Cum să printezi 3D cu ajutorul metalului și ce materiale ar trebui să alegi

Procesul de fabricarea aditivata 3D în care se utilizează metal poate produce rezultate impresionante din punct de vedere vizual și fizic. Metalul este ideal pentru a crea piese personalizate care sunt rezistente la căldură, la elemente chimice, dar și la impact.

Pentru unele industrii, metalul oferă beneficii considerabile. Iată mai multe informații despre modul de utilizare a metalului în imprimarea 3D - și cele mai bune modalități de a-și dezvolta potențialul.

De ce să alegeți fabricarea aditivata din metal?

Există câteva avantaje considerabile pentru imprimarea 3D pe bază de metal, în comparație cu tehnicile metalice tradiționale sau imprimarea 3D din plastic. Acestea includ:

Posibilitate ridicata de proiectare. Metalul se potrivește foarte bine pentru tipărirea modelelor complexe. Astfel, reprezintă o alegere bună pentru cei care doresc să creeze piese specializate și personalizate pentru o mașină, de exemplu.

Optimizare. Părțile tipărite cu metal pot fi adaptate pentru a le îmbunătăți performanța. Imprimarea 3D poate produce piese ușoare, de exemplu, prin reducerea raportului de umplere, precum și prin libertatea de proiectare oferită de tehnologie.

Gama bună. Sunt disponibile diverse tipuri de metale, ce oferă companiilor proprietăți fizice diferite.

Finisaj estetic. Metalul nu funcționează doar bine, ci arată armonios. Acesta este un avantaj pentru anumite cazuri de utilizare, cum ar fi fabricarea de bijuterii.

Tehnologii de imprimare pentru metale

Dacă doriți să vă bucurați de avantajele imprimării 3D care folosește metal, va trebui să utilizați tehnologia potrivită. Iată o prezentare a celor mai cunoscute tehnologii de imprimare ale metalelor:

• Sinterizare directă cu laser metalic (DMLS). DMLS folosește un laser pentru a topi și amesteca pulberea metalică, formând un obiect imprimat strat cu strat pe o placă de construcție. Folosește aliaje (mai potrivite decât un singur tip de metal), care sunt alcătuite din metale cu puncte de topire diferite. Metalele se topesc pe măsură ce temperatura crește.

• Depunerea metalului legat (BMD). BMD funcționează prin extrudare, la fel ca imprimarea FFF. Este nevoie de metal legat în tije de polimer sau ceară de sacrificiu, mai degrabă decât pulbere. Aceasta poate fi apoi topită și extrudată prin duza imprimantei.

• Topirea selectivă cu laser (SLM). La fel ca DMLS, SLM folosește și un laser și imprimă obiectul pe o placă de construcție. Cu toate acestea, necesită un singur tip de metal, deoarece se imprimă la o singură temperatură.

• Topirea fasciculului de electroni (EBM). După cum sugerează și numele, această imprimantă folosește un fascicul de electroni pentru a topi metalul, mai degrabă decât un laser. Este mai puțin utilizat decât SLM sau DMLS.

• Fabricarea aditivilor cu ultrasunete (UAM). UAM utilizează depunerea metalului la temperatura camerei pentru a crea obiecte metalice imprimate 3D. Această tehnologie nu este utilizată pe scară largă.

• Turnare investițională. Deși nu este o tehnică de imprimare 3D, turnarea prin investiție folosește o matriță, în care este turnat metalul topit. Turnarea investițională implică o bună detaliere, făcându-l adecvat pentru piesele mai mici.

• Prelucrare CNC. Toate tehnologiile de mai sus sunt costisitoare - unele fiind la un preț prea ridicat pentru IMM-uri. Deși nu este o tehnică de imprimare 3D, prelucrarea CNC este mai accesibilă, permițând companiilor să creeze prototipuri metalice - deși are câteva limitări, una fiind aceea că nu este atât de eficientă pentru piesele care necesită complexitate geometrică.

Tipuri de metale

Când imprimați 3D cu ajutorul unui metal, este important să luați în considerare proprietățile sale și avantajele și dezavantajele fiecărui tip.

Aliaje de aluminiu

• Pro: Conduce bine electricitatea, are proprietăți mecanice bune, densitate redusă.

• Contra: Nu este foarte greu

Superaliaje de cobalt-crom

• Pro: Rezistent la uzură, rezistent la coroziune, rezistent la temperaturi ridicate, greu.

Inconel (aliaje de nichel)

• Pro: Proprietăți mecanice bune, rezistente la căldură, pot face față mediilor extreme.

Metale prețioase (argint, aur etc.)

• Pro: Aspect potrivit pentru confecționarea bijuteriilor

• Contra: scump, uneori dificil de obținut

Oțel inoxidabil

• Pro: Rezistent la uzură, dur, ușor de sudat

Aliaje de titan

• Pro: Un raport bun rezistență / greutate, rezistent la coroziune, nu se extinde prea mult atunci când este expus la căldură

Fabricarea aditivata pe bază de metal poate lua și forma de umplere a metalului. Aceasta înseamnă că pulberea de metal este turnată într-un alt material, ceea ce îl face mai greu. De asemenea, conferă obiectului tipărit un finisaj metalic.

Aplicații obișnuite ale metalului

Fabricarea aditivata care folosește metalul este utilizată de diverse industrii:

• Aerospațial și aviație. Metalul este un material valoros în industria aerospațială și aeriană. Poate fi utilizat pentru imprimarea componentelor structurale 3D (adesea cu un aliaj de titan). Duzele de combustibil pot fi create cu ușurință pentru avioane specifice, iar motoarele cu reacție pot fi construite din piese imprimate 3D.

• Inginerie. Piesele tipărite din metal sunt utile pentru o varietate de aplicații tehnice. Ele pot fi, de asemenea, utilizate pentru a înlocui sau repara piesele existente, ceea ce elimină necesitatea de a aștepta ca un furnizor terț să trimită un înlocuitor.

• Medical. Aplicațiile medicale pentru imprimarea 3D cu metal includ proteze, șolduri și genunchi de schimb, aparate auditive și branțuri pentru pantofi. Stomatologii folosesc, de asemenea, imprimarea 3D din metal în scopuri de fabricație.

• De dresing. Producătorii de bijuterii și alți designeri folosesc metalul pentru a crea bunuri de consum destinate utilizării finale sau pentru caracteristici utile elementelor de încălțăminte sau îmbrăcăminte (de exemplu, catarame și elemente de fixare).

Cerințe hardware

• La imprimarea 3D care utilizează metal, trebuie îndeplinite anumite criterii hardware. Acestea sunt:

• Să aibă o placă de construcție / pat adecvat. Temperatura ar trebui să fie între 45 ° C și 60 ° C. Nu este nevoie de o incintă.

• Suprafața potrivită. Suprafața de construcție poate necesita bandă de pictor, PEI și un lipici.

• Extruder adecvat. Este necesară o duză specializată din oțel călit, iar temperatura trebuie să fie cuprinsă între 190 ° C și 220 ° C.

• Ventilatorul de răcire reprezintă o necesitate. 

Alegerea filamentului

Când imprimați 3D cu metal, este important să alegeți materialul potrivit pentru lucrare. Metalele detaliate mai sus sunt potrivite pentru o gamă de aplicații diferite. Alternativ, există unele cazuri în care s-ar putea folosi un alt fel de material. De exemplu:

• BASF Ultrafuse 316L. Disponibil pe piața Ultimaker, BASF Ultrafuse 316L este un compozit metal-polimer. Este compatibil cu imprimantele 3D de birou Ultimaker și este potrivit pentru realizarea de instrumente, corpuri de iluminat, jiguri, piese pentru loturi mici și componente funcționale.

• DSM Arnitel ID 2060 HT și Clariant PA6 / 66GF 20 FR. Ambele filamente sunt termoplastice și capabile să reziste la temperaturi foarte ridicate, asemenea unui metal. Totodată, oferă o bună rezistență la uzură.

• Arkema FluorX și DuPont Zytel 3D12G30FL BK309. Aceste materiale fac înlocuitori excelenți pentru oțelul inoxidabil, deoarece oferă un nivel ridicat de rezistență la coroziune. Substanțele chimice, cum ar fi solvenții, fluidele auto și agenții de curățare, nu cauzează nicio deteriorare.

• Igus Iglidur 180PF. Acest filament este autolubrifiant, ceea ce îl face foarte rezistent la uzură. Este potrivit pentru a crea piese care sunt în mod tradițional metalice, cum ar fi rulmenți, roți dințate, inele de piston. 

• XSTRAND GF30-PA6. Acest filament conține 30% fibre de sticlă, ceea ce îi conferă o rezistență chimică bună, durabilitate ridicată la tracțiune și o temperatură optimă de funcționare. Este foarte potrivit pentru imprimarea jigurilor și a corpurilor de iluminat.

Cum se imprimă cu filamente metalice

Dacă utilizați tehnologia SLM sau DMLS, trebuie să știți că în felul acesta funcționează și imprimarea 3D pe bază de metal.

Gaz

• Înainte de orice tipărire, camera de construcție trebuie umplută cu un gaz inert. Scopul său este de a diminua oxidarea și de a permite camerei să atingă o temperatură optimă pentru imprimare.

Pulbere de metal și scanare

• Pulberea de metal este aplicată pe placa de construcție, apoi laserul scanează secțiunea transversală a componentei. Aceasta fuzionează particulele de metal împreună, creând astfel următorul strat.

Straturi ulterioare

• Când primul strat este complet, se aplică un alt strat de pulbere metalică și procesul se repetă.

Structurile de susținere sunt folosite pentru a menține piesele atașate la placa de construcție. De asemenea, ajută la reducerea deformării, care poate apărea la temperaturi ridicate. După ce obiectul tipărit este răcit, excesul de pulbere trebuie îndepărtat manual și obiectul trebuie tratat.

Cu tehnologia BMD, metalul este topit într-un extruder special și este depus pe placa de construcție de mai jos, strat cu strat. La fel ca în cazul tipăririi SLM și DMLS, articolul va trebui tratat și curățat după imprimare.