Сфера машиностроения и металлообработки постоянно совершенствуется и развивается, появляются новые технологии, оборудование. Последнее новшество, которое стало настоящим прорывом в области обработки металлов, — это изготовление деталей при помощи 3D печати. До недавнего времени трехмерная печать осуществлялась на полимерных материалах и стекле. Благодаря современным технологиям стало возможным печатать изображения на нержавеющей стали, титане, меди, бронзе и некоторых других металлах и сплавах. Сегодня при помощи печати можно штамповать серийные детали.
В настоящее время существует четыре основных способа печати: селективное лазерное плавление, селективное лазерное спекание, прямое и непрямое спекание. Перечисленными методами можно производить детали практически из любых металлов, но сегодня особенно востребованными являются элементы из титана. Печать производится в герметичной среде при заданной температуре. В процессе участвуют аргон или азот, которые предотвращают образование окислов. Например, «напечатанные» детали уже используют в спортивном машиностроении, оружейном производстве, для производства реактивных ракетных двигателей, в протезировании, лицевой хирургии, ювелирном деле и некоторых других отраслях, сферы постоянно расширяются.
Особенности лазерных технологий
Существует несколько типов оборудования, которое позволяет изготавливать детали из металла при помощи печати. Это, как уже было сказано, лазерные принтеры и нелазерное оборудование – станки для ЧПУ-металлообработки. Они вырезают деталь с заданными параметрами из металлической заготовки.
Для получения деталей в больших объемах используются специальные 3D принтеры по металлу. Также появляются технологии изготовления штучных и мелкосерийных деталей. Конечно, пока такие аппараты не получили достаточно широкого распространения по причине дороговизны, но за ними будущее. О преимуществах металлических принтеров расскажем чуть ниже, а сейчас речь пойдет об особенностях технологии.
Можно выделить несколько основных типов принтеров, самых распространенных на сегодняшний день:
- Оборудование, печатающее заготовки из высокопрочной стали, которое обеспечивает четкость до 20 микрон. Довольно дорогостоящий, но очень точный метод.
- Печать алюминием — пожалуй, самый недорогой и распространенный способ. Алюминий представляет собой металлизированный пластик (смесь металлического порошка и полиамида).
- Печать алюминием применяется для создания высокоточных изделий с использованием сплавов AlSi и AlSiMg. Недешевый, но высокоточный метод.
- Стальная печать (марка Ст420) применяется при изготовлении высокопрочных деталей с повышенным уровнем износостойкости. В процессе печати стальной порошок может смешиваться с бронзовым для придания дополнительных прочностных свойств.
Металлы, используемые для печати, имеют разные характеристики, поэтому подходят для производства изделий с разными свойствами и требованиями. Они обеспечивают высокую прочность, дают малую усадку, позволяют создавать уникальные, высокоточные заготовки.
Процесс изготовления начинается с моделирования. Дизайнер создает трехмерную модель с заданными параметрами. Программа проверяется на отсутствие ошибок, 3D модель — на целостность. Веское преимущество технологии — возможность воспроизвести на компьютере производственный процесс, условия работы будущего оборудования, протестировать его возможности под воздействием заданной нагрузки, проверить предельную прочность будущей детали, провести другие испытания. Все это дает возможность устранить ошибки, не приступая к производству, а, значит, свести к минимуму брак.
В общих чертах суть технологии выглядит следующим образом. На рабочую поверхность принтера наносится тончайший слой прогретого до определенной температуры специального состава, в который входит вода, связующий компонент и металлическая стружка. Спекание мелких частиц между собой и последующее спекание с предыдущим слоем производится в точках, расположенных по контуру 3D модели. После спекания одного слоя сверху наносится следующий слой порошка, и деталь запекается в камере. Таким образом, получается готовое изделие по заданному макету. При обжиге испаряется вода и органический компонент, поэтому деталь дает усадку на 10-30 %.
Преимущества трехмерных принтеров
3D принтеры отлично зарекомендовали себя в работе. Несмотря на дороговизну, они получают все большее распространение благодаря определенным преимуществам:
- Скорость печати намного превышает скорость изготовления деталей путем прессования или литья. Для получения заготовки нужна готовая трехмерная модель, которая сразу отправляется на печать.
- Себестоимость изготовления одной детали на трехмерном принтере ниже, чем себестоимость литья в пресс-форму или силикон.
- Производство заготовок методом 3D печати менее энергоемкое.
- Количество отходов минимальное.
- Получаемые детали имеют точные параметры и до 60 % легче по сравнению с литыми или фрезерованными заготовками.
- Технология подходит для изготовления высокоточных мелких деталей, тогда как даже на станках с ЧПУ довольно сложно добиться точности при работе с мелкими заготовками.
- Современные принтеры по металлу могут одновременно печатать несколько деталей. Количество заготовок ограничивается только размерами рабочей камеры.
Трехмерная печать металлами — инновационный, высокоточный метод изготовления деталей из разных металлов. Назвать простым его нельзя, принтер — это довольно сложное оборудование, которое нужно уметь обслуживать. Ну и, конечно, большим минусом, который тормозит развитие данной сферы, является дороговизна. Цена принтера стартует от 200 тысяч долларов, поэтому полностью обновить производство для многих предприятий просто нереально.