3D-принтеры технологии струйного нанесения связующего (MBJ) для 3D-печати на металлический порошковый слой
Технология струйного нанесения связующего на металлический порошковый слой, является самым быстрым методом 3D-печати для производства металлических заготовок. Этот метод позволяет быстро создавать металлические детали, путем использования специального связующего материала, который связывает металлический порошок в процессе 3D-печати. Поскольку метод не требует нагрева внутри рабочей камеры, то нет необходимости в длительном ее охлаждении или нагреве, также нет среды инертного газа, а время между партиями может составлять всего 15 минут. Такая скорость производства качественных изделий из металла, полученных методом 3D-печати, позволяет использовать технологию в серийном производстве небольших деталей в различных отраслях промышленности. Однако, всего лишь несколько компаний являются производителями 3D-принтеров с технологией струйного нанесение связующего для 3D-печати на металлический порошковый слой. В этой публикации расскажем о четырех ведущих производителей в индустрии аддитивного производства: российский бренд AM.TECH, HP, Desktop Metal, Markforged. Давайте рассмотрим каждую из них. 3D-принтеры AM. TECH MBJ-400 PRO и AM. TECH MBJ-500 PRO Фото 1: AM.TECH MBJ-400 PRO и AM. TECH MBJ-500 PRO 3D-принтеры российского бренда AM.TECH MBJ-400 PRO и AM. TECH MBJ-500 PRO технологии струйного нанесения связующего разработаны для 3D-печати металлических деталей. Оборудование имеет платформы построения размерами 400х220х200 мм (объем 17,6 литров) и 500х450х400 (объем 90 литров). Размеры платформы построения позволяют производить 3D-печать крупных и мелких изделий в серийном производстве. Данные 3D-принтеры российского бренда AM.TECH MBJ-400 PRO и AM. TECH MBJ-500 PRO предназначены для быстрого производства функциональных деталей из различных порошковых металлических материалов. Фото 2: 3D-печать гидравлической детали из нержавеющей стали 316L AM.TECH MBJ-400 PRO Для получения более точной информации мы обратились к Руководителю отдела продаж оборудования для 3D-печати металлами и керамикой в компании ООО «Ай 3Д», Казакевичу Георгию Владимировичу, вот, что он рассказал: «На данный момент отработаны режимы для таких сплавов как 17-4 PH, 304L, 316L, 420L, Инконель 625, Инконель 718, Инструментальная сталь. Профили спекания при необходимости могут быть оперативно адаптированы под отечественные аналоги материалов. Данные системы начинают работать с процесса нанесения тонкого слоя порошка на поверхность платформы построения. В работе используется порошок с фракцией 5-25 мкм, после нанесения порошка - печатающие головки, наносят капли связующего вещества в порошковый слой в соответствии с сечением деталидеталей в этом слое. Затем платформа построения опускается и наносится следующий слой порошка. Так слой за слоем в камере построения формуется геометрия детали. Программное обеспечение оборудования позволяет управлять всеми настройками 3D-печати для оптимизации процесса под разные сплавы. После 3D-печати мы получаем не конечную деталь, а заготовку, так называемую зеленую деталь. В начале ее необходимо просушить для набора первичной прочности и подготовке к дальнейшему спеканию. Данная технология выделяется тем, что в процессе печати у нас нет термического воздействия, а значит в заготовке отсутствуют напряжения и нет вероятности коробления, отсутствует необходимость построения поддержек. Что бы деталь достигла высоких механических свойств ее необходимо спечь, это возможно сделать в вакуумной печи с использованием дополнительного сплава (инфильтрата), что помогает минимизировать усадку, но получается композитная деталь. Если мы хотим получить деталь полностью из основного материала, то необходимо использование отличных режимов спекания и заранее масштабировать деталь под усадку в процессе спекания. С прогнозированием усадки и корректирующим масштабированием помогает программное обеспечение.» В заключении Георгий Владимирович добавил: «Оборудование AM.TECH поставляется как комплекс, со всеми необходимыми модулями, чтобы получать металлические изделия высокой прочности, с относительной плотностью более 97%. В состав комплекса входят: Эта уникальная и перспективная технология аддитивного производства представлена на Московском Цифровом Заводе» 3D-принтер HP Metal Jet S100 Фото 3: Система струйного нанесения связующего (BJT) от компании HP включает в себя 3D-принтер S100, а также дополнительное оборудование. Технологии струйного нанесения связующего компании HP на протяжении десятилетий лидировали на рынке устройств 3D-печати, поэтому неудивительно, что компания НР является крупным игроком данной технологии. Компания HP начала разрабатывать технологию 3D-печати в 2014 году разработав технологию струйного нанесения связующего (Multi Jet Fusion) на полимерный порошковый слой, затем технологию струйного нанесения связующего на металлический порошковый слой (Metal Jet). Созданная технология HP Metal Jet позволяет производить изделия с плотностью материала после спекания более 97%, аналогично MIM технологиям. В течение многих лет технологию Metal Jet тестировалась несколькими клиентами, но последняя версия 3D-принтера Metal Jet S100, стала доступна всем клиентам в 2023 году. Уникальностью 3D-принтеров производства компании HP является использование термоэлемента, входящего в состав струйного нагревателя, который не только точно подает связующее вещество на металлический слой порошка, но также может нагревать его для удаления части жидкого связующего вещества. Фото 4: Компания Volkswagen использует HP Metal Jet для разработки концепции производство деталей по индивидуальному заказу. Если посмотреть на состав оборудования, которое на Фото 3, то может показаться, что система HP Metal Jet S100 состоит из большого количество оборудования, но все это необходимо для процесса 3D-печати, отчистки от порошка, просеивания и т.д. Компания HP интегрировала все части процесса, исключая печь для спекания, поскольку у большинства клиентов она уже есть. Полный пакет оборудования спроектирован для использования его в серийном производстве. Важным фактором 3D-принтера является программное обеспечение, которое контролирует каждый этап 3D-печати. В этой системе автоматизирован расход металлического порошка. Так, при эксплуатации 3D-принтера металлический порошок, который не был использован во время 3D-печати, в станции удаления порошка собирается для повторного его использования. Затем с помощью передвижного блока перемещается в станцию управления порошком, где происходит его просеивание и смешивание с новым порошком, который автоматически загружается в модуль построения. После, выполнения процессов обработки, конечные детали могут подвергаться механической обработке и полировке в соответствии к требованиям к чистоте поверхности. На данный момент HP S100 работает с материалами на основе стали 17-4 PH и нержавеющей стали 316L, в дальнейшем также планируется разработка других материалов, которые используются в MIM технологиях или по индивидуальному заказу клиентов. Комплексное решение для 3D-печати HP Metal Jet S100 включает в себя: Кроме того, HP предлагает полный набор услуг по обучению и обслуживанию, чтобы оказать клиентам максимальную помощь в использовании технологии HP Metal Jet. 3D-принтер Markforged PX100 Фото 5: 3D-принтер PX100 компании Markforged Компания Markforged является одним из ведущих производителей 3D-принтеров по технологии экструзии металлических и полимерных материалов. Однако, для расширения линейки металлических 3D-принтеров в 2022 году приобрела шведскую компанию Digital Metal специализирующуюся в технологии струйного нанесения связующего для 3D-печати на слой металлического порошка. В 2023 году компания Markforged переименовала 3D-принтер DMP Pro компании Digital Metal в Markforged PX100. Фото 6: 3D-принтер PX100 компании Markforged специализируется на 3D-печати с большой детализацией для товаров народного потребления, медицинских инструментов и других применений. Основой 3D-принтера является гранитная плита, которая необходима для стабилизации устройства и устранения вибраций во время 3D-печати. Поэтому, 3D-принтер PX100 в два раза тяжелее, чем любой другой 3D-принтер данной технологии. Кроме того, в 3D-принтере используются плавные линейные двигатели и подшипники, которые обеспечивают высокую точность при 3D-печати около 1 микрона. 3D-принтер позволяет производить детали больших и мелких размеров на платформе построения 250х217х186 мм. При использовании 3D-принтера для 3D-печати деталей мелких размеров, он способен производить сотни или даже тысячи изделий за одну загрузку, такие как циферблаты часов или медицинские инструменты. Компания предлагает клиентам системы с ручным или автоматическим управлением удаления порошка. В оборудование входит простой стол с вытяжкой для подготовки порошка к 3D-печати, ручная или полуавтоматическая станция отчистки от порошка. Также, имеется полностью автоматизированная система, которая подключается к ручной или полуавтоматической станции отчистки порошка, в который автоматически дозируется новый порошок для его смешивания с собранным порошком на станции отчистки, где затем просеивает его с производительностью 120 кг/ч. Поскольку метод не требует нагрева или этапа отверждения, спекания, также нет необходимости в длительном охлаждении или нагреве, поэтому время между партиями может составлять всего 15 минут. 3D-принтер Desktop Production System Metal P-50 Фото 7: Desktop Metal Production System P-50 является флагманским 3D-принтером компании и самым быстрым на рынке Флагманский 3D-принтер компании Desktop Metal Production System P-50 разработан, как самый быстрый способ аддитивного производства методом 3D-печати металлических деталей для использования в массовом производстве. Система 3D-печати была произведена в 2017 году, но с тех пор претерпела несколько обновлений и улучшений. Отличительной особенностью системы Desktop Metal Production System P-50 является набор технологий однопроходного струйного нанесения связующего. Так, процесс включает в себя нанесение порошка и распределение в тонкий слой, а затем нанесение связующего. Процесс однопроходного струйного нанесения связующего объединяет эти три процесса в один унифицированный этап. За один проход интегрированная каретка выполняет нанесение слоя порошка, распределяет его на платформе и наносит связующее. Благодаря одновременному выполнению этих действий каждый слой наносится всего за 3 секунды. Эта система имеет высокую скорость 3D-печати среди четырех брендов, а использование волнового нанесения порошка обеспечивает постоянную плотность в каждом слое. Оборудование оснащено системой управления газом, которая поддерживает инертную среду в рабочей камере построения, что необходимо при 3D-печати деталей с химически активными металлами, такими как титан и алюминий. После 3D-печати детали, которые находятся в порошковом слое, помещают в печь, чтобы активировать связующее, что приводит к получению более прочных зеленых заготовок. Затем происходит перемещение на станцию отчистки, где сыпучий порошок удаляется, а детали подготавливаются к спеканию. Фото 8: Слева, деталь, которая подверглась неравномерной усадке и деформации во время спекания, а справа та же деталь смоделированная программным обеспечением Live Sinter, которое устраняет искажения в конструкциях деталей при подготовки к 3D-печати. Компания разработала удобную программу для моделирования Live Sinter, которая позволяет производить симуляцию процесса, корректировку усадки и деформацию металлических деталей, произведенных методом 3D-печати. После корректировки на основе сканирования программное обеспечение позволяет исправлять искажения, получая детали с точностью 1% от заданного размера с отклонением всего +/- 0,3% без искажений, перекосов и других распространенных проблем спекания. Детали после 3D-печати имеют плотность более 99% без необходимости выполнения инфильтрации или удаления связующего растворителем, со свойствами, аналогичные отливкам. Промышленный 3D-принтер Desktop Metal Production System P-50 производит детали из 16 различных материалов, включая нержавеющую сталь, медь, золото, серебро и химически активные металлы. Технология имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями, такими как литье металла под давлением, а также другими технологиями 3D-печати с использованием металлического порошка. 3D-принтеры имеют большую скоростью 3D-печати, поскольку печатающие головки обычно работают быстрее, чем лазеры или электронные лучи, которые используются в других технологиях. Несмотря на свои преимущества, на рынке существует не очень много производителей 3D-принтеров технологией струйного нанесения связующего. В этой статье мы рассмотрели системы четырех ведущих брендов, которые уже успешно эксплуатируются, но скоро компания GE Additive, также объявила о разработке 3D-принтера Series 3. 
