Шта је метална 3Д штампа?

1. Увођење

Метална 3Д штампа, такође познат као производња металних адитива, револуционише начин на који су производи дизајнирани, прототиповано, и произведено.

Ова технологија омогућава стварање комплекса, делови високих перформанси директно из дигиталних модела, нудећи невиђену слободу дизајна и ефикасност материјала.

Ево зашто метално 3Д штампање постаје све популарније:

• Прилагођавање: Омогућава производњу високо прилагођених делова за нишне примене.
• Брзо прототипирање: Значајно убрзава процес итерације дизајна.
• Смањени отпад: Производи делове са минималним отпадом материјала у поређењу са традиционалном производњом.
• Сложене геометрије: Омогућава стварање сложених облика које је немогуће или веома скупо произвести конвенционалним методама.

У овом блогу, удубићемо се у процес, бенефиције, изазови, и примена металне 3Д штампе, истражујући како ова технологија преобликује производни пејзаж.

2. Шта је метално 3Д штампање?

Метална 3Д штампа је облик адитивне производње где се слојеви материјала, обично у облику праха или жице, спајају се да би се створио тродимензионални објекат.

За разлику од традиционалне субтрактивне производње, што подразумева одсецање материјала од чврстог блока, адитивна производња гради објект слој по слој.

Овај процес нуди значајне предности у погледу флексибилности дизајна, ефикасност материјала, и брзину производње.

Историја металне 3Д штампања датира још од 1980-их, са развојем селективног ласерског синтеровања (СЛС) и директно метално ласерско синтеровање (ДМЛС).

Током година, напредак у ласерској технологији, материјалирати, и софтвер довели су до еволуције различитих металних технологија 3Д штампања, сваки са сопственим скупом могућности и апликација.

3. Металне 3Д штампарске технологије

Метална 3Д штампа, такође познат и као Додатна производња, користи различите технике за производњу сложених и функционалних металних делова слој по слој, директно из дигиталне датотеке.

Свака метална технологија 3Д штампања има свој јединствени процес и предности, што га чини погодним за различите примене у индустрији као што је ваздухопловство, аутомотиве, здравствене заштите, и енергије.

Доњи део, истражићемо најчешће металне технологије 3Д штампања, њихове особине, и идеалне апликације.

Директни метални ласерски синтеровање (ДМЛС) & Селективни ласерски топљење (Сонм)

Преглед:

И ДМЛС и СЛМ су технологије фузије праха које користе ласере велике снаге за топљење и стапање металног праха у чврсте делове.

Разлика је првенствено у њиховом приступу металном праху и својствима материјала.

• ДМЛС обично користи металне легуре (као нерђајући челик, титанијум, или алуминијум) и ради са разним металним праховима, укључујући легуре попут Уносилац и кобалт-хром.
• Сонм користи сличан процес, али се више фокусира на чисти метали као нерђајући челик, титанијум, и алуминијум. Ласер потпуно топи метални прах, спајајући га у чврсти део.

Прос:

• Висока резолуција: Способан за производњу делова са финим детаљима и сложеном геометријом.
• Одлична завршна обрада површине: Може постићи добру завршну обраду површине директно са штампача, иако би накнадна обрада и даље могла бити потребна за највиши квалитет.
• Широк распон материјала: Ради са разним металима укључујући нерђајући челик, титанијум, алуминијум, и више.

Цонс:

• Споро за велике делове: Процес слој-по-слој може бити дуготрајан за веће делове.
• Структуре подршке: Захтева потпорне структуре за надвишене карактеристике, који се морају уклонити након штампања.
• Висока топлотна напрезања: Градијент високе температуре може изазвати термичка напрезања у деловима.

Идеалне апликације: Аероспаце компоненте, Медицински имплантати, сложена алатка, и аутомобилске делове високих перформанси.

Топљење електронских зрака (Ебм)

Преглед:

ЕБМ је процес фузије слоја праха који користи електронски сноп уместо ласера ​​за топљење и стапање металних прахова. Изводи се у вакуумском окружењу како би се осигурали оптимални услови за топљење.

ЕБМ се обично користи за материјале високих перформанси као што су титанијум легуре, кобалт-хром, и Уносилац.

• Процес делује на високе температуре, нудећи предности у перформансе високог температуре и прецизност за специфичне легуре.

Прос:

• Нема потребе за структурама подршке: ЕБМ може произвести делове без подршке због предгревања слоја праха, што смањује термичка напрезања.
• Могућност високе температуре: Погодно за материјале који захтевају високе температуре за топљење, као титанијум.

Цонс:

• Ограничења материјала: Ограничено на материјале који су компатибилни са вакуумским окружењем, што искључује неке легуре.
• Површинска завршна обрада: Завршна обрада можда неће бити тако глатка као код СЛМ/ДМЛС због веће величине тачке снопа.

Идеалне апликације: Медицински имплантати (посебно титанијума), Аероспаце компоненте, и делови у којима је одсуство потпорних структура од користи.

Биндер Јеттинг

Преглед:

Убризгавање везива укључује прскање течног везива на слојеве металног праха, који се затим спајају и формирају чврсти део.

Прашак који се користи у млазу везива је типично метални прах, као што је нехрђајући челик, алуминијум, или бронза.

Након што је део одштампан, подвргава се синтеровању, где се уклања везиво, а део је стопљен до своје коначне густине.

Прос:

• Брзо штампање: Може брзо да штампа делове због ниже потребе за енергијом за повезивање.
• Штампање у пуној боји: Омогућава штампање у пуној боји, што је јединствено међу металним технологијама 3Д штампања.
• Нема термичких напрезања: Пошто процес не укључује топљење, има мање топлотних напрезања.

Цонс:

• Доња густина дела: Почетни делови имају мању густину због везива; потребно је синтеровање или инфилтрација да би се повећала густина.
• Захтева накнадну обраду: Потребна је опсежна накнадна обрада, укључујући синтеровање, инфилтрација, а често и машинска обрада.

Идеалне апликације: Алат за алате, калупи, језгра за ливење у песак, и апликације где су брзина и боја важнији од густине завршног дела.

Усмерено таложење енергије (Дед)

Преглед:

ДЕД је процес 3Д штампања где се материјал топи и наноси на површину помоћу ласера, електронски сноп, или плазма лук.

ДЕД омогућава депоновање материјала уз додавање или поправку делова.

За разлику од других метода, ДЕД користи континуирано пуњење материјала (прах или жица), а материјал се спаја са извором енергије док се таложи.

Прос:

• Велики делови: Погодно за производњу или поправку великих делова.
• Поправка и премазивање: Ово се може користити за додавање материјала постојећим деловима или за површинску облогу.
• Флексибилност: Може да ради са широким спектром материјала и може да прелази између различитих материјала током штампања.

Цонс:

• Ловер Ресолутион: У поређењу са методама фузије у праху, ДЕД обично има нижу резолуцију.
• Површинска завршна обрада: Делови често захтевају опсежну накнадну обраду за глатку завршну обраду.

Идеалне апликације: Аероспаце компоненте, великих структурних делова, поправка постојећих компоненти, и додавање карактеристика постојећим деловима.

Моделирање таложења металним спојем (Метал ФДМ)

Преглед:

Метални ФДМ је варијација традиционалног моделирања фузионисаног таложења (ФДМ) процес, где се метални филаменти загревају и екструдирају слој по слој да би се створили 3Д делови.

Коришћени филаменти су обично комбинација метални прах и полимерно везиво, који се касније уклања током фазе накнадне обраде.

Делови се затим синтерују у пећи како би се металне честице спојиле у чврсту структуру.

Прос:

• Ловер Цост: Често јефтинији од других металних метода 3Д штампања, посебно за системе почетног нивоа.
• Једноставност употребе: Користи једноставност ФДМ технологије, чинећи га доступним онима који су упознати са штампањем пластике.

Цонс:

• Захтева синтеровање: Део мора бити синтерован након штампања да би се постигла пуна густина, што додаје време и трошкове.
• Ловер Прецисион: Мање прецизне од метода фузије у праху, захтева више накнадне обраде за уске толеранције.

Идеалне апликације: Мали делови, прототипирање, образовне сврхе, и апликације где су цена и једноставност употребе важнији од високе прецизности.

4. Материјали који се користе у металном 3Д штампању

Једна од кључних предности 3Д штампање метала је широк спектар материјала које подржава, нудећи јединствена својства погодна за различите примене.

Материјали који се користе у производњи металних адитива су обично метални прахови који се селективно топе слој по слој,

при чему сваки материјал има изразите предности у зависности од специфичних потреба пројекта.

Нехрђајући челик

• Карактеристике:
  Нехрђајући челик је један од најчешћих материјала који се користи у металној 3Д штампи због своје велика снага, отпорност на корозију, и свестраност. Легуре од нерђајућег челика, нарочито 316Л и 17-4 ПХ, се широко користе у различитим индустријама.

• • Снага: Висока затезна и чврстоћа течења.
  • Отпорност на корозију: Одлична заштита од рђе и мрља.
  • Обрада: Лако обрадиво после штампања, што га чини погодним за разне методе накнадне обраде.

Легуре титанијума (Нпр., ТИ-6АЛ-4В)

• Карактеристике:
  Легуре титанијума, нарочито ТИ-6АЛ-4В, познати су по својим изузетан однос снаге и тежине, отпорност на корозију, и способност да издрже високе температуре.

• • Однос снаге и тежине: Одлична механичка својства са мањом густином.
  • Перформансе високог температуре: Подноси више температуре од већине других метала.
  • Биокомпатибилност: Безбедан за употребу у медицинским имплантатима због нетоксичности.

Алуминијумске легуре (Нпр., АлСи10Мг)

• Карактеристике:
  Алуминијум је лаган и нуди одличне топлотна проводљивост и отпорност на корозију. Легуре попут АлСи10Мг се обично користе у 3Д штампању због њиховог висок однос снаге и тежине и Добра израда.

• • Ниска густина: Идеалан за апликације које захтевају лагане компоненте.
  • Топлотна проводљивост: Висока топлотна проводљивост чини га погодним за апликације за расипање топлоте.
  • Површинска завршна обрада: Алуминијумски делови се лако могу анодизирати како би се побољшала површинска тврдоћа и отпорност на корозију.

Легуре кобалта и хрома

• Карактеристике:
  Легуре кобалт-хром су познате по својим велика снага, отпорност на хабање, и биокомпатибилност, што их чини популарним избором за медицинске примене.

• • Отпорност на корозију: Одлична отпорност на корозију и хабање.
  • Велика снага: Посебно корисно за тешке индустријске примене.
  • Биокомпатибилност: Кобалт-хром је нереактиван у људском телу, што га чини идеалним за имплантате.

Легуре на бази никла (Нпр., Уносилац 625, Уносилац 718)

• Карактеристике:
  Легуре на бази никла, као што је Уносилац 625 и Уносилац 718, су веома отпорни на оксидација и високотемпературна корозија.
  Ове легуре нуде врхунске перформансе у екстремним окружењима где је температура, притисак, и отпорност на корозију су критичне.

• • Високотемпературна чврстоћа: Може издржати екстремну топлоту без губитка снаге.
  • Отпорност на корозију: Нарочито против високо корозивних окружења попут морске воде или киселих медија.
  • Отпорност на умор: Висока отпорност на замор и отпорност на термичке циклусе.

Племенити метали (Нпр., Злато, Сребрна, Платинаст)

• Карактеристике:
  Племенити метали, као што је злато, сребрна, и платина, се користе за апликације где висока естетска вредност и отпорност на корозију су обавезни.

• • Естетски квалитет: Идеалан за накит и луксузне предмете.
  • Проводљивост: Висока електрична проводљивост чини их погодним за високо прецизне електричне компоненте.
  • Отпорност на корозију: Одлична отпорност на тамњење и корозију.

5. Процес 3Д штампања метала

Процес металне 3Д штампања обично укључује неколико кључних корака:

• Корак 1: Дизајн са ЦАД софтвером и припрема датотека:

• • Инжењери и дизајнери користе компјутерски подржан дизајн (Покрити цад) софтвер за креирање 3Д модела дела.
    Датотека се затим припрема за 3Д штампање, укључујући и оријентацију, потпорне структуре, и резање на слојеве.
    Напредни ЦАД софтвер, као што је Аутодеск Фусион 360, омогућава дизајнерима да креирају сложене геометрије и оптимизују дизајн за 3Д штампање.

• Корак 2: Сечење и подешавање параметара:

• • 3Д модел је исечен на танке слојеве, и параметри као што су дебљина слоја, снага ласера, и брзина скенирања су подешени.
    Ова подешавања су пресудна за постизање жељеног квалитета и особина завршног дела.
    Софтвер за сечење, попут Материализе Магицс, помаже у оптимизацији ових параметара за најбоље резултате.

• Корак 3: Процес штампања:

• • 3Д штампач таложи или спаја метал слој по слој, пратећи наведене параметре. Овај корак може потрајати сатима или чак данима, у зависности од сложености и величине дела.
    Током процеса штампања, штампач континуирано прати и прилагођава параметре како би обезбедио доследан квалитет.

• Корак 4: Накнадна обрада:

• • После штампања, део може захтевати кораке накнадне обраде као што је топлотна обрада, дорада површине, и уклањање потпорних конструкција.
    Топлотни третман, на пример, може побољшати механичка својства дела, док технике завршне обраде површине као што су пескарење и полирање могу побољшати квалитет површине.
    Контрола квалитета је неопходна у свакој фази како би се осигурало да део испуњава тражене спецификације.

6. Предности металног 3Д штампања

Метална 3Д штампа нуди неколико предности у односу на традиционалне методе производње:

Дизајн слобода:

• Сложене геометрије, интерни канали, а могу се креирати и решеткасте структуре, омогућавање иновативних дизајна који су раније били немогући.
  На пример, способност стварања шупљина, лагане структуре са унутрашњим каналима за хлађење мењају игру у ваздухопловству и аутомобилском инжењерству.

Брзо прототипирање:

• Брзо понављање и тестирање дизајна, смањење времена и трошкова развоја.
  Са металним 3Д штампањем, прототипови се могу произвести за неколико дана, омогућавајући брзе повратне информације и побољшања дизајна.

Ефикасност материјала:

• Минималан отпад, пошто се користи само материјал потребан за део, за разлику од субтрактивне производње, што може резултирати значајним материјалним губицима.
  Ово је посебно корисно за скупе материјале као што су титанијум и племенити метали.

Лигхтвеигхтинг:

• Решеткасте структуре и оптимизовани дизајн могу смањити тежину делова, што је посебно корисно у ваздухопловству и аутомобилској примени.
  На пример, Боинг је користио металну 3Д штампу да смањи тежину компоненти авиона, што доводи до значајне уштеде горива.

Прилагођавање:

• Прилагођена решења за мале количине или једнократне производње, омогућавајући персонализоване и јединствене производе.
  Прилагођени медицински имплантати, на пример, може бити дизајниран тако да одговара специфичној анатомији пацијента, побољшање исхода и времена опоравка.

7. Изазови и ограничења

Док метална 3Д штампа нуди многе предности, такође долази са сопственим скупом изазова:

Висока почетна инвестиција:

• Цена металних 3Д штампача, материјалирати, а опрема за накнадну обраду може бити значајна.
  На пример, врхунски метални 3Д штампач може коштати више $1 милиона, а материјали могу бити неколико пута скупљи од оних који се користе у традиционалној производњи.

Ограничена величина израде:

• Многи метални 3Д штампачи имају мање запремине израде, ограничавање величине делова који се могу произвести.
  Међутим, појављују се нове технологије које омогућавају веће димензије, проширење спектра могућих примена.

Површинска завршна обрада:

• Делови могу захтевати додатну накнадну обраду да би се постигла жељена завршна обрада површине, додајући свеукупне трошкове и време.
  Технике попут хемијског јеткања и електрополирања могу помоћи у побољшању квалитета површине, али додају додатне кораке производном процесу.

Доступност материјала:

• Нису сви метали и легуре погодни за 3Д штампање, а неки могу бити тешко доступни или скупи.
  Доступност специјализованих материјала, као што су легуре високе температуре, може бити ограничен, утичући на изводљивост одређених пројеката.

Вештина и обука:

• Оператерима и дизајнерима је потребна специјализована обука за ефикасно коришћење технологије 3Д штампања метала.
  Крива учења може бити стрма, а потреба за квалификованим особљем може бити препрека усвајању, посебно за мала и средња предузећа.

8. Примене металног 3Д штампања

Метална 3Д штампа проналази примену у широком спектру индустрија:

Ваздухопловство:

• Лаган, сложене компоненте за авионе и сателите, смањење тежине и побољшање перформанси.
  На пример, Ербас је користио металну 3Д штампу за производњу лаганих носача и млазница за гориво, што резултира значајном уштедом тежине и побољшаном ефикасношћу горива.

Аутомотиве:

• Прилагођени делови и делови за перформансе за моторне спортове, прототипирање, и производње, побољшање перформанси и ефикасности возила.
  БМВ, на пример, користи метално 3Д штампање за производњу прилагођених делова за своја возила високих перформанси, као што је и8 Роадстер.

Медицински:

• Имплантати, протетика, и стоматолошке апликације нуде прецизне геометрије и биокомпатибилност.
  Стрикер, водећа компанија за медицинску технологију, користи метално 3Д штампање за производњу прилагођених имплантата за кичму, побољшање исхода пацијената и смањење времена опоравка.

Енергија:

• Измењивачи топлоте, турбине, а компоненте за производњу енергије побољшавају ефикасност и издржљивост.
  Сиеменс, на пример, је користио металну 3Д штампу за производњу лопатица гасних турбина, који могу да издрже веће температуре и притиске, што доводи до повећања ефикасности и смањења емисија.

Алати и калупи:

• Брза обрада алата са конформним каналима за хлађење, смањење времена циклуса и побољшање квалитета делова.
  Конформни канали за хлађење, који прате облик калупа, може значајно смањити време хлађења и побољшати квалитет финалног производа.

Роба широке потрошње:

• Врхунски накит, сатови по мери, а кућишта за електронику омогућавају јединствене и персонализоване производе.
  Компаније као што су ХП и 3ДЕО користе метално 3Д штампање за производњу високог квалитета, роба широке потрошње по мери, као што су луксузни сатови и електронске кутије.

9. Метално 3Д штампање вс. Традиционална производња

Када упоредимо 3Д штампање метала са традиционалним методама производње, неколико фактора долази у обзир:

Брзина и ефикасност:

• 3Д штампа се истиче у брзој изради прототипа и малој производњи, док су традиционалне методе ефикасније за производњу великог обима.
  На пример, 3Д штампање може да произведе прототип за неколико дана, док традиционалне методе могу трајати недељама.

Поређење трошкова:

• За делове мале запремине или прилагођене делове, 3Д штампање може бити исплативије због смањених трошкова подешавања и алата.
  Међутим, за производњу великог обима, традиционалне методе могу и даље бити економичније. Тачка рентабилности варира у зависности од специфичне примене и сложености дела.

Сложеност:

• 3Д штампа омогућава израду сложених геометрија и унутрашњих карактеристика које су немогуће конвенционалним методама, отварајући нове могућности дизајна.
  Ово је посебно вредно у индустријама где су смањење тежине и оптимизација перформанси критични, као што су ваздухопловство и аутомобилска индустрија.

Ево упоредне табеле која резимира кључне разлике између Метална 3Д штампа и Традиционална производња:

Значајка	Метална 3Д штампа	Традиционална производња
Временско време	Брже за израду прототипа, производња мале количине.	Дуже време подешавања због алата и калупа.
Брзина производње	Спорије за производњу великог обима. Идеално за мале количине, прилагођени делови.	Брже за масовну производњу, посебно за једноставне делове.
Сложеност дизајна	Може да креира сложене геометрије са лакоћом.	Ограничено ограничењем алата; сложени дизајн захтева додатне кораке.
Прилагођавање	Идеалан за једнократне или прилагођене делове.	Прилагођавање је скупље због промена алата.
Доступност материјала	Ограничено на уобичајене метале (нехрђајући челик, титанијум, итд.).	Широк спектар метала и легура доступних за разне примене.
Перформансе материјала	Нешто нижа чврстоћа и униформност материјала.	Врхунска чврстоћа и конзистентнија својства материјала.
Почетна улагања	Висок почетни трошак због скупих 3Д штампача и металног праха.	Мање почетне инвестиције за основна подешавања.
Трошкови по јединици	Високо за производњу великог обима; исплативо за мале серије.	Нижи за масовну производњу, посебно са једноставним дизајном.
Снага & Издржљивост	Погодно за многе апликације; може захтевати накнадну обраду ради побољшања чврстоће.	Типично већа снага, посебно за легуре високих перформанси.
Површинска завршна обрада	Захтева накнадну обраду за глатке завршне обраде.	Обично боље завршне обраде за једноставне дизајне.
Накнадна обрада	Потребан за побољшане механичке особине, и површински завршетак.	Обично минимална накнадна обрада осим ако нису сложени или захтеви високе прецизности.
Материјални отпад	Минимални отпад материјала због адитивне природе.	Већи материјални отпад у неким методама (Нпр., обрада).
Идеалан за	Мала количина, прилагођени делови, сложене геометрије, прототипирање.	Велики обим, једноставни делови, доследна својства материјала.
Апликације	Ваздухопловство, Медицински имплантати, аутомотиве (ниска количина, сложени делови).	Аутомотиве, Тешка машина, Индустријски делови (великог обима, производња великих размера).

10. Закључак

Метална 3Д штампа је на челу производних иновација, нудећи јединствене предности попут слободе дизајна, Брзо прототипирање, и ефикасност материјала.

Иако се суочава са изазовима као што су високи трошкови и материјална ограничења, његов трансформативни потенцијал у свим индустријама је неоспоран.

Било да сте у ваздухопловству, аутомотиве, или робе широке потрошње,

истраживање како метално 3Д штампање може да одговара вашим специфичним потребама може бити само кључ за откључавање нових могућности у развоју и производњи производа.

ТХИС пружа услуге 3Д штампања. Ако имате било какве потребе за 3Д штампањем, слободно Контактирајте нас.