3d принтер металу плазми. Основні характеристики виробів із металевого порошку. Вимоги до дизайну моделі

3D-друк металом стає все більш популярним. І це не дивує: кожен металевий матеріал для друку пропонує унікальне поєднання практичних та естетичних властивостей, щоб задовольнити вимоги до різних продуктів, будь то прототипи, мініатюри, прикраси або функціональні деталі.

Причини друкувати металами настільки вагомі, що 3D-друк металами вже впроваджується у серійне виробництво. Насправді деякі 3D-друковані деталі вже наздогнали, а якісь і перевершили своїми властивостями ті, що виробляються традиційними методами.

Традиційне виробництво з металів і пластиків дуже марнотратне - в авіапромисловості, наприклад, до 90% матеріалів йде у відходи, а вихід продукції, що лежить у межах допусків, у деяких галузях не перевищує 30%.

3D-друк металами споживає менше енергії та скорочує кількість відходів до мінімуму. Крім того, готовий 3D-друкарський виріб може бути до 60% легшим, порівняно з фрезерованою або литою деталлю. Одна лише авіаційна промисловість заощадить мільярди доларів на паливі, за рахунок зниження ваги конструкцій, адже міцність, легкість та економічність потрібні і в інших галузях.

3D-друк металом будинку

Що можна зробити, якщо з'явилося бажання спробувати 3D-друк металом у домашніх умовах? Для друку металом необхідні надзвичайно високі температури, навряд чи ви зможете використовувати звичайний FDM 3D-принтер для цього принаймні поки що. Ситуація може змінитися через 15-20 років, але зараз домашній 3D-техніці це недоступно.

Якщо ви хочете зробити роздруківки, що виглядають металевими, у себе вдома, кращий варіант- Використання пластику містить частинки металу.

Такого, наприклад, якабо .

Ці філаменти містять значний відсоток металевих порошків, але й достатньо пластику для друку за низької температури будь-яким 3D-принтером. У той же час вони містять достатню кількість металу, щоб відповідно виглядати, відчуватися і навіть мати вагу близьку до ваги металевого предмета.

Вироби з філаменту із вмістом заліза навіть покриваються іржею в певних умовах, що додає правдоподібності, а от проіржавіти наскрізь та зіпсуватися від цього не зможуть – і в цьому їхня перевага перед справжніми металевими предметами.

Плюси таких матеріалів:

Унікальний зовнішній виглядроздруківка

Але вони також знали, що це було надто повільно, а вартість металевих порошків на той час була непомірною. Але ці недорогі принтеризіткнулися з реальністю, що вони можуть працювати лише з декількома дешевими пластиками. Крім того, хоча машини здатні друкувати складні форми, кінцевий продукт часто не має такої якості, як пластикова деталь, виготовлена ​​за традиційною технологією. Ці машини використовують лазери для малювання фігур шаром металевих порошків, коли вони розплавляють матеріал.

Повторення процесу дозволяє побудувати тривимірний об'єкт із розплавлених порошків. Техніка має вражаючі можливості, але вона повільна і дорога. Це корисно лише для надзвичайно цінних предметів, але надто складних, щоб їх можна було виготовити іншими способами.

Ідеально підходить для біжутерії, статуеток, предметів домашнього вжитку та декору.

Висока міцність

Дуже мала усадка під час охолодження

Стіл, що підігрівається, не обов'язковий

Мінуси:

Низька гнучкість виробів залежить від конструкції роздруківки.

Не вважається безпечним при контакті з їжею

Вимагає тонкого налаштуваннятемператури сопла та швидкості подачі філаменту

Шляхом послідовного друку близько 500 шарів, кожна з яких завтовшки близько 50 мкм протягом декількох секунд, принтер масштабу виробництва може виробляти шматок об'єму вісім літрів на годину. Але замість пом'якшеного полімеру він використовує металеві порошки, змішані з полімерним рідким сполучним.

Формулу нагнітають, використовуючи сполучне, що друкується, щоб сплавити металевий порошок, щоб отримати бажані форми. Однак, незалежно від того, чи ця деталь друкується за допомогою прототипуючої машини або моделі виробництва, в результаті об'єкта відсутня сила металу. Тому його необхідно вводити в мікрохвильову піч, спеціально розроблену для нанесення тепла, яке збільшує густину матеріалу, створюючи таким чином деталь з необхідними властивостями. У серії ретельно відкаліброваних етапів процесу тепло згоряє і видаляє полімер, а потім металеві запобіжники при температурі значно нижче її температури плавлення.

Необхідна постобробка виробів - шліфування, полірування

Швидке зношування сопла екструдера - філамент з металом дуже абразивний, у порівнянні зі звичайними матеріалами

Загальний температурний діапазон друку зазвичай становить від 195°C до 220°C.

3D-друк металом у промисловості

Якщо ви хочете придбати 3D-принтер, що друкує справжнім металом, для використання на підприємстві, то тут для вас дві новини - хороша і погана.

Хороша новина полягає в тому, що їхній асортимент досить широкий і продовжує розширюватися, і можна буде вибрати такий апарат, який відповідає будь-яким технічним вимогам. Далі у статті можна переконатися у цьому.

Погана ж новина одна – ціни. Вартість професійних принтерів, що друкують металом, починається десь від $200000 і зростає до нескінченності. Крім того, навіть якщо ви оберете та придбаєте найдешевший з них, окремим ударом стане покупка розхідників, планове обслуговування із заміною вузлів, ремонт. Не забуваємо також про персонал та витрати на постобробку виробів. Так, і на стадії підготовки до друку знадобиться спеціальне ПЗ і люди, які вміють поводитися з ним.

Якщо ви готові до всіх цих витрат і труднощів – читайте далі, ми представимо кілька дуже цікавих зразків.

3D-друк металом - застосування

Частини реактивного двигуна GE's LEAP надруковані в 3D на фабриці адитивного виробництва AvioAero (зображення: GE)

У деяких промислових секторах використовують металеві 3D-принтери, зробивши їх невід'ємною частиною виробничого процесу, про що звичайний споживач може і не підозрювати:

Найбільш поширеним прикладом є медичні імпланти та стоматологічні коронки, мости, протези, які вже вважаються найоптимальнішим варіантом для пацієнтів. Причина: Вони можуть бути швидше та дешевше виготовлені на 3D-принтері та адаптовані до індивідуальних потреб кожного пацієнта.

Другий приклад, що так само часто зустрічається: ювелірна справа. Більшість великих виробників поступово переходить від 3D-друку форм і восковок до безпосереднього 3D-друку металом, а друк із титану дозволяє ювелірам створювати вироби неможливого раніше дизайну.

Він також відчиняє двері для нових типів деталей з унікальними властивостями з комбінації кількох металів. Можливі застосування включають конструктивні елементи автомобільних шасі або літаків, а також компоненти двигуна, електричні пристрої та інші машини. Компанія заявляє, що технологія, яка здатна друкувати 21 різний метал з алюмінію, нікелю та олова для сплавів, таких як нержавіюча стальі нікель-титан є єдиною, яка може використовувати кілька металів під час одного і того ж завдання на друк.

Крім того, аерокосмічна промисловість стає все більш залежною від 3D-друкованих металевих виробів. Ge-AvioAero в Італії – перша у світі повністю 3D-друкарська фабрика, яка випускає компоненти для реактивних двигунів LEAP.

Наступна галузь, яка використовує металеві 3D-принтери, буде знаходитися в автомобільному секторі. BMW, Audi, FCA вже серйозно розглядають застосування технології у серійному виробництві, а не лише у прототипуванні (де вони використовують 3D-друк вже багато років).

Використання виробництва присадок для виробництва різних металевих деталей дешевше може стати великою перевагою для багатьох галузей промисловості, оскільки це дозволить виключити витрати на розробку інструментів, необхідних для виготовлення нових і унікальних деталей звичайними методами. Перес каже, що технологія його компанії, що використовує електрику для розплавлення металевих кабелів, не тільки дешевша і набагато швидше, а й гнучкіша і ефективніша, ніж ці методи, і, що вкрай важливо, забезпечує більший контроль над процесом друку.

Здавалося б – навіщо винаходити велосипед? Але і тут 3D-друк металом знайшла застосування. Вже кілька років виробники велосипедних компонентів та рам застосовують 3D друк. Не тільки у світі, а й у Росії це набуло поширення. Виробник ексклюзивних велосипедів Triton закінчує проект із елементом титанової рами, надрукованим на 3д принтері для зниження ваги без шкоди міцності.

Друк металів є технічний виклик з багатьох причин, але, можливо, найважливіші з них пов'язані з теплом. Для розплавлення матеріалів потрібна велика кількість тепла, а також те, як метали проводять електрику, ускладнює процес створення структурно-звукових деталей за шаром. Прийняті для цього методи вимагають використання лазерного або електронного пучка для плавлення та сплавлення тонких шарів металевих порошків.

Велике та шестикутне кільце має ширину 63 мм. Перес каже, новий метод вважатимуться високоточною формою зварювання. Точність виходить із запатентованого методу, який контролює кількість тепла, що використовується для створення кожного вокселя або тривимірного пікселя друкованої частини. Це гарантує, що це забезпечує рівень контролю за кінцевою якістю деталі, яка не може бути досягнута за допомогою порошкових методів.

Але перш ніж 3D-друк металами справді захопить світ, необхідно буде подолати кілька серйозних проблем. Насамперед - це висока вартість та низька швидкість виробництва великих серій цим методом.

3D-друк металом - технології

Більшість процесів 3D-друку металом починаються з порошку

Багато що можна сказати про застосування друкуючих металом 3D-принтерів. Тим не менш, основні питання такі ж, як і з будь-якими іншими 3D-принтерами: програмне забезпечення та апаратні обмеження, оптимізація матеріалів та друк кількома матеріалами. Ми не будемо говорити про програмне забезпеченнябагато, згадаємо лише, що найбільші видавці, такі як Autodesk, SolidWorks і SolidThinking - всі розробляють програмні продуктидля використання в об'ємному друку металами, щоб користувачі могли втілити в життя виріб будь-якої уявної форми.

У Останнім часомз'явилися приклади того, що 3D-деталі надруковані металом можуть бути настільки ж міцними, як традиційно вироблені металеві компоненти, а в деяких випадках і перевершують їх. Створені за допомогою DMLS вироби мають механічні еквівалентні властивості суцільнолитим.

Подивимося на наявні металеві технології 3D-друку:

Процес # 1: Пошарове сплавлення порошку (SLM)

Процес 3D-друку металами, яким найбільше великі компаніїкористуються у наші дні, відомий як сплавлення або спікання порошкового шару. Це означає, що лазерний або інший високоенергетичний промінь сплавляє в єдине ціле частинки рівномірно розподіленого металевого порошку, створюючи тим самим шари виробу один за одним.

У світі є вісім основних виробників 3D-принтерів для друку металом, більшість із них розташовані в Німеччині. Їхні технології йдуть під абревіатурою SLM (вибіркове лазерне плавлення) або DMLS (пряме спікання металу лазером).

Процес # 2: Binder Jetting

ExOne виробляє 3D-друк металевих частин наносячи сполучну речовину перед випалом у печі (зображення: ExOne)

Ще один професійний метод з пошаровим з'єднанням - склеювання частинок металу для подальшого випалу високотемпературної печі, де частинки сплавляються під тиском, складаючи єдине металеве ціле. Друкарська головка наносить сполучний розчин на порошкову підкладку пошарово, як звичайний принтерна аркуші паперу, після чого виріб вирушає у випал.

Ще одна схожа, але в окремих деталях технологія, що разюче відрізняється, в основі якої лежить FDM друк - замішування металевого порошку в металеву пасту. За допомогою пневматичної екструзії 3D-принтер видавлює її, подібно до того, як будівельний 3D-принтер робить це з цементом, щоб сформувати 3D-об'єкти. Після того, як потрібну форму надруковано, об'єкти також спікають у печі. Цю технологію використовує - можливо, єдиний більш-менш доступний 3D-принтер для друку металом ($1600). Додати вартість невеликої печі для випалу.

Процес # 3: Наплавлення (DED)

Можна подумати, що серед технологій друком металом немає схожої на звичайну FDM, але це не зовсім так. Звичайно, ви не зможете плавити металеву нитку в хот-енді свого 3D-принтера, а ось великі виробники володіють такою технологією та користуються нею. Є два основні способи друкувати суцільнометалевим матеріалом.

Один із них називається DED (Directed Energy Deposition) або лазерна наплавка. Він використовує лазерний промінь для сплавлення металевого порошку, який повільно вивільняється та осаджується з екструдера, формуючи шари об'єкта за допомогою промислового маніпулятора.

Зазвичай це робиться всередині закритої камери, однак, на прикладі компанії MX3D, ми бачимо можливість реалізації подібної технології у спорудженні справжнього повнорозмірного мосту, який має бути роздрукований у 2017 році в Амстердамі.

Інший називається EBM (Electron Beam Manufacturing - виробництво електронним променем), це технологія формування шарів із металевої сировини під впливом потужного електронного променя, з її допомогою створюють великі та дуже великі конструкції. Якщо ви не працюєте в оборонному комплексі РФ чи США, то навряд чи побачите цю технологію живцем.

Ще кілька нових, що тільки з'явилися технологій, які використовуються поки тільки їх творцями, представлена ​​нижче - в розділі про принтери.

Використовувані метали

Ti - Титан

Чистий титан (Ti64 або TiAl4V) є одним з металів, що найчастіше використовуються для 3D-друку, і безумовно - одним з найбільш універсальних, так як він є одночасно міцним і легким. Він використовується як у спіканні шарів порошку, головним чином у медичній промисловості (у персоналізованому протезуванні), так і в аерокосмічній та автомобільній галузі (для виготовлення деталей та прототипів), та в інших областях. Єдина заковика - він має високу реакційну здатність, що означає - він може легко вибухнути, коли знаходиться у формі порошку, тому обов'язково повинен застосовуватися для друку лише в середовищі інертного газу Аргону.

SS - Нержавіюча сталь

Нержавіюча сталь є одним із найдоступніших металів для 3D-друку. У той же час вона дуже міцна і може бути використана в широкому спектрі промислових і навіть художніх виробництв. Цей тип сталевого сплаву, що містить кобальт і нікель, має високу пружність і міцність на розрив. 3D-друк нержавійкою використовується в основному лише у важкій промисловості.

Inconel - Інконель

Інконель - суперсплав, що виробляється компанією Special Metals Corporation, запатентований товарний знак. Він складається в основному з нікелю та хрому і має високу жароміцність. Саме тому він використовується в основному в нафтовій, хімічній та аерокосмічній промисловості (наприклад: для створення розподільних форсунок, бортових "чорних ящиків").

Через властиву йому легкість та універсальність, алюміній в даний час є дуже популярним металом для застосування в 3D-друку. Він зазвичай використовується у вигляді різних сплавів, складаючи їх основу. Але порошок алюмінію вибухонебезпечний і застосовується у пресі також серед інертного газу Аргону.

CoCr - Кобальт-хром

Цей металевий сплав має дуже високу питому міцність. Найчастіше він використовується для 3D-печатки зубних коронок, мостів та бюгельних протезів.

Cu - Мідь

За рідкісним винятком, мідь та її сплави - бронза, латунь - використовуються для лиття з використанням моделей, що випалюються, а не для прямого друку металом. Це тому, що їхні властивості далеко не ідеальні для застосування у промисловому 3D-друку, вони частіше використовуються в декоративно-ужитковому мистецтві. Однак, з великим успіхом вони додаються до пластикового філаменту для 3D-друку на звичайних 3D-принтерах.

Fe - Залізо

Залізо та магнітний залізняк також, в основному, використовуються як добавка до PLA-філаменту. У великій промисловості чисте залізо рідко знаходить застосування, а сталі ми написали вище.

Au, Ag - Золото, срібло та інші дорогоцінні метали

Більшість сплавляючих шарів порошку 3D-принтерів можуть працювати з дорогоцінними металами, такими як золото, срібло та платина. Головне завдання при роботі з ними – переконатися в оптимальній витраті дорогого матеріалу. Дорогоцінні метали застосовуються у 3D-друку ювелірних та медичних виробів, а також при виробництві електроніки.

3D принтери друкують металом

SHINING 3D

SHINING 3D ЕР-M100T - невеликий 3D printer, що друкує металом.

Принтер працює за технологією селективного лазерного наплавлення - лазерний промінь плавить тонкі шари металевого порошку, які є виріб. EP-M100T має невелику робочу область (120 х 120 х 80 мм), проте високу точність (товщина шару - 0.015mm-0.05mm), а тому добре підходить для стоматології, ювелірної справи, створення медичних виробів.

Невеликий розмір (940 × 1300 × 1980 мм) робить апарат зручним для використання в лабораторії, цьому ж сприяє його економічність - конструкцією передбачена оптимізація витрати інертного газу і металевого порошку, а споживання струму становить менше 1 кВт.

3DSLA - (SLM)

RussianSLM - це принтер російського виробництвадля друку металами на основі технології SLM – селективного лазерного сплавлення. Як матеріал принтер використовує металеві, полікерамічні або інші плавкі порошки фракцій не більше 60 мкм. Порошок сплавляється лазером в тонкі шари, таким чином формується виріб, що друкується. Щоб уникнути окислення шарів, для монолітності структури виробу, плавка відбувається в присутності інертного газу - аргону, азоту.

Спеціально для RussianSLM компанія 3DSLA.RU налагодила виробництво порошкових металів: сталі, сплави титану, нікелю, кобальт-хрому, кобальт-ванадій-хрому, латуні. Стандартні фракції: 10-55 мкм та 10-30 мкм, але, на спеціальне замовлення, можливе виробництво інших діапазонів фракцій, наприклад - 20-30 мкм, 10-40 мкм.

- металевий порошок (LC, аналог SLM)

Одним із найбільших на ринку 3D-принтерів друкуючих за допомогою металевого порошку довго був XLine 1000 виробництва Concept Laser. Він має область збирання розміром 630 х 400 х 500 мм, а місця займає як невеликий будинок.

Німецька компанія, що виготовила його, яка є одним з постачальників 3D-принтерів для аерокосмічних компаній-гігантів, таких як Airbus, нещодавно представила новий принтер - XLine 2000.

2000 має два лазери і ще більший обсяг збирання - 800 х 400 х 500 мм. Ця машина, яка використовує патентовану технологію LaserCUSING (тип селективного лазерного плавлення), може створювати об'єкти зі сплавів сталі, алюмінію, нікелю, титану, дорогоцінних металівта з деяких чистих матеріалів (титану та сортових сталей.)

Машини, подібні до цієї, є у всіх основних гравців на ринку 3D-друку металом: у EOS, SLM, Renishaw, Realizer і 3D Systems, а також у Shining 3D - компанії з Китаю, що стрімко розвивається.

Концепція M Line Factory заснована на принципах автоматизації та взаємодії.

M Line Factory, від тієї ж Concept Laser і працює за тією ж технологією, наголошує не на розмірі робочої області, а на зручності виробництва - він є апаратом модульної архітектури, який поділяє виробництво на окремі процеси таким чином, що ці процеси можуть відбуватися одночасно, а не послідовно.

Ця нова архітектура складається з 2 незалежних вузлів машини:

M Line Factory PRD (Production Unit – виробнича одиниця)

Production Unit складається з 3-х типів модулів: модуль дозування, друкарський модуль та модуль переповнення (лоток для готової продукції). Усі вони можуть бути індивідуально активовані та не утворюють одну безперервну одиницю апаратури. Ці модулі транспортуються через систему тунелів усередині машини. Наприклад, коли порошок подається, порожній модуль зберігання порошку може бути автоматично замінений на новий модуль, без переривання процесу друку. Готові деталі можуть бути переміщені за межі машини та негайно автоматично замінюються на наступні завдання.

M Line Factory PCG (Processing Unit – процесингова одиниця)

Це незалежний блок обробки даних, який має вбудовану станцію просіювання та підготовки порошку. Розпакування, підготовка до наступного завдання друку та просіювання відбуваються у замкнутій системі, без участі оператора.

- NanoParticle Jetting - струминний друк металом (NPJ)

Технологія упорскування наночастинок передбачає використання спеціальних герметичних катриджів з розчином, в якому знаходиться завись наночастинок металу.

Наночастки осідають і утворюють собою матеріал виробу, що друкується.

Враховуючи заявлені особливості технології (застосування металевих частинок нанорозміру) нескладно повірити творцям апарату, коли вони стверджують про його безпрецедентну точність і дозвіл друку по всіх трьох геометричних осях.

SLM Solutions - - селективне лазерне плавлення (SLM)

SLM 500 забезпечує друк об'єктів з розмірами до 500 х 280 х 365 мм. У принтері застосовано технологію з одночасною роботою чотирьох лазерів (4x 400 Вт або 4x 700 Вт), що забезпечує продуктивність на 90% вище, ніж конфігурації з парою лазерів.

Машина забезпечена повністю автоматичною системоюпросіювання та подачі порошку в робочу область - The Powder Supply Unit PSX , в процесі друку подача відбувається безперервно.Підготовка об'єктів для друку проводиться у спеціальному ПЗ - Magics RP та SG+, файли створені в інших промислових програмах також можуть бути завантажені та оброблені.

Part Removal Station PRS - система, що дозволяє зібрати надлишки порошку для подальшого повторного використання та видаляє готову деталь із робочої області. Порошок автоматично збирається у спеціальні контейнери, звідки надходить у PSX.

Область побудови: 500 х 280 х 365 мм

Швидкість друку: до 105 см³/год

Товщина шару: 20 мкм – 75 мкм

Пляма фокусування променя: 80 – 115 мкм

Зовнішні розміри: 5200 мм х 2800 мм х 2700 мм, включаючи PSX та PRS

- Атомна дифузія (ADAM)

Компанія Markforged представила нову технологію 3D-друк металом - ADAM, і 3D-принтер працюючий за цією технологією - Metal X.

ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) – технологія атомної дифузії. Друк проводиться металевим порошком, де частинки металу покриті синтетичною сполучною речовиною, що видаляється після друку, дозволяючи металу з'єднатися в єдине ціле за допомогою дифузії.

Головна перевага технології - відсутність необхідності застосування надвисоких температур безпосередньо в процесі друку,

а значить - відсутність обмежень по тугоплавкості матеріалів, що використовуються для друку. Теоретично, принтер може створювати 3D-моделі із надміцних інструментальних сталей - зараз він уже друкує нержавійкою, а в розробці титан, інконель та сталі D2 і A2.

Технологія дозволяє створювати деталі зі складною внутрішньою структурою, такою як у бджолиних стільниках або пористих тканинах кісток, що важко при інших технологіях 3D-друку, навіть для DMLS.

Розмір виробів: до 250мм х 220мм х 200мм.

Висота шару – 50 мікрон.

- друк металевим філаментом із наступним запіканням (BMD)

Швидкість: 16 см3/година
Висота шару: 50 мкм
Робоча область: 300х200х200 мм

На відміну від лазерних систем, які селективно плавлять металевий порошок, принтер Studio використовує Bound Metal Deposition – власну технологію, дуже схожу на звичну для всіх FDM. Він формує роздруківки, видавлюючи спеціальний філамент, в якому волокна металу пов'язані синтетичною речовиною, після друку виріб запікається в печі.

Робоча температура печі: 1400 °С

Робоча область: 1500х1250х750 мм

Пекти випалює сполучна металеві волокна речовина і спекає їх в однорідну масу. Така технологія значно здешевлює об'ємний друк металами, за рахунок більш раціонального використання електрики та економії матеріалу, та й саме обладнання значно доступніше за SLM-принтери.

Комплект із 3D-принтера та печі створений для лабораторій та КБ, він безпечний, розрахований на застосування в офісних умовах і навіть розмірами підходить для переміщення через стандартні дверні отвори.

У найближчому майбутньому, з поширенням технологій друку металами, чекаємо ще більшого здешевлення, а значить - повсюдного застосування.

Кожен із представлених принтерів - лише частина модельного рядукомпанії, що його виробляє. Є й інші моделі, що відрізняються в деталях - обсягом робочої області, комплектацією, опціями - всі вони доступні, про властивості кожної з них дізнавайтеся у наших менеджерів.

3D-друк металами можна вважати одним із найбільш привабливих та технологічно складних напрямів адитивного виробництва. Спроби друкування металами робилися з ранніх днів розвитку технологій 3D-друку, але в більшості випадків упиралися в технологічну несумісність. У цьому розділі ми розглянемо технології, випробувані для друку композитними матеріалами, що містять метали, так і чистими металами і сплавами.

Струменевий тривимірний друк (3DP)

У той же час, існує можливість перетворення композитних моделей на суцільнометалеві за рахунок термічної обробки з метою виплавлення або випалювання сполучного матеріалу та спікання металевих частинок. Отримані таким чином моделі не мають високої міцності через пористість. Збільшення міцності можливе за рахунок просочення отриманої суцільнометалевої моделі. Наприклад, можливе просочення сталевої моделі бронзою з отриманням міцнішої конструкції.

Отримувані подібним чином моделі, навіть з металевим просоченням, не використовуються як механічні компоненти через відносно низьку міцність, але активно використовуються в ювелірній та сувенірній промисловості.

Друк методом ламінування (LOM)

Як витратний матеріал може використовуватися і металева фольга.

Отримувані моделі є повністю металевими, оскільки їх цілісність заснована на застосуванні клею, сполучного листи витратного матеріалу.

Плюсом даної технології є відносна дешевизна виробництва і висока візуальна схожість одержуваних моделей з суцільнометалевими виробами. Як правило, цей метод використовується для макетування.

Пошарове наплавлення (FDM/FFF)

Друк легкоплавкими сплавами (наприклад, оловом), можлива, але не дає достатньо якісної віддачі для практичного застосування.

Таким чином, останнім часом увага розробників витратних матеріалів переключилася на композитні матеріали за аналогією струменевим друком. Типовим прикладом служить BronzeFill - композитний матеріал, що складається з термопластика (деталі не розголошуються, але, очевидно, використовується PLA-пластик) та бронзового порошку. Отримані моделі мають високу візуальну схожість з натуральною бронзою і навіть піддаються шліфування до глянцю. На жаль, фізичні та хімічні властивості готових виробів обмежені параметрами сполучного термопластика, що не дозволяє класифікувати такі моделі, як цільнометалеві.

Тим не менш, подібні матеріали можуть отримати практичне застосування не тільки у створенні макетів, сувенірів та предметів мистецтва, а й у промисловості. Так, експерименти ентузіастів показали можливість створення провідників та екрануючих матеріалів з використанням термопластиків із металевим наповнювачем. Розвиток цього напряму може уможливити друк електронних плат.

Вибіркове лазерне спікання (SLS) та пряме спікання металів (DMLS)

Різновидом технології SLS є метод прямого лазерного спікання металів (DMLS), орієнтований, як відомо з назви, працювати з чистими металевими порошками. Дані установки часто оснащуються герметичними робочими камерами, що наповнюються інертним газом для роботи з металами, схильними до оксидації – наприклад, з титаном. Крім того, DMLS-принтери в обов'язковому порядкузастосовують підігрів витратного матеріалу до крапки трохи нижче за температуру плавлення, що дозволяє економити на потужності лазерних установок і прискорювати процес друку.

Схема роботи SLS, DLMS та SLM установок

Процес лазерного спікання починається із нанесення тонкого шару підігрітого порошку на робочу платформу. Товщина шарів, що наносяться відповідає товщині одного шару цифрової моделі. Потім проводиться спікання частинок між собою та з попереднім шаром. Зміна траєкторії руху лазерного променя провадиться за допомогою електромеханічної системи дзеркал.

По завершенні креслення шару зайвий матеріал не видаляється, а служить опорою для наступних шарів, що дозволяє створювати моделі складної форми, включаючи навісні елементи, без побудови додаткових опорних структур. Такий підхід разом з високою точністю та дозволом дозволяє отримувати деталі, що практично не потребують механічної обробки, а також цілісні деталі рівня геометричної складності, недосяжного традиційними виробничими методами, включаючи лиття.

Лазерне спікання дозволяє працювати з широким асортиментом металів, включаючи сталь, титан, нікелеві сплави, дорогоцінні матеріали та ін Єдиним недоліком технології можна вважати пористість одержуваних моделей, що обмежує механічні властивості і не дозволяє досягти міцності на рівні литих аналогів.

Вибіркова лазерна (SLM) та електронно-променева плавка (EBM)

Приклад титанового імплантату, одержаного за допомогою технології електронно-променевої плавки (EBM)

Паралельним методом, який досяг чудових результатів, стала електронно-променева плавка (EBM). На даний момент існує лише один виробник, який створює EBM-принтери – шведська компанія Arcam.

EBM дозволяє досягати точності та дозволу, порівнянних з лазерною плавкою, але має певні переваги. Так, використання електронних гармат дозволяє позбавитися делікатних електромеханічних дзеркальних систем, що використовуються в лазерних установках. Крім того, маніпулювання електронними пучками за допомогою електромагнітних полів можливе на швидкостях, незрівнянних вищих у порівнянні з електромеханічними системами, що разом із збільшенням потужності дозволяє досягти підвищеної продуктивності без суттєвого ускладнення конструкції. В іншому ж конструкція SLM і EBM-принтерів схожа з установками для лазерного спікання металів.

Можливість роботи з широким діапазоном металів і сплавів дозволяє створювати дрібні партії спеціалізованих металевих деталей, що практично не поступаються зразкам, що отримуються за допомогою традиційних методів виробництва. При цьому відсутня необхідність створення додаткових інструментів та інфраструктури – таких як ливарні форми та печі. Відповідно, можлива значна економія при прототипуванні чи дрібносерійному виробництві.

Установки для лазерної та електронно-променевої плавки успішно використовуються для виробництва таких предметів як ортопедичні титанові протези, лопатки газових турбін та форсунки реактивних двигунів серед інших.

Пряма лазерна адитивна побудова (CLAD)

В основі CLAD лежить напилення металевого порошку на пошкоджені деталі з негайним наплавленням за допомогою лазера. Позиціонування «друкарської головки» здійснюється по п'яти осях: до переміщення в трьох площинах, головка має здатність змінювати кут нахилу і повертатися навколо вертикальної осі, що дозволяє працювати під будь-яким кутом.

Подібні пристрої найчастіше використовуються для ремонту великогабаритних виробів, включаючи виробничий шлюб. Наприклад, установки французької компанії BeAM використовується для ремонту авіаційних двигунів та інших складних механізмів.

Повноцінні установки CLAD передбачають використання герметичної робочої камери з інертною атмосферою для роботи з титаном та іншими металами та сплавами, що піддаються оксидації.

Довільна електронно-променева плавка (EBF?)

Процес побудови схожий на 3D-друк методом пошарового наплавлення (FDM), але з використанням електронно-променевої гармати для плавки витратного матеріалу.

Дана технологія дозволить створення металевих запасних частин на орбіті, що дозволить суттєво скоротити витрати на доставку частин та забезпечить можливість швидкого реагування на позаштатні ситуації.