Фото Desktop Metal

Компания Desktop Metal создала новую технологию и первый компактный принтер для 3D-печати металлом. Первые поставки систем начнутся уже осенью этого года. Один принтер будет компактным, благодаря чему его можно будет разместить даже на столе.

В 2015 году четыре профессора из MIT основали компанию Desktop Metal. Среди них был и знаменитый Эмануил Сакс – тот самый изобретатель, который и придумал в 1989 году первый 3D-принтер. В прошлом году они в первые представили устройства для печати металлом. Всего их на данный момент будет два. Компактный комплект DM Studio по цене 120 000$ и DM Production (420 000$), предназначенный для использования промышленными компаниями. Production способна печатать 8200 кубических сантиметров изделия за час, что в 100 раз быстрее нынешних способов изготовления.

Технология

Суть заключается в использовании аддитивной технологии 3D-печати, позволяющей выращивать заготовку из металлического порошка с использованием связующего вещества. Один слой печати по толщине равен человеческому волосу. После нанесения слоя принтер его подсушивает и наносит следующий слой за слоем.

После того, как заготовка готова, она для спекания помещается в миниатюрную плавильную печь, использующую дополнительно микроволны, благодаря которым ускоряется процесс и сама деталь существенно усиливается. Сама заготовка не плавится, так как нагрев происходит при температуре ниже точки плавления металла, во время которой из детали удаляется связующее вещество.

Видео как работает такой принтер:

Оба устройства способны использовать на данный момент чуть более 200 сплавов.

Почему технология 3D-печати от DM является подрывной? Минусом всех подобных других устройств является то, что скорость печати металлом очень низкая и сам процесс настолько неудобный, что их использование в промышленных целях было нецелесообразным. Причем детали, получаемые из них, чаще всего, либо просто не подходят для использования в каких-то серьезных целях, либо еще и требуют существенной дополнительной обработки.

Пример работы 3D-принтера ExOne:

ExOne до появления принтеров от DM считался одним из самых передовых и инновационных.

Также существуют и другие технологии печати, путем выращивания детали из расплава, а также наплавки, но точность их очень низкая и, как говорилось выше, требует последующей обработки.

Благодаря своим инновациям, подтвержденным 138 патентами, компании Desktop Metal удалось в октябре 2015 года привлечь инвестиций размером в 97 000 000$ от Google, BMW Group, GE, Lowe’s, NEA, Kleiner Perkins Caufield & Byers, Lux Capital, Saudi Aramco и лидера в сфере 3D-печати Stratasys.

3D-печать считается самым сложным технологическим достижением и важным направлением аддитивного производства. Благодаря трехмерным принтерам открываются новые возможности во всех отраслях экономики. Существует мнение, что в будущем они могут даже вытеснить традиционные способы производства (ковка, литье и т.д.). В этой статье мы рассмотрим, что такое 3D-печать металлами и основные ее технологии.

Что являет собой 3D-принтер по металлу

Это специальные машины, которые позволяют производить металлические предметы или наносить покрытие на готовые изделия. Такой принтер «выращивает» физический объект послойно. То есть сначала на компьютере в системе проектирования создается виртуальная модель в трех измерениях, поделенная на цифровые слои. После пуска объекта в печать головка 3D-принтера начинает выдавливать или высыпать порошок на печатающую платформу, образовывая первый слой. Затем машина наносит вторую порцию металла и так далее.

3D-принтер по металлу позволяет создавать большой ассортимент изделий и, благодаря современным технологиям, может оказать конкуренцию классическим методам металлопроизводства.

Что можно напечатать 3D-принтером?

Этот принтер является универсальным изобретением, которым могут пользоваться как профессионалы, так и простые энтузиасты. Металлопринтеры можно применять для изготовления нестандартных объектов, механических деталей, ювелирных изделий. Они также позволяют создавать изделия из металла, имитирующие ручную ковку. И для этого не нужны дополнительные устройства и механизмы.

Промышленный 3D-принтер по металлу может напечатать даже ракетный двигатель. При этом он практически не будет отличаться от изделия, изготовленного традиционным методом. Таким образом, металлопринтер дает возможность современному человеку создавать любые предметы.

по металлу

На сегодняшний день изготовление изделий из металла осуществляется двумя технологиями: лазерной и струйной печатью. Они подразумевают постепенное и аккуратное наслаивание металла, в результате чего должна получиться задуманная фигура. В то же время инженеры разработали несколько способов выращивания.

Струйная трехмерная печать

Изготовление изделий из металла струйной печатью является одним из старейших способов аддитивного производства. Он позволяет наилучшим способом использовать металлы в качестве расходных материалов. Но эта технология применима только лишь в случае создания композитной модели. Дело в том, что струйный 3D-принтер позволяет печатать объекты из любого материала, который может быть переработан в порошок. Во время печати измельченное сырье связывается полимерами. Из-за этой технологической особенности готовые изделия нельзя считать полностью металлическими.

Кроме того, существует возможность преобразовать полученные композитные модели в цельнометаллические. Для этого применяют термическую выплавку или выжигание полимеров и спекание порошкообразного металла. Такие изделия из металла не являются прочными, поскольку имеют пористую структуру. Добавить прочности можно за счет пропитки другим металлом. Например, стальной предмет станет более прочным, если его пропитать бронзой.

Этот метод создания изделий в основном применяется в сувенирной и ювелирной промышленности.

Метод ламинирования

3D-печать способом ламинирования подразумевает нанесение на платформу , сформированных лазерной или механической резкой, и их склеивание для получения объемной модели. Этот метод позволяет использовать в качестве расходного материала даже металлическую фольгу. Ламинированные объекты не обладают металлической прочностью, поскольку их целостность основана на склеивании связуемых листов.

Преимуществом этой технологии считается относительная дешевизна и возможность создавать разнообразные предметы, идентичные с цельнометаллическими изделиями. Наиболее часто печать ламинированием используется для создания макетов.

Послойное наплавление

Этот метод 3D-печати основан на использовании легкосплавных материалов. Имеющиеся в принтере экструдеры не способны выдерживать высокие температуры. Поэтому создавать объекты из чистого металла и сплавов практически невозможно. Таким образом, разработчики расходных материалов начали выпускать специальное композитное сырье. Примером такого решения служит материал, состоящий из термопластика и

Принтер по металлу такого типа печатает предметы, которые по внешнему виду невозможно отличить от цельнометаллического изделия. Но физические свойства таких объектов существенно хуже. Поэтому послойное наплавление применяется исключительно для создания макетов, сувениров, предметов интерьера. Сейчас инженеры ищут сферы промышленности, где допустимо применять эту технологию производства. Так, термопластик с металлическим наполнителем можно использовать для печати электронных плат.

Выборочное лазерное и прямое спекание

Выборочное лазерное спекание металлов позволяет работать не только с прочным материалом, но и с термопластиком. Здесь создание трехмерных объектов происходит с помощью лазерных установок путем спекания металлического порошка. Довольно часто для снижения мощности лазерных излучателей на металлический материал наносят более легкоплавкое покрытие. В таких случаях для повышения прочности готовых изделий требуется дополнительное их спекание и пропитка металлами.

Разновидностью описанного метода является прямое лазерное спекание металлов. Эта технология ориентирована на работу с чистым металлом порошкообразного вида. Для реализации этой цели в 3D-принтере имеются специальные герметичные камеры, наполненные инертным газом. Также печатная машина применяет подогрев расходного материала до температуры, при которой он плавится, но еще не кипит. Это позволяет сократить время печати и экономить на мощности лазерных установок.

Печать методом лазерного спекания происходит слоями. На рабочую платформу машина наносит тонкий слой подогретого порошка, частицы которого спекаются между собой и с предыдущим слоем. Лазерный луч постоянно меняет свое направление с помощью системы зеркал.

Лазерное спекание дает возможность создавать сложные конструкции без дополнительных опор. Таким образом, эта технология используется для создания высокоточных деталей, не требующих последующей механической обработки, а также для производства цельных моделей такого уровня сложности, который невозможно осуществить обычным литьем.

Лазерное спекание позволяет работать со сталью, никелевыми сплавами, титаном, драгоценными металлами и т. д.

Выборочная лазерная и электронно-лучевая плавка металлов

Хотя модели, полученные лазерным спеканием металла, обладают высоким качеством, они имеют ограниченное применение. Пористая структура готовых объектов снижает их прочность. Такие изделия малопригодны для промышленного применения, а больше используются для создания макетов и прототипов. Для производства прочных и устойчивых к нагрузкам моделей инженеры преобразовали технологию прямого лазерного спекания в метод лазерной плавки. В его основе лежит сильная термическая обработка металлического порошка для получения гомогенного предмета. Объекты, напечатанные этим способом, фактически не отличаются по механическим и физическим свойствам от аналогов, изготовленных традиционными методами.

Параллельно с этой применяется технология электронно-лучевой плавки. Она дает возможность создавать объекты с той же точностью и разрешением, но имеет определенные преимущества. Так, 3D-принтер по металлу такого типа вместо электромеханических зеркальных систем оснащен электронными пушками. Это позволяет машине работать на сравнительно больших скоростях, что повышает производительность без существенных осложнений процесса. Такая технология является отличной альтернативой традиционному промышленному производству, где используется (печи и литые формы).

Принтеры для лазерной и электронно-лучевой плавки в основном применяются для производства деталей реактивных двигателей и ортопедических протезов.

Прямое лазерное аддитивное построение

3D-принтер по металлу прямого лазерного построения используется для ремонта готовых изделий. В основе технологии такой машины лежит принцип напыления частиц металлического порошка на поврежденные части объекта и их плавку лазером. Этот метод характеризуется узкой специализацией и применяется исключительно в промышленных целях.

Печатная головка принтера такого типа перемещается в трех плоскостях и вращается вокруг вертикальной оси. Таким образом, она работает под любым углом.

Подобные машины используются для ремонта сложных механизмов и крупногабаритных изделий. Например, для починки авиационных двигателей.

Стоимость 3D-принтера по металлу

Сегодня на рынке представлен большой ассортимент машин, позволяющих создавать трехмерные металлические объекты. Их стоимость зависит от бренда и технологии печати. Так, промышленный 3D-принтер по работе с металлом, на котором можно распечатать двигатель, стоит десятки тысяч долларов США. Более доступные машины можно купить значительно дешевле, но качество изделий будет хуже. Чтобы решить эту проблему, инженеры разрабатывают 3D-принтер по металлу, цена на который будет намного ниже при полной готовности к эксплуатации.

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.

3D печать — это одно из самых сложных направлений в сфере современных технологий и является важным элементом в области современного производства. С помощью принтеров, осуществляющих трехмерную печать, открываются широкие возможности, в том числе для предпринимательской деятельности. Имеются все предпосылки для того, что такая технология в недалеком будущем заменит стандартные методы производства: литье, ковка и т. п. Данная статья ответит на вопросы: что такое 3D печать по металлу и каковы главные направления развития этой технологии.

Это специальное устройство, которое дает возможность создавать металлические изделия и наносить специальные слои на формирующиеся детали. То есть формирование объекта принтером происходит послойно.

Первым делом при помощи компьютера и специальной программы создается виртуальная модель в трех плоскостях, разделенная на цифровые слои. В процессе печати объекта, из головки принтера на печатающую платформу выделяется жидкий металл или порошок, тем самым создавая начальный слой. Далее автоматически формируется следующий слой металла. Итак, слой за слоем, создается готовое изделие.

Данное устройство дает возможность для изготовления самых разнообразных изделий. Используемые современные разработки очень конкурентоспособны на фоне стандартных методик производства металлических объектов.

Какие работы могут выполняться

Технология 3D печати является многофункциональной. Ее применяют в своей деятельности как профессионалы, так и обычные любители. Спектр применения довольно обширен: изготовление сложных по форме металлических изделий, имитирование обычной ковки. Для этих целей не нужно привлекать дополнительное оборудование и устройства.

промышленный 3Д принтер

Промышленный 3D принтер способен напечатать даже двигатель для ракеты, который будет трудно отличить от оригинала, изготовленного стандартным способом. Отсюда следует вывод – эта технология может изготавливать почти любые металлические предметы.

Технологии печати

На данный момент используется всего 2 основных способа печати изделий из металла: струйная и лазерная технология. В обоих случаях происходит последовательное нанесение слоев металла (аддитивная технология), пока на выходе не получится требуемый объект. Но технологии не стоят на месте, разработчики развивают новые методы печати.

1. Струйная печать

Эта разновидность печати одновременно является и самой ранней и успешной в аддитивной технологии. Но здесь нужно четкое понимание того, что данный подход может применяться лишь для создания композитных (смесь металла с полимерами) деталей из-за специфики производства. Такой способ формирует любой трехмерный объект из порошковых материалов. Порошок смешивается с полимерами, которые помогают сырью связываться во время печати. Поэтому изготавливаемые по данной технологии изделия нельзя считать полностью металлическими.

Существует вариант, при котором композитный предмет переплавляется в цельнометаллический. Из-за пористости, данные изделия не обладают хорошей прочностью. Для ее повышения можно прибегнуть к пропитке модели бронзой или другим металлом.

Из-за невысокой прочности изделий данную технологию используют, прежде всего, при изготовлении сувениров.

2. Печать методом ламинирования

В данной технологии тонкие листы металла постепенно наносятся на платформу. Формирование происходит при помощи резки листов (металлической или лазерной) и их склеивания, в результате чего получается 3Д модель. В качестве расходного материала использоваться фольга.

Полученное изделие не является на 100 процентов металлическими. Это объясняется тем, что для придания целостности предмету применяется клей.

Главным достоинством является экономичность и близкое сходство получаемых деталей с макетом. Часто данный подход применяют для создания макетов.

3. Наплавка слоями

В данном случае в качестве сырья используются легкоплавкие металлы. Но чистые металлы или сплавы не используются, поскольку применение такого сырья влечет понятные проблемы из-за необходимости работы принтера при высоких температурах.

Учитывая это, разработчики остановились на композитных материалах, подобных тем, что используются в струйной печати. Например, BronzeFill – материал из термической пластмассы и бронзового порошка. Выполненные на его основе предметы, имеют высокую схожесть с оригиналом и податливы к шлифовке. Данные изделия нельзя считать цельнометаллическими, и их характеристики ограничены используемые в сырье композитами.

Этот метод активно применяется в промышленности. С его помощью можно создавать проводники и экранирующие материалы, что может сделать значительный прорыв в печати электронных плат.

4. Выборочная лазерная и электронно-лучевая плавка

Несмотря на хорошее качество элементов, изготавливаемых при помощи лазерного плавления, их использование не столь обширно из-за значительной пористости получаемых изделий, и следовательно, их малой прочности. Данная продукция может применяться в некоторых отраслях, но совершенно не может использоваться там, где требуется противостоять большим нагрузкам.

Проблему решает замена лазерного спекания на лазерную плавку, которая отличается лишь температурной обработкой. Последняя технология активно используется в области получения однородных деталей, которые почти не отличаются от литых аналогов.

Схожий метод имеет электронно-лучевое плавление. Такие принтеры поставляет шведская компания Arcam. Данная технология почти как и предыдущая, но имеет ряд преимуществ: отсутствие электромеханических зеркальных комплексов и высокоскоростная манипуляция с электронными пучками. По остальным критериям она мало превосходит предшественника.

На видео представлена презентация печати методом селективного лазерного спекания.

Использование различных металлов и сплавов дает возможность для создания мелких партий изделий из металла, аналогичных оригиналу. Здесь не нужна развитая инфраструктура, за счет чего достигается существенная финансовая и ресурсная экономия. Технология активно применяется при изготовлении ортопедических протезов, газовых турбин и даже форсунок для реактивных двигателей.

5. Прямое лазерное аддитивное построение (CLAD)

Это не совсем технология для трехмерной печати, а скорее для 3D ремонта. Она применяется только в промышленности из-за узкого спектра применения.

Принцип работы заключается в нанесении порошка на дефектные участки детали с дальнейшим лазерным наплавлением.

Головка может перемещаться по пяти осям, меняя угол наклона и вращаясь относительно вертикальной плоскости. Это позволяет работать под любыми углами.

Данную технологию можно задействовать для ремонта крупных изделий, в том числе при обнаружении в них брака. К примеру, во Франции компания Beam использует данный подход для ремонта авиадвигателей и других крупных изделий.

Технология CLAD может использовать в работе герметичную камеру с инертной атмосферой, что необходимо для работы с металлами, которые поддаются оксидации (титан и т.п.).

6. Произвольная электронно-лучевая плавка (EBF3)

Данная технология нашла применение у специалистов НАСА. Так как в невесомости не представляется возможным работа с порошками, вместо них используются металлические нити. Работа аналогична послойной 3Д печати, но происходит с применением электронно-лучевой пушки для плавки.

Данная технология поможет создавать запасные детали на орбите, что избавит от необходимости их доставки с Земли.

Стоимость 3D принтера

Сейчас на рынке представлено большое количество 3D принтеров, позволяющих печатать трехмерные объекты из металла. Наиболее качественные промышленные принтеры могут стоить несколько десятков тысяч долларов США. Конечно, есть и более дешевые образцы, но их качество печати соответственно хуже. При этом разработчики постоянно совершенствуют свою продукцию, и следует ожидать, что в ближайшем будущем будут появляться все более дешевые принтеры, позволяющие печатать все более качественные изделия.

На видео представлена струйная технология 3D печати по металлу.

Металлические порошки - самый прочный материал для 3D-печати. Изделия, созданные на металлических 3D-принтерах, по многим параметрам превосходят аналоги, произведенные с помощью традиционных технологий (литье, прокатка и др.).

Основные характеристики изделий из металлического порошка

• Повышенная прочность
• Любая геометрия
• Большой выбор металлов и их сплавов
• Шероховатые поверхности
• Отсутствие напряженности металла
• Любая пост-обработка
• Материал поддержки используется для повторной печати

Технологии 3D-печати металлом

Selective Laser Melting (SLM) - селективное сплавление порошкового материала с помощью лазера, самая популярная технология 3D-печати металлами. Используется в 3D-принтерах по металлу компаний SLM Solutions и Realizer . Подробнее о технологии SLM читайте .

Direct Metal Printing (DMP) - аналог технологии SLM, использующийся в 3D-машинах серии ProX компании 3D Systems .

Electron Beam Melting (EBM) - спекание металлических порошков под воздействием электронно-лучевой пушки. Применяется в 3D-принтерах компании Arcam .

Виды металлических порошков для 3D-печати

Титан. Высокопрочный биосовместимый материал, применяемый в медицине, авиастроении, машиностроении, промышленности. .

Инструментальная и нержавеющая сталь. Различные сплавы стали - самые распространенные материалы для 3D-печати. Они служат для решения широкого круга задач в различных сферах, устойчивы к корозии, обладают повышенной прочностью и износоустойчивостью. .

Алюминий и его сплавы. Легкий сплав, обладающий более низкой плотностью, чем другие металлы для 3D-печати. Обладает хорошими легирующими свойствами и электропроводностью. Используется в автомобилестроении, аэрокосмической отрасли, промышленности. .

Никелевые сплавы. Материал с прекрасной механической прочностью и свариваемостью. Устойчив до 7000°С. Используется в авиации, энергетике, производстве инструментов и других отраслях. .

Другие сплавы и металлы. 3D-принтеры могут использовать для печати широкий набор материалов. По вашему техническому заданий машина может быть настроена для работы практически с любыми другими типами металлов: вольфрамом, никеле-кадмиевыми сплавами, железом, медью и т.д.

Заказ тестовой 3D-печати из металла

Вы можете заказать тестовую печать вашего изделия из интересующего материала в компании Globatek.3D. Так вы сможете оценить физические свойства, точность и стабильность работы нужного 3D-принтера. Для заказа просто позвоните по телефону +7 495 646-15-33 или пришлите 3D-файл на почту .

3D-принтеры, печатающие металлом

SLM Solutions