Промышленные применения AT & 3D решений для профессионалов

10 заблуждений о 3D-печати металлом

3D-печать металлическим порошком сделала стремительный рывок в развитии за последние десять лет. При этом с развитием отрасли появилось множество мифов и заблуждений.

Эксперты i3D используют свой опыт, чтобы разобраться с основными заблуждениями об аддитивных технологиях.

Миф 1. Аддитивное производство заменит традиционное производство

В ближайшие годы стоимость производства с помощью 3D-печати будет снижаться, печать станет еще более популярной. При этом она может оставаться дорогой для производства больших партий.

Те, кто работают с аддитивными технологиями (далее — АТ), считают их дополнением к традиционному производству. Детали, которые проще изготовить на трехосном станке с ЧПУ обычно так и производят. При этом изделия сложной формы можно создавать только на 3D-принтере. Такие детали невозможно выполнить с использованием традиционного производства. Кроме того, напечатанные детали получаются легче, а на изготовление расходуется меньше материала.

Аддитивное производство металлических изделий будет способствовать продаже станков с ЧПУ и других традиционных инструментов для обработки деталей. Завод будущего включит в себя множество технологий производства! Задача инженеров по разработке продукции будет заключаться в том, чтобы знать, когда использовать конкретную технологию для придания продукции наибольшей ценности.

01| Детали, которые проще изготовить на трехосном станке с ЧПУ обычно так и производят. (фотография предоставлена Glenn McKechnie)

unnamed-_4_.jpg

02| Диаграмма Ишикавы для параметров, влияющих на качество напечатанных на металлическом принтере изделий (предоставлена доктором Кристофом Хаберландом, компания Siemens Industrial Turbomachinery AB)

unnamed-_3_.jpg

Миф 2. Почти все может быть изготовлено с помощью АТ

Аддитивное производство подходит для создания сложных изделий, которые невозможно сделать традиционным способом. Повышение сложности не добавляет значительных затрат на моделирование детали на станке. Но это высказывание не учитывает дополнительного времени на разработку или последующую обработку.

Изготавливать изделия простой геометрии на металлическом 3D-принтере нерентабельно. Это не означает, что они не могут быть сделаны с использованием АТ. Могут, но дешевле изготавливать традиционно. Металлические принтеры созданы для решения куда более сложных задач.

Миф 3. Нужно только нажать кнопку печати, станок сделает все остальное

Один из самых больших мифов об АТ: большинство металлических 3D-принтеров производят детали с минимальными припусками. На самом деле, детали, требующие высокой точности, подвергаются механической обработке или постобработке другим способом. Большинство задач по предварительной и последующей обработке не автоматизировано, требует знаний и навыков оператора.

Некоторые производители начинают решать эту проблему, интегрируя АТ в станки с ЧПУ для производства гибридных систем.

При подготовке модели оператор должен решить, как лучше всего расположить детали, где какие типы опорных конструкций и анкеров использовать. Кроме того, он должен определить наилучшие рабочие параметры станка, чтобы оптимально расплавлять металл и успешно регулировать качество продукции.

03| Кристоф Хаберланд из компании Siemens Industrial Turbomachinery AB создал диаграмму Ишикавы с факторами, влияющими на качество при печати на металлическом 3D-принтере

unnamed-_2_.jpg

Миф 4. Настольные 3D-принтеры аналогичны промышленным системам АТ

Бесчисленные СМИ, голливудские фильмы, телесериалы, личные беседы изображали недорогие трехмерные принтеры способными производить высококачественные изделия промышленного качества. Это не так. Например, в недавнем фильме Ocean’s Eight («Восемь подруг Оушена») представлен настольный принтер, производящий золотые ювелирные изделия с драгоценными камнями на таких уровнях качества, которые просто не достижимы. Некоторые промышленные станки высокого технического уровня могут обрабатывать драгоценные металлы, такие как золото, например. Но для получения хорошего результата может потребоваться несколько суток последующей обработки.

Сегодня материалы для систем АТ на основе экструзии доступны на рынке, так что проникновение процесса metal AM на дешевый рынок настольных компьютеров — лишь вопрос времени. Тем не менее, между настольными 3D-принтерами и высокотехнологичными системами аддитивного производства будет сохраняться большой разрыв в качестве и скорости.

В любом случае, это не должно истолковываться как обесценивание настольных 3D-принтеров. Наоборот, настольные 3D-принтеры — невероятно ценные инструменты для генерации идей, для моделирования по прототипу. Мы твердо убеждены, что почти каждый инженер или дизайнер должен иметь под рукой настольный 3D-принтер. Однако они также должны иметь доступ к машинам промышленного производства, когда им требуется выполнить определенные работы.

Миф 5. АТ позволяют удешевить производство

Есть мнение, что при помощи аддитивного производства можно снизить цены на продукцию. Это так, когда речь идет о небольших и средних объемах производства. При обычном производстве затраты уменьшаются по мере увеличения объема производства. С АТ затраты остаются примерно постоянными, за некоторыми исключениями. Точка безубыточности (точка, где пересекаются две линии) зависит от размера, цены материала и производительности станка в сочетании с другими факторами.

04| При традиционном производстве затраты обычно уменьшаются по мере увеличения объема производства. При AM затраты остаются примерно постоянными, за некоторыми

исключениями.

unnamed-_1_.jpg

Миф 6. 3D-принтер будет в «каждом доме»

Многие думают что 3D-принтер будет в каждом доме. Вряд ли. Даже самые простые настольные принтеры требуют навыков проектирования и программных средств, недоступных большинству людей. Большинство современных 3D-принтеров слишком дороги, чтобы покупать их без конкретной цели.

В будущем могут появиться простое, недорогое оборудование, предназначенное для детей и любителей. Оно будет пригодно только для печати определенными материалами. Появление принтера, предназначенного для изготовления шоколада и других продуктов, возможно. Но лучше этот вид работы оставлять кулинарным специалистам. Идея 3D-печати дома сродни использованию многочисленных швейных машин, но уже мало кто носит одежду домашнего производства.

Миф 7. Вся продукция 3D-печати действительно произведена с использованием 3D-печати

Мы часто обсуждаем «продукцию 3D-печати», выполненную из металла и/или полимера. Большая часть изделий вообще не печатается. Мы видим это на примере обуви, где с помощью 3D-печати изготавливается только подошва или часть стельки или сандалии. Основная часть изделия выполняется с применением методов обычного производства.

Еще один пример — гитары, выпускаемые компанией ODD Guitars. Мы можем называть их 3D-печатными гитарами, но только их основные корпуса печатаются на 3D-принтерах. Гитарные шейки обрабатываются на станках ЧПУ, мосты и тюнеры отливаются, а пластмассовые кольца и ручки изготавливаются при помощи метода литья под давлением. Другие части гитар производятся с использованием других методов.

05| Рис. 4. Вариант слева не подходит для AM


Еще пример — устройства для выравнивания зубов Invisalign, выпускаемые компанией Align Technology. Мы можем называть их стоматологическими выравнивателями, напечатанными на 3D-принтерах, но AM используется только для одного этапа процесса. Сами выравниватели не печатаются в формате 3D. Разрабатывается цифровая модель зубов пациента. Специалист-ортодонт манипулирует цифровой моделью для создания серии моделей зубов. Каждая трехмерная модель печатается на системе с фотополимеризационной ванной, которая служит «формой». При высоких температурах формируется термопластичный пластификатор . Пятиосный фрезерный станок используется для отсечения излишнего материала, чтобы выравниватель был хорошо подогнан по линии десны. Лазерная гравировка, галтовка и другие процессы используются для маркировки, полировки и очистки. Процесс от начала до конца действительно представляет собой фабрику будущего, причем АТ является лишь его частью.

Фактически, изделия такого типа были бы невозможны или недоступны по цене без использования АТ.

Мия 8. Большинство технологий 3D-печати металлом аналогичны

Системы сплавления порошкового слоя (Fusion Powder Bed) отличаются от систем послойной плавки материала с прямым использованием энергии (Directed Energy Deposition); системы лазерной плавки порошкового слоя (Laser Powder Bed Fusion) отличаются от систем электронно-лучевой плавки порошкового слоя (Electron Beam Powder Bed Fusion). Детали, выпускаемые с помощью разных технологий, обладают различными металлургическими свойствами — опорные конструкции, анкеры и качество обработки поверхности. Объем последующей обработки тоже разный.

Важно понимать, что каждая технология имеет свои преимущества и недостатки. Принтеры тоже. Знание типов принтеров и технологий важно для выбора технологии и способа проектирования.

Миф 9. Напечатанные на металлическом 3D-принтере детали хуже обычных

В таблице приведены некоторые общие рекомендации, как выполняется сравнение печати с обычным производством.

При использовании металлических 3D-принтеров сокращается количество материала, вес продукции. Используя более прочный и дорогой материал, Вы сможете получить более качественную и функциональную деталь. Общая стоимость материала будет ниже, поскольку используется меньшее количество материала.

06| В таблице мы сравнили детали АТ с обычным производством

Механические свойства Обработка поверхности
Отливка в песчаную форму AM превосходит AM превосходит
Прецизионная отливка AM превосходит AM уступает
Ковка или штамповка AM уступает AM уступает

Миф 10. Материалов для аддитивного производства мало

Большая часть технического проектирования связана с выбором материала. Можно подобрать материал и технологию печати, чтобы получить наилучший результат.

Существует огромное количество материалов для 3D-печати металлом. Посмотрите в каталоге материалов i3D. Это только начало. С каждым годом доступных для печати материалов будет все больше.

Заключение

3D-печать металлом становится все популярнее. Со временем будет доступно больше ресурсов для развития и совершенствования этой технологии. Появятся еще более производительные и более дешевые станки.

Недостаточное понимание реалий процесса 3D-печати металлом не дает применять технологию широко. Мы в i3D хотим рассказать, как применять 3D-печать с выгодой! Ведь удачные решения делают счастливыми поставщиков станков, материалов, вызывают восторг у клиентов.