отсутствует пористость и плотность изделия получается даже лучше, чем при изготовлении деталей методом литья. Данная технология используется, в основном, в авиакосмической и военной отрасли, а также в медицине — для создания имплантатов и протезов. Данная технология принадлежит шведской компании Arcam.

Характеристики технологий синтеза на подложке

Исходные данные принтера

В оборудовании, работающем по данным технологиям, практически все параметры заложены производителем. 3D-принтеры применяются для производства небольших партий и ограничены по количеству печатаемых изделий, так как изделия крепятся к платформе с определенной площадью.

В стандартном 3D-принтере по металлу размер камеры для печати составляет 250х150х150 мм, в крупногабаритных устройствах с расширенным объемом печати площадь камеры достигает 600х600х600 мм. Обычно высота распределяемого слоя варьируется от 20 до 100 мкм. и, как правило, зависит от композиции порошка и его свойств.

Выращивание металлических деталей требует построения поддержек, поэтому при печати изделий учитываются издержки, связанные с затратой материала на вспомогательные конструкции.

Оставшийся металлический порошок после завершенного цикла печати может служить для вторичного применения. Его просеивают, собирают в контейнер и при необходимости добавляют в устройство для повторной печати. Так можно делать с нереактивными никелевыми сплавами, так как частицы такого порошка практически не меняют своей формы и свойств, но не рекомендуется использовать повторно титановые и другие сплавы, которые являются пирформными и накапливают кислород. Такие порошки могут повести себя непредсказуемо даже в условиях повторной очистки инертными газами. Стоит помнить, что изделие высочайшего качества можно получить только из металлического порошка первичного использования.

Межслойная адгезия

Напечатанные металлом детали отличаются хорошими механическими свойствами благодаря высокой степени адгезии между слоями. Пористость изделий сводится к нулю (0,2–0,5%), особенно после конечной обработки термическим отжигом. Также напечатанные металлом детали более прочные и характеризуются большей гибкостью, чем изготовленные методом литья.

Вспомогательные поддержки и размещение деталей

В 3D-печати под термином поддержка понимают дополнительную опорную конструкцию из того же самого материала, что и сама печатаемая модель и является ее продолжением, составляя с ней одно целое. Как правило, поддержи строятся не в виде сплошных конструкций, а с решетчатым или сетчатым узором. Они обязательны при печати, так как поддерживают всю структуру изделия, сохраняя от температурных деформации и искривлений. Если говорить конкретно, то у поддержек есть вполне ясное назначение:

• Служат основанием для построения первого слоя детали для более легкого ее отделения от платформы;
• Равномерно закрепляют все элементы изделия на рабочей платформе, являясь антидеформирующей жесткой конструкцией;

На построение поддержек также идет расход материала, поэтому модель следует оптимизировать таким образом, чтобы для ее построения требовалось как можно меньше поддержек и, следовательно, тратилось меньше материала. Количество поддержек автоматически рассчитывается программой, поэтому относиться к процессу оптимизации нужно аккуратно, осознавая степень риска, ведь удаление части поддерживающих структур на этапе проектирования может привести к нарушению геометрии элементов и деформации при печати.

Иногда возникает необходимость, чтобы некоторые элементы изделия печатались без поддержек, и для этого был разработан следующий метод. Модель располагают под рассчитанным углом, чтобы избежать построения поддерживающих структур в требуемых областях. При таком подходе увеличиваются затраты металлического порошка, а следовательно и стоимость печати за счет построения более длинных структур поддержек у элементов, расположенных под углом. Увеличивается и длительность цикла печати.

Полые профили и облегченные конструкции

На этапе 3D-моделирования стоит избегать наличия полых конструкций и круглых сечений, так как при печати полых секций с диаметром более 8 мм требуется построение поддержек и возникают сложности с их удалением. Вместо сечений круглой формы лучше использовать ромбовидные, потому что для них опорные конструкции не нужны.

Полые профили при 3D-печати металлами лучше заменить обшивкой и сердечником. Для уменьшения веса и облегчения конструкции готового изделия рекомендуется проектировать модели с решетчатой структурой. В современном промышленном оборудовании предусмотрены алгоритмы оптимизации печати, предусматривающие разработку эргономичной облегченной формы.

Расходные материалы

Для 3D-печати металлами используют сырье в виде мелкодисперсных порошков разных фракций (10-40 мкм). Их получают путем вакуумной плавки металла в индукционной печи с параллельной очисткой от газов для предотвращения от окисления. Расплавленный металл подается через специальное отверстие и путем воздействия инертного газа под давлением струя металла разбивается на мелкие капли сферической формы. Капли металла, соприкасаясь с поверхностью распылительной колонки, кристаллизуются, превращаясь в гранулы порошка. Размер фракций регулируется давлением газа и распылительными форсунками.

Итак, металлические порошки бывают двух видов: однокомпонентные порошки и смеси из сплава металлов. В настоящее время 3D-принтеры для печати по металлам адаптированы под использование множества различных вариаций металлов, их композиций и суперсплавов:

• Стали и другие сплавы железа;
• Титан и его сплавы;
• Алюминий и его сплавы;
• Никель-хромовый суперсплав;
• Кобальт-хром, кобальт-ванадий-хром;
• Медь, бронза, латунь;
• Золото, палладий, серебро;
• И др.

Цены на сырье зависят от имеющегося у производителя оборудования, утвержденных технологических процессов и минимально возможного объема партии. Ниже представлены наиболее распространенные виды порошковых материалов:

• Коррозионностойкая сталь 316L;
• Жаропрочный никелевый сплав Inconel 718
• Безуглеродистая мартенситностареющая сталь 18Ni300;
• Бронза Cu90Sn10;
• Алюминиевый сплав AlSi10Mg;
• Титановый сплав Ti6Al4V.

Узнать цену на конкретное сырье вы можете обратившись к нашим менеджерам.

Другие технологии

Кроме рассмотренной нами SLM технологии, существуют и другие методы 3D-печати металлами. Некоторые весьма известны и внедрены во многих областях, другие не так распространены и предусматривают одну конкретную отрасль применения, но и те и другие заслуживают нашего внимания.

Прямое лазерное наплавление порошка (Laser Powder Bed Fusion)

LPBF относится к уже описанной выше технологии SLM, но в сочетании с применением нового программного обеспечения и оборудования, о котором мы расскажем ниже, данная технология дала возможность свести к минимуму и даже исключить необходимость построения поддержек, что выделяет ее среди всех существующих. Данный метод 3D-печати можно применять при работе с титаном, алюминием, нержавеющей сталью и сплавами на основе никеля и меди.

Осаждение материала путем направленного энергетического воздействия (DED)

Принципиальное отличие технологии прямого подвода энергии и материала (DED) в том, что подача порошка осуществляется непосредственно в ту область, куда направляется энергия лазерного луча и где в данный момент выполняется построение элемента изделия. Одновременно с осаждением материала происходит процесс его плавления. На практике данная технология часто применяется с использованием металлических заготовок или подложек и в таком исполнении называется лазерной наплавкой (LMD). Выглядит это следующим образом: луч лазера плавит металлическую поверхность заготовки, образуя небольшую область расплава. Подаваемый в эту область порошок попадает в жидкий расплав и наплавляется поверх подложки. Когда ванна расплава отверждается, образуется дорожка металла. Такой метод часто используют для ремонта или доработки детали путем добавления к ней нового материала, а также для изготовления градиентных изделий и деталей с элементами из разных металлов или сплавов. Это позволяет влиять на механические свойства изделия и повышать его функциональность.

Послойное нанесение связующего материала (Binder Jetting)

Эта технология реализуется путем нанесения слоя порошка на платформу с последующим склеиванием его частиц связующим веществом. Она разработана в целях производства литейных форм для судостроения и других высокотехнологичных отраслей. Процесс печати выглядит следующим образом: на распределенный по платформе металлический порошок с помощью движущейся горизонтально головки разбрызгивается связующий агент. В результате в области построения модели возникает отвержденный слой. Плита построения опускается на толщину слоя и начинается новый цикл. Так продолжается до тех пор, пока модель не будет завершена полностью.

• Эта уникальная запатентованная технология характеризуется рядом особенностей.
• Капли склеивающего вещества должны иметь определенную форму для проникновения в материал на всю толщину слоя;​
• Частицы порошка должны быть несферическими для эффективного взаимодействия с агентом;
• Вещество должно провзаимодействовать с ограниченным объемом смеси и не протекать за его пределы;
• Каждый новый слой должен быть хорошо уплотнен и иметь одинаковую толщину;Каждый последующий цикл должен быть повторяемым и соответствовать заданным критериям.

Все перечисленные параметры успешно воспроизведены в оборудовании компаний ExOne, Voxeljet, Digital metal и др.

Постобработка

Изготовленная и остывшая деталь после удаления поддержек готова к последующей обработке. Постобработка нужна для удаления остаточного напряжения в структуре готового изделия, улучшения его внешнего вида и отточенности конструктивных элементов. Первое, как правило, достигается методом термического отжига. Изделие нагревают до определенной температуры, выдерживают в ней в течение какого-то времени и медленно охлаждают до состояния комнатной. При отжиге происходит так называемый отдых металла — стабилизация его физических и химических свойств за счет невидимых для глаза изменений в его кристаллической решетке. Отжиг снижает твердость металла, чем облегчает механическую обработку изделия, и способствует формированию более однородной внутренней структуры. Он также увеличивает пластичность и ударную вязкость металла, расширяя диапазон эксплуатационных свойств детали.

После удаления вспомогательных поддержек на местах их крепления обычно остаются характерные следы, которые портят внешний вид напечатанной детали. Довести его до идеала можно с помощью разных видов постобработки на автоматизированных станках. Это шлифовка с применением абразивных инструментов для удаления шероховатостей и неровностей, металлизация путем нанесения слоя металла для модификации физико-химических свойств изделия, полировка с применением специальных растворов, пескоструйная обработка и другие методы. Также постобработка на автоматизированных станках применяется для воссоздания внешней структуры ключевых конструктивных элементов, таких как резьбы или отверстия.

Более подробную информацию о постобработке и ее видах вы можете найти в нашей статье .

3D-принтеры для печати металлами

Большая часть производителей 3D-принтеров по металлу в качестве источника энергии в своем оборудовании используют лазер. К ним относятся такие современные компании как 3D Systems, Concept Laser, SLM Solutions и другие. Ниже мы расскажем о самых востребованных моделях для печати металлами, отличающихся по своим функциональным характеристикам: габаритам, мощности лазеров и производительности.

Промышленные 3D-принтеры для печати металлам

SLM 280HL

В линейке принтеров SLM 125/280/500 производителя SLM Solutions наибольшей популярностью пользуется установка SLM 280HL, так как она оптимальна по размерам и универсальна по своим характеристикам.

Принтер SLM 280 HL работает по технологии выборочного лазерного плавления. При размерах камеры 280х280х365 мм его можно использовать как для единичного производства, так и для выпуска небольших серий. В аппарате установлен 400-ватный волоконный лазер и предусмотрена возможность оснащения дополнительными лазерами той же или большей мощности. Толщина слоя варьируется от 20 до 75 мкм, что позволяет выращивать модели с тонкими стенками, а объем печати составляет 55 см3/час. В аппарат встроена система безопасности, предупреждающая взрывы и возгорание рекативного сырья при печати изделия.

SLM 500HL

Его модифицированная модель с увеличенным объемом камеры 500х280х365 мм позволяет печатать более крупные изделия и оснащена сразу двумя лазерами с мощностью 400 или 700 Вт в зависимости от целей эксплуатации.

Благодаря такой опции, как установка двух дополнительных лазеров, можно достигать либо высокой точности, либо оптимальной скорости построения детали. Производительность установки составляет 105 см3/час. Толщина слоя может варьироваться от 20 до 90 мкм. Плюсом данного аппарата является наличие модуля очистки оставшегося при печати порошка. Система просеивает остатки сырья, подготавливая его для вторичного применения, это позволяет сократить потери до 5%.

Расходные материалы для обеих моделей: инструментальная и коррозионностойкая сталь, сплавы алюминия и титана, кобальт-хром и инконель. Обе установки применяют в промышленности, машиностроение и аэрокосмической отрасли.

VELO3D Saphire XC

Данный аппарат с большой цилиндрической камерой 600×550 мм представляет собой систему 3D-печати металлом на основе технологии лазерного наплавления порошка. Он позволяет печатать единичные изделия крупных размеров или небольшие партии, но основное его преимущество в том, что при построении деталей сводится к минимуму потребность в опорных конструкциях.

3D-принтер способен печатать под малыми углами и свесами до 0 градусов, с большими диаметрами и внутренними трубками диаметром до 10 см без использования опор. Это возможно благодаря сочетанию нескольких параметров: специальное программное обеспечение ПО Flow для подготовки модели к печати, программное обеспечение контроля качества ПО Assure для строгого контроля среды в камере построения и система управления с обратной связью. ПО Flow оптимизирует модель таким образом, чтобы для ее печати требовалось минимальное количество поддержек, ПО Assure обеспечивает полный мониторинг процесса и качества изделия с помощью встроенных датчиков. Данное решение позволяет изготавливать детали любой геометрии и исключает возможность брака.

VELO3D Saphire X оснащен лазерами мощностью 1000 Вт в количестве 8 штук, что обуславливает его высокую производительность. При таких мощностях камера построения быстро заполняется сажей, поэтому в нем предусмотрена уникальная система циркуляции газа. На данном 3D-принтере можно печатать изделия из сверхпрочных металлов титана, алюминия и их суперсплавов (например, инконеля). Такое оборудование, в основном, используется для решения задач в аэрокосмической, нефтегазовой и железнодорожной отраслях.

3D LAM Mid

Данная модель является одной из экономичных и сбалансированных для 3D-печати металлами отечественного производителя. Аппарат имеет цилиндрическую камеру, размеры которой составляют 220 мм в высоту и 150 мм в диаметре. Он оснащен лазером с мощностью 300/500 Вт и обладает системой рециркуляции инертного газа, что позволяет значительно сократить расходы на его потребление. Кроме того для увеличения скорости печати предусмотрена возможность установки более мощного лазера. Начало эксплуатации устройства не требует предварительной пусконаладки и сложных настроек. Принтер многофункционален, работает с большим ассортиментом сырья и часто используется в медицинской отрасли.

Farsoon FS273M

3D-принтер с объемом построения 275x275x355 мм, работающий по технологии порошкового наплавления, является улучшенной версией модели FS271M и поставляется в комплектации с одним или двумя лазерами мощностью 500 Вт. В устройстве предусмотрено несколько обновленных функций: новая конструкция для повторного нанесения покрытия и система управления сигналами связи. Указанные характеристики обеспечивает стабильную доставку порошка на протяжении всего процесса сборки. Farsoon FS273M оснащен высокоточной цифровой гальванической системой, позволяющей полностью контролировать процесс и качество печати. 3D-принтер оснащен встроенной системой фильтрации для увеличения времени работы и сокращения затрат на расходные материалы и подогреваемой опорной плитой. Оборудование предусматривает применение разнообразных металлических порошков: нержавеющая сталь, титан, инконель, медь, вольфрам, и может применяться в автомобильной, машиностроительной и оборонной областях.

Плюсы и минусы 3D-печати металлами

Плюсы

1. Широкий перечень доступных для работы металлов, их композиций и суперсплавов
2. Адаптированность 3D-оборудования к работе со сверхпрочными металлами и их сплавами, которые с трудом поддаются обработке литейным или прокатным методом.
3. Значительная экономия металлического сырья и сокращение времени изготовления за счет создания детали с точной геометрией и формами.
4. Отсутствие необходимости в последующей механической обработке в виде удаления излишек материала (его обрезки)
5. Многообразие потенциально возможных форм и конструкций моделируемых изделий и возможность ремонта или повторной доработки детали с помощью печати.
6. Высокие показатели пластичности и ударной вязкости готовых изделий благодаря специфике обработки порошка во время печати.
7. Возможность подвергать изделие практически любым видам последующей обработки, начиная от отжига, заканчивая пескоструйной обработкой, для улучшения его физико-химических свойств и внешнего вида.
8. Пригодность сырья для вторичного применения при повторных запусках цикла печати.
9. Огромный выбор оборудования и доступность его на рынке.

Минусы

Наряду с указанными плюсами необходимо отметить и слабые стороны 3D-печати металлических изделий, а они, естественно, есть.

1. Для 3D-печати металлами требуется дорогостоящее оборудование, приобретение которого обойдется минимум в 6-7 млн. рублей, если говорить о самых базовых моделях.
2. 3D-печать металлами недоступна для бытового применения и осуществляется только в промышленных масштабах или в научно-исследовательских центрах по причине сложного устройства оборудования.
3. Работа оборудования с мощными лазерами и системами охлаждения подразумевает высокие энергозатраты и строгое соблюдение техники безопасности из-за пероформности сырья.
4. 3D-принтеры по металлам являются крупногабаритными устройства и занимают большую площадь в помещении.
5. Устройства для печати сложны в эксплуатации, поэтому для успешной работы на них требуются высококлассные инженеры, обладающие знаниями в нескольких смежных областях.
6. Имеются ограничения по количеству одновременно изготавливаемых изделий за счет относительно небольших размеров рабочей камеры.
7. Для построения детали требуются вспомогательные поддержки, а их удаление с готового изделия занимает много времени и предполагает немалые усилия.
8. Для снятия остаточных напряжений в кристаллической решетке металла и улучшения физико-механических свойств изделия, таких как плотность и ударная вязкость, требуется последующая обработка.
9. Невозможно с точностью спрогнозировать показатели пористости и усадки готовых изделий, поэтому специалисты ищут способы, с помощью которых можно влиять на эти характеристики как при печати, так и на этапе моделирования.

Отрасли применения

Рассмотренные выше технологии используют во многих отраслях промышленности и науки. Например, в медицине их широко применяют для стоматологических целей: изготовление коронок, мостов, имплантов. Современные стоматологи все чаще предпочитают модели, созданные с помощью 3D-печати. Это более экономично, занимает меньше времени (разница в сроках может составлять несколько месяцев) и позволяет создавать индивидуальные изделия согласно заданным параметрам. Металлические печатные изделия так же востребованы в хирургии: из металла печатают титановые болты и протезы, которые устанавливают в случае повреждения кости.

Популяризируется трехмерная печать металлами и в автомобильной промышленности. Такие крупные компании как BMW, Audi, Porsche, Volkswagen, General Motors уже применяют напечатанные металлом детали в серийном производстве некоторых линеек. В 2020 году General Motors открыл собственный индустриальный центр для 3D-печати с помощью аддитивных технологий с двадцатью четырьмя промышленными принтерами, задав тенденцию на мировом рынке автопрома к разработке и тестированию новых деталей. В целом компании видят большие преимущества в применении 3D-печати, так как сокращается время на изготовление детали в различных вариациях, на ее тестирование и доработку. Наблюдается стремление к масштабированию производства с помощью 3D-печати.

Трехмерная печать металлами так же важна для нефтегазовой и аэрокосмической отрасли. Например, компания General Electric, объединив усилия GE центра аддитивных технологий в США и завода GE Avio Aero в Италии, изготовили более 300 деталей для Boeing 777Х методом 3D-печати, в основном титан-алюмидные лопасти двигателя. В 2015 году GE Aviation также запустили изготовление топливных форсунок для самого продаваемого двигателя LEAP в авиационном производстве. В настоящее время аддитивные методы применяются для военных и космических разработок, например компанией NASA, которая разрабатывает и печатает детали для ракетных двигателей.

Это далеко не все отрасли, в которых применяется 3D-печать металлами. Сюда можно также включить кораблестроение, электро- и робототехнику, ювелирное производство, конструкторские бюро, научные лаборатории, исследовательские центры и другие сферы.

Заключение

Технология 3D-печати изделий из металла применяется не так давно и имеет большой потенциал для дальнейшего развития. Несмотря на то, что печать металлами требует больших финансовых вложений, она является перспективным направлением для внедрения в производство и уже сейчас активно используется во многих отраслях. 3D-печать металлами претендует на лидерство и, вполне возможно, что в скором будущем она выместит все традиционные технологии производства металлических изделий. Несмотря на все имеющиеся на сегодняшний день недостатки, плюсы аддитивного производства дают надежду, в ближайшие десятилетия мы увидим усовершенствованные аппараты, способные печатать крупные серии и выдающие точно прогнозируемое качество изделий.

По всем вопросам, вас с удовольствием проконсультируют наши специалисты, обратится к ним можно любым удобным способом:

• По электронной почте: Stanok@topstanok.ru
• Через чат на сайте
• Телефону: 8 (800) 500-33-91
• Или оставив заявку на любой странице нашего сайта

Домашний 3D-принтер, печатающий металлом — уже реальность

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Крайне редко в индустрии 3D-печати появляется 3D-принтер, принцип действия которого строится на абсолютно новом подходе. Сегодня мы можем печатать изделия из сотен различных материалов, но если речь заходит о металлах, цены на 3D-принтеры становятся просто заоблачными. «Металлические» 3D-принтеры могут себе позволить только очень крупные компании, потому что их стоимость начинается от 250000 долларов. Но прогресс не стоит на месте, и когда-нибудь любой желающий сможет приобрести такое чудо техники и печатать металлические изделия, не выходя из дома.

Первые шаги уже сделаны. Взять, например, проект аргентинского инженера Гастона Аккарди. Аккарди увлекается 3D-печатью уже более 12 лет и одним из первых привнес эту технологию в Южную Америку. Как-то у него появилась идея сделать абсолютно новый 3D-принтер, но в связи с напряженным графиком он откладывал работу над проектом в течение пяти лет. И вот пару недель назад ему, наконец, удалось выкроить время.

«Это устройство представляет собой гальванический 3D-принтер для работы с металлом, – рассказывает Аккарди. – Послойное наплавление металла в нужных местах происходит за счет электрохимической реакции. Можно использовать самые разные металлы, а также сплавы, проводящие материалы и полупроводники. Но что самое главное – это очень дешевый метод».

Под «дешевым» Аккарди подразумевает «очень дешевый». Дело в том, что он собрал рабочий прототип принтера всего за… 2 доллара (нет-нет, это не опечатка). Так как же работает этот уникальный 3D-принтер?

Итак, гальванизация – это процесс покрытия одного металла другим путем электролиза. В 3D-принтере Аккарди нет и намека на технологию лазерного спекания, стереолитографии или наплавления филамента. Вместо этого здесь используется самая обычная металлизация электрическим способом.

Фактически гальванизация становится возможной при наличии источника питания и двух полюсов. Одно поле подключается к детали, которую вы хотите покрыть металлом, другое – к металлу, который будет электроосаждаться. Также вам потребуется электропроводящий раствор, обычно для этих целей используют серную кислоту или лимонный сок. Если гальванизация производится медью, то для достижения наилучших результатов ее нужно просто добавить в раствор.

«Через несколько минут после того как вы начали пропускать ток через раствор, медь начинает покрывать изделие, – объясняет Аккарди. – Оба электрода, которые вы используете, обязательно должно быть электропроводящими».

Принцип действия 3D-принтера Аккарди строится именно на методе гальванизации, однако он еще усовершенствовал его. Он взял маркер, вытащил из него стержень и залил в него раствор кислой меди. Потом он завел одно поле (медную электродную проволоку) внутрь маркера. Под воздействием электрического тока ионы меди выходят из кислоты в маркере, проходят через его кончик и оседают на поверхности платформы для печати, которая покрыта проводящим серебром и подсоединена к другому полю. В результате получается слой металла.

«Фактически вы можете писать медью, – рассказывает Аккарди. – И если вы продолжаете писать одни и те же буквы, снова и снова, они постепенно вырастают в высоту и становятся объемными».

Маркер можно наполнить практически любым проводящим и полупроводящим металлом, будь то титан, золото, железо, платина, никель, хром или сплавы вроде бронзы. Аккарди сказал, что он купил 4-осевой станок с ЧПУ и планирует установить на него свою гальваническую систему. В результате у него должно получиться что-то вроде обычного FFF 3D-принтера, только вместо расплавленного пластика здесь будет использоваться металл.

Хотя прототип обошелся Аккарди всего в 2 доллара, он ищет инвесторов, которые помогут ему создать более современное устройство, достойное внимания покупателей.

«Я изобретатель, работающий в самых разных направлениях, – говорит он. – Жизнь похожа на пазл. Вы должны найти столько кусочков головоломки, сколько сможете, а потом начать складывать их».

Аккарди считает, что ему хватит 100000 долларов для реализации своей идеи и последующего запуска принтера в производство и продажу. Если у него все получится, то стоимость 3D-принтера будет колебаться в районе 1000-2000 долларов.

В планах у Аккарди собрать устройство с несколькими маркерами, которое сможет одновременно печатать разными металлами. Также ему хочется попробовать наполнить один из маркеров проводящей серебряной краской, чтобы принтер мог наносить металлы и на непроводящие поверхности. Расшифровываем: берется пластиковый предмет и помещается внутрь принтера; на него наносится проводящая серебряная краска; на серебряную краску наносятся разные металлы за счет процесса гальванизации.

Аккарди считает, что его принтер поможет людям создавать уникальные электронные устройства, например, «умные протезы», которые будут определять температуру и давление. Хотя в этом принтере заложен гигантский потенциал, у него есть один существенный недостаток: он очень медленно работает. Сейчас прототип Аккарди наращивает 0,2 мм по оси Z за час. При этом энергопотребление довольно высокое – около 17 В.

О гальванизации известно давно, однако идея ее использования для изготовления металлических изделий может произвести настоящую революцию в мире 3D-печати. Это абсолютно безопасная технология, которую можно применять в домашних условиях. Такой принтер смогут позволить себе небольшие компании, которые давно мечтают перейти к производству металлических изделий, а также простые пользователи, которым не терпится поэкспериментировать с металлами.