Druk 3D z metalu: możliwości drukarek BLT z technologią SLM.

Druk 3D z metalu: możliwości drukarek BLT z technologią SLM

Druk 3D z metalu to najszybciej rosnąca gałąź przyrostowych metod wytwarzania. Wiąże się z nim kilka technologii i renomowanych producentów rozwiązań przemysłowych. W artykule odpowiadamy na pytanie, jak działa druk 3D w metalu, skupiamy się na korzyściach z technologii addytywnych dla przemysłu i piszemy o drukarkach 3D do metalu firmy Bright Laser Technologies.

Jak działa technologia Selective Laser Melting (SLM)?

Drukarki 3D do metalu od firmy BLT działają w technologii selektywnego topienia laserowego proszków metali. Tłumaczymy, jak wygląda druk 3D z metalu i jakie korzyści może przynieść tam, gdzie notuje się zapotrzebowanie na metalowe części.

Element do wyświetlaczy samochodowych, materiał: stop aluminium, źródło: "CadXpe" zamiast "CadXpert"

Na czym polega druk 3D z metalu?

W drukarkach 3D do metalu SLM głównym czynnikiem jest laser, który odpowiada za topienie i spiekanie warstw proszku metalowego. Wiązka lasera nakierowywana jest na cienką warstwę proszku metalowego, który jest spiekany tak, że w komorze roboczej powstaje gotowy detal. 

W procesie stosowane są podpory, które oprócz zapobiegania zniekształceniom, służą także jako radiator zapewniający możliwie jednolite chłodzenie. Dzięki temu nigdzie na elemencie nie pojawią się miejsca podatne na naprężenia mechaniczne. W odróżnieniu od technologii FDM z drutu metalowego komponenty mają doskonałą strukturę wewnętrzną, charakteryzują się jednorodnością, małą porowatością i brakiem wtrąceń.

Drukowane w SLM elementy poddaje się automatycznemu przetwarzaniu końcowemu – obróbce termicznej, czyszczeniu, odcięciu od podstawy stołu roboczego i polerowaniu dla gładkiej powierzchni. 

Na podobnej zasadzie, spiekaniu warstwa po warstwie i użyciu recoatera nakładającego warstwy proszku, opiera się technologia DMLS (Direct Metal Laser Sintering), której odmienna nazwa wynika z uprawnień patentowych producentów.

Lotka do badmintona, materiał: stop tytanu, źródło: CadXpert

Jakie są korzyści wytwarzania addytywnego z proszku metalowego?

Korzyści z wytwarzania części metalowych przyrostowo przekonały już firmy takie jak francuski Airbus do wykorzystania technologii SLM. Oto kilka zalet, które decydują o rosnącej popularności druku 3D z metalu.

• Wytrzymałość części – części metalowe są bardziej wytrzymałe od części z tworzyw sztucznych. Druk w stopach metali zapewnia różnorodne parametry wydruków, w tym wysoką wytrzymałość mechaniczną.

• Personalizacja elementów – na drukarce 3D mamy możliwość opłacalnego wytworzenia części dostosowanych do wymogów, zaczynając już od 1 sztuki

• Niższe koszty – odlewanie części metalowych jest kosztowne, opóźnia start produkcji (np. stworzenie formy wtryskowej), a także może okazać się nieopłacalne przy niższych ilościach produkowanych elementów. Natomiast w druku 3D niskie i średnie serie przyniosą największe oszczędności.

• Tworzenie wkładek do form wtryskowych – w druku 3D z metalu można wytworzyć wytrzymałe wkładki do form wtryskowych dla elementów z tworzyw sztucznych.

• Oszczędność materiału – druk 3D w technologii SLM umożliwia minimalizację strat materiału. Niewykorzystany proszek podlega recyklingowi.

• Części o skomplikowanej geometrii – w druku 3D, bez tworzenia specjalnych narzędzi, możliwy jest wydruk części z kanałami chłodzącymi i strukturami wewnątrz modelu.

• Szybkość wykonania i mniejszy nadzór inżynierów – start druku następuje wprost z pliku CAD, bez konieczności projektowania CAM i zmiany narzędzi w trakcie pracy maszyn. 

  
  

Element silnika odrzutowego, materiał: stop INCONEL Alloy 718, źródło: CadXpert

Materiały do druku 3D z metalu

Wydruki z metalu to dostęp do całego szeregu materiałów o różnych właściwościach. Twardość, odporność na rozciąganie czy antyalergiczność to tylko niektóre z przewag metali. W drukarkach BLT możliwy jest druk w stopach żelaza, aluminium, niklu i tytanu. Oto kilka materiałów SLM i DMLS oferowanych przez BLT.

Stal

W druku 3D można wykorzystać stal nierdzewną i stal narzędziową o wysokiej twardości, odporności na ścieranie i stałości kształtu wykonanego elementu. BLT dostarcza proszki stali 316L i 420.

Aluminium

Dla większej ciągliwości i doskonałego przewodnictwa elektrycznego BLT proponuje stopy aluminium AlSi10Mg i AlSi7Mg.

Nikiel 

Wysoka odporność na korozję i magnetyczność charakteryzuje stopy niklu. Drukarki BLT drukują m. in. w Inconelu625 i 718 oraz HastelloyX.

Tytan

BLT przedstawia duży wybór materiałów opartych na tytanie, które charakteryzują się odpornością cieplną i wytrzymałością mechaniczną. Do dyspozycji mamy:

• Cp-Ti Grade1 

• Ti-6Al-4V Grade23, 

• Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr 

• Ti-6Al-2Mo-2Nb-2Zr-2Sn-1.5Cr.

  
  

  
  

  Felga samochodowa, materiał: stop aluminium, źródło: CadXpert
  

  Wykorzystanie druku 3D w metalu w branży produkcyjnej i przemyśle

  Technologie addytywne rozszerzają możliwości produkcji części względem tradycyjnych metod wytwarzania i mogą stanowić ich doskonałe uzupełnienie. Dostępne stają się geometrie nieosiągalne dla obróbki CNC oraz tańsza staje się produkcja niskoseryjna. Wytypowaliśmy kilka podstawowych branż, gdzie druk 3D z metalu wniesie najwięcej korzyści.

  W jakich branżach sprawdzi się drukowanie 3D z metalu?

  
  

  Lotnictwo

  Przyrostowe technologie produkcji w metalu (AM, additive manufacturing) okazują się przydatne w lotnictwie ze względu na większą lekkość elementów, łatwe projektowanie i tworzenie skomplikowanych geometrii, szybkie cykle prototypowania i indywidualizację poszczególnych partii.
  
  

  Produkcja silników

  Przy produkcji silników znaczenie ma wytrzymałość części, odporność chemiczna w styku z płynami oraz lekkość elementów. Skrócenie cyklu prototypowania i oszczędność poprzez dostarczanie części “just in time” wiąże się w tej branży z przewagą konkurencyjną i lepiej funkcjonującymi procesami produkcji.
  
  

  Produkcja części i narzędzi

  Druk 3D w metalu umożliwia wytwarzanie zindywidualizowanych narzędzi, przyrządów i uchwytów, które będą dopasowane do konkretnej potrzeby, nie tracąc jednocześnie na wytrzymałości. Łatwiejsze staje się procesowe ulepszanie rozwiązań linii produkcyjnej, a drukowane części mogą mieć geometrie niedostępne dla obróbki skrawaniem. 

  Automotive

  W przemyśle motoryzacyjnym druk 3D wspomoże produkcję niestandardowych, jednostkowych części. Firmy docenią także łatwość wytwarzania komponentów do użytku wewnętrznego oraz narzędzi dla linii produkcyjnych. Metalowe części zamienne lub narzędzia produkcyjne można szybko i lokalnie wydrukować, co pozwala uniknąć długich czasów oczekiwania na dostawy i minimalizuje koszty magazynowania.

  Medycyna

  Metalowy druk 3D znajduje zastosowanie w branży medycznej do produkcji narzędzi, implantów, protez i ortez, które są idealnie dopasowane do potrzeb i anatomii pacjenta. Dokładność, personalizacja, wysoka jakość wydruków 3D, wytrzymałość oraz seryjność produkcji to zalety, które decydują o przydatności technologii addytywnych w medycynie.