Dlaczego ceny domków 35m2 tak moco wzrosły w ostatnim czasie?
9 marca, 2024
Druk 3D w metalu to rewolucyjna technologia, która zazwyczaj wykorzystuje laser do precyzyjnego łączenia cząsteczek metalicznego proszku warstwa po warstwie. Ciężko tutaj nadać jedną nazwę dla techniki druku w metalu, ponieważ w pewnym sensie druk w metalu to połączenie techniki SLS oraz MJF , a różni producenci drukarek do metalu mają swoje autorskie techniki. Obecnie druk w metalu jest wykorzystywany głównie do prototypowania elementów o skomplikowanej geometrii i w takim zakresie ma to sens, ponieważ na ten moment jest to wciąż bardzo kosztowny proces. Niemniej ta zaawansowana metoda produkcji zmienia sposób, w jaki myślimy o tworzeniu metalowych komponentów. Wraz z rosnącą różnorodnością dostępnych materiałów, druk 3D w metalu staje się coraz bardziej wszechstronnym narzędziem, spełniając potrzeby różnych branż – od jubilerstwa po przemysł lotniczy i medyczny. Zastosowanie tej technologii pozwala na redukcję ilości elementów metalowych w skomplikowanych złożeniach, a różnorodność procesów i urządzeń umożliwia wykorzystanie szerokiej gamy materiałów, dopasowując się do indywidualnych wymagań produkcji.
Poniżej opisze dostępne obecnie na rynku techniki druku 3D w metalu.
Ciekawy jest fakt że branża druku 3D w metalu przechodzi obecnie okres bardzo dynamicznego rozwoju a producenci drukarek prześcigają się w coraz to nowszych systemach produkcyjnych, starając się szczególnie skrócić czas poświęcony na obróbkę komponentu po wydruku. Jest to rozsądne podejście. Należy pamiętać że techniką, z którą druk 3D w metalu stara się konkurować jest frezowanie CNC. Producenci drukarek podnoszą argument dużych strat materiału podczas klasycznej obróbki ubytkowej (frezowanie) ale przy druku 3D w metalu również powstaje odpad a dodatkowo potrzebna jest post produkcja i drogie narzędzie do jej przeprowadzenia.
Wykres obrazujący jak zachowuje się cena za sztukę produkty przy porównaniu Formowania wtryskowego i druku 3D
Wykres powyżej przedstawia relatywnie prostą zależność. Przy formowaniu wtryskowym, na początku procesu, kosztownym elementem jest forma wtryskowa, która nie jest wymagana w przypadku druku 3D. Niemniej w formie wtryskowej można wyprodukować ogromne ilości produktu docelowego, który wymaga minimalnej obróbki po wyjściu z formy. Zasadniczo w formowaniu wtryskowym koszt części dąży w pewnym sensie do kosztu materiału wejściowego i energii wykorzystanej do produkcji. Koszt druku 3D pozostaje na relatywnie podobnym poziomie od pierwszego do ostatniego wyrobu ze względu na niezmienny czas wydruku jednego produktu – dużo dłuższy niż w przypadku formy wtryskowej. Dodatkowo obróbka produktu szczególnie przy technice SLS czy druku w metalu jest czasochłonna i wymaga dodatkowych narzędzi.
Druk w metalu leży też po droższej stronie procesów produkcyjnych i dlatego jest najczęściej wykorzystywany do prototypowania. Jego największym konkurentem jest frezowanie CNC, w którym to nie ma kosztu wejściowego narzędzi do produkcji, a jeśli jest to jest stosunkowo niski (uchwyt, frez). Dlatego wciąż bardziej tradycyjne metody produkcji pozostają przemysłowym standardem a sen o czystej produkcji, w której komponenty wychodzą jak ciastka z piekarnika, ma jeszcze przed sobą ciekawą drogę do przejścia.
Poniżej opiszę podstawowe metody druku 3D w metalu. Pamiętaj drogi czytelniku, że ta branża to żywy organizm i nowe metody mogą już być w opracowaniu.
1. Metal Powder Bed Fusion 3D Printing (SLS, SLM, DMP).
Systemy drukarek proszkowych 3D określane są jako Powder Bed Fusion (PBF). Ta technika druku 3D wykorzystuje wiązkę elektronów, laser lub ciepło do topienia i spajania metalowego proszku. Powszechnie stosowane procesy drukarek 3D z metalami to SLS (selektywne spiekanie laserowe), SLM (selektywne topienie laserowe) i DMP (bezpośrednie drukowanie metali — lub powszechnie znane jako DMLS (bezpośrednie spiekanie laserowe metali).
PBF działa poprzez osadzanie proszku na stole roboczym i rozprowadzanie go po platformie za pomocą wałka lub ostrza powlekającego. Bardzo podobnie jak w metodzie SLS. Dodatkowo precyzyjna optyka, skanuje obszar roboczy i podaje dane do oprogramowania sterującego w celu bardziej precyzyjnego topienia proszku. Proces jest powtarzany aż do wydrukowania wszystkich warstw.
Proces spiekania laserem proszku metalicznego DMP Factory System. Źródło: strona DMP
Oto kilka przykładów produktów wykonanych na drukarce 3D do metalu:
Od lewej produkty z materiałów: Implant ze stopu tytatamu TiGr23, radiator z AlSi10Mg, Super stop na bazie niklu Ni718 odporny na wysoko korozyjne warunki otoczenia. Źródło: 3dSystems.com
2. Directed Energy Deposition, Ukierunkowane osadzanie energii (DED)
DED (Directed Energy Deposition) to proces drukowania 3D metalu, w którym wykorzystuje się skupione źródło energii. Energią tą może być laser, łuk plazmowy lub wiązka elektronów. DED wykorzystuje proszek i drut do tworzenia części drukowanych w 3D. W przypadku DED osadzanie i stapianie metalu następuje jednocześnie. Dysza osadza materiał w źródle energii. Surowiec jest topiony i osadzany w miarę postępu przesuwu głowicy drukującej w osi X-Y. Po ukończeniu warstwy powierzchnia konstrukcyjna obniża się o grubości wytworzonej wcześniej warstwy i proces się powtarza. Po zakończeniu kompilacji część można usunąć ze stołu roboczego. W przypadku problemów z wykończeniem powierzchni, może być wymagana obróbka końcowa.
Proces DPM w zbliżeniu po lewej i zasada działania dyszy po prawej.