XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Перспектива к лучшему заставляют человечество создавать новые технологии, а также модернизировать уже существующие. Прогресс постоянно движется, с каждый год появляются новые изобретения и технологии, которые позволят не только упростить жизнь человека, но и разнообразить развитие и обучение. Одной из быстро развивающихся областей современного мира является 3D технология.

2018 год – год металлической печати. Все крупные производители создают огромные машины с большим количеством лазеров и мощными источниками энергии. Технология 3D печати металлом становится всё более популярной. И это не удивляет, ведь каждый металл или сплав металлов для печати предлагает уникальное сочетание практических и эстетических свойств, чтобы удовлетворить требования, предъявляемых к различным продуктам. Существует три типа производства:

Спекание или лазерную плавку (рис. 1)(SLS, DMLS И SLM) В основе метода «выборочного лазерного спекания» (SLS или Selective Laser Sintering) лежит использование лазерных излучателей высокой мощности (как правило, углекислотных) для частичного сплавления, или «спекания», расходного материала в единое целое. Перед использованием расходный материал измельчается до консистенции пудры с помощью шаровых мельниц. Минимальный размер частиц может достигать двух микрон.

(Рис. 1)

Binder Jetting(рис. 2) Еще один профессиональный метод с послойным соединением — склеивание частиц металла для последующего обжига в высокотемпературной печи, где частицы сплавляются под давлением, составляя единое металлическое целое. Печатная головка наносит соединительный раствор на порошковую подложку послойно, как обычный принтер на листы бумаги, после чего изделие отправляется в обжиг.

(Рис. 2)

Наплавление(рис. 3) : один называется DED (Directed Energy Deposition — осаждение материала при помощи направленного энергетического воздействия) или Laser Cladding (лазерное плакирование, наплавка). Здесь для расплавления металлического порошка, который медленно выпускается и застывает в виде слоя, применяется лазерный луч, а порошок подается при помощи роботизированной руки.

Обычно весь процесс идет в закрытой камере, но в проекте MX3D при строительстве полноразмерного моста использованы приемы привычной 3D–печати. Другой вариант наплавления металла называется EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing — аддитивная технология электронного пучка), который по сути является пайкой, при которой для расплавления 3-миллиметровой титановой проволоки применяется очень мощный электронный пучок, а расплавленный металл образует очень крупные готовые структуры. Что касается этой технологии, то ее подробности известны пока только военным.

(Рис. 3)

Потенциал 3D-печати металлами:

Современные технологии позволяют получить порошок для 3D-печати металлом с определенными свойствами для решения конкретных производственных задач. А так как распылению можно подвергнуть практически любые металлы, то и номенклатура металлических материалов для 3D-принтеров чрезвычайно обширна. Достижения металлургии в полной мере реализуются в аддитивном производстве, позволяя использовать уникальные сплавы для изготовления геометрически сложных изделий повышенной точности, плотности и повторяемости. В то же время, внедрение металлических аддитивных установок имеет и сдерживающие факторы, главный из которых – высокая стоимость порошков. 3D-печать металлами обладает серьезным потенциалом для повышения эффективности производства во многих отраслях промышленности и используется все большим числом компаний и исследовательских организаций. Пример для всемирной индустрии показывают такие промышленные лидеры, как General Electric, Airbus, Boeing, Michelin, которые уже перешли от изготовления единичных металлических изделий к серийному аддитивному производству

Основные преимущества 3D-печати металлами:

высокие показатели плотности: в 1,5 раза выше, чем при литье;

возможность создания миниатюрных и геометрически сложных объектов и других неповторимых форм в виде закрытых бионических структур;

широкий выбор металлических сплавов, как стандартных, так и специальных;

сокращение циклов производства и ускорение выхода готовой продукции.

Подогреваемый стол не обязателен

Высокая прочность

Сферы применения:

авиакосмическая индустрия;

машиностроение;

автомобилестроение;

нефтегазовая отрасль;

электроника;

медицина;

пищевая промышленность;

исследования и экспериментальные работы в конструкторских бюро, научных и учебных центрах.

При работе на металлических 3D-принтерах требуется строго соблюдать технику безопасности. Как известно, металлы, попадающие в человеческий организм в микроскопических дозах, полезны. В микродозах они несут опасность для здоровья – получить отравление металлами очень легко, а кроме того, порошки взрывоопасны. При дисперсности порошка от 4 микрон он проникает сквозь поры кожи, органы дыхания, зрения и т.д. В связи с этим при работе на металлических 3D-принтерах необходимо строго соблюдать технику безопасности. Для этого предусмотрена защитная спецодежда – костюм, перчатки и обувь. Аддитивные машины, как правило, комплектуются пылесосом для удаления основного порошка, однако и после его использования некоторая взвесь металлов остается. Производители стремятся улучшить условия безопасности, и сейчас наблюдается тенденция по созданию на аддитивном производстве так называемых закрытых циклов, т.е. полностью герметичных помещений, за пределы которого порошок не попадает. Оператор работает в специальной одежде, которая затем утилизируется.

Технологии 3D-печати продолжают стремительно развиваться и становятся доступнее буквально на наших глазах. Разрабатываются новые материалы, улучшается производительность, надежность и удобство принтеров. Эти и многие другие преимущества позволят постепенно минимизировать недостатки 3D-технологий, в первую очередь высокую стоимость расходных материалов и оборудования. Аддитивные методы будут все глубже внедряться в производственный цикл классических производств, значительно экономя время и средства. Всё это позволит предприятиям задействовать совершенно новые, гораздо более выгодные бизнес-модели.

Список используемых источников:

3D-печать металлами [Электронный ресурс] – https://habr.com/company/top3dshop/blog/400731/

ОСНОВОПОЛАГАЮЩЕЕ РУКОВОДСТВО ПО 3D-ПЕЧАТИ  [Электронный ресурс] – https://3dpt.ru/page/metall-3d-printing

Код для цитирования: Скопировать