В предыдущей части статьи мы познакомили вас с технологией Metal MEX, привели ее ключевые характеристики. Сегодня речь пойдет о её преимуществах и ограничениях, а также об областях ее применения и о том, как правильно подобрать для нее сырьё.
Преимущества Metal МЕХ
Metal MEX предлагает несколько заметных преимуществ:
- Низкая стоимость. Оборудование и эксплуатационные расходы обычно ниже, чем у других методов 3D-печати металлами. Это делает технологию доступной для малых и средних предприятий.
- Безопасность. В отличие от технологий, использующих сыпучие металлические порошки, Metal MEX снижает риски, связанные с вдыханием порошка и взрывоопасностью. Это создаёт более безопасные условия для работы.
- Универсальность. Metal MEX позволяет работать с различными материалами, включая металлы и керамику. Это расширяет возможности её применения в разных отраслях промышленности.
- Экологичность. Технология минимизирует отходы материалов и снижает энергопотребление, что соответствует современным требованиям к устойчивому производству.
- Простота использования. Metal MEX особенно удобна в системах, работающих с филаментом (нитью). Процесс печати похож на 3D-печать полимерами, что упрощает обучение операторов и ускоряет внедрение технологии.
Проблемы Metal MEX
Да, как и любая технология, MEX сталкивается с проблемами, которые необходимо решать. Вот как они проявляются на разных этапах и применительно к разным аспектам технологии.
- Механические свойства. Получение стабильных и высококачественных характеристик может быть осложнено из-за таких факторов, как пористость и анизотропия (различие свойств в разных направлениях), которые возникают при послойном создании деталей.
- Удаление связующего и спекание. Эти процессы часто занимают много времени и требуют строгого контроля. Любые ошибки могут привести к дефектам, что снижает эффективность производства.
- Выбор материалов. Хотя список материалов, совместимых с Metal MEX, постепенно расширяется, он всё ещё ограничен по сравнению с традиционными методами производства. Это может сузить область применения технологии.
- Точность размеров. Во время удаления связующего и спекания детали могут значительно уменьшаться в размерах (усадка). Это усложняет производство деталей с точными размерами и требует тщательного проектирования и контроля процесса.
- Масштабируемость. Использование Metal MEX для массового производства затруднено, так как сложно поддерживать стабильное качество при больших объёмах выпуска.
Как создать сырье для Metal МЕХ
Создание сырья для Metal MEX требует тщательного баланса материалов и технологий обработки.
Выбор материала имеет решающее значение. Требуется металлический порошок, обладающий подходящими характеристиками в плане размера и формы частиц, чтобы обеспечить надлежащую текучесть и спекание. Связующая система должна обеспечивать необходимые реологические свойства для экструзии и быть удаляемой, не оставляя остатков, которые могут испортить конечную деталь. На этапе смешивания металлический порошок и связующее вещество объединяются для получения однородной смеси. Этот этап часто требует специального оборудования для обеспечения однородности и предотвращения агломерации частиц. Формование сырья включает в себя обработку смеси в форму, совместимую с принтером Metal MEX. Для систем на основе нитей смесь экструдируется в нити. Для систем на основе шнека или плунжера она может быть сформирована в гранулы или стержни.
На что требуется обратить внимание:
- Характеристики порошка: они влияют на текучесть и плотность материала, что сказывается на процессе печати и свойствах готовой детали.
- Связующее вещество: оно определяет, как сырьё ведёт себя при экструзии и насколько эффективно удаляется.
- Доля металлического порошка: чем выше содержание порошка, тем меньше усадка при спекании, но тем сложнее экструзия.
- Точность, воспроизводимость и повторяемость: эти параметры критически важны для промышленного применения технологии.
Показатель точности в данном случае характеризует то, насколько близко изготовленная деталь соответствует предполагаемым размерам. На это может повлиять усадка материала во время удаления связующего и спекания. Точность подразумевает постоянство размеров в нескольких деталях, произведенных в одной партии. Изменения в параметрах печати или исходном сырье могут повлиять на точность. Повторяемость — это способность давать стабильные результаты в разных производственных циклах. Поддержание стабильных условий процесса и качества сырья имеет решающее значение.
Области применения
Metal MEX находит применение в различных отраслях:
- Аэрокосмическая промышленность: производство легких компонентов со сложной геометрией для самолетов и космических аппаратов, где снижение веса имеет решающее значение.
- Автомобилестроение:изготовление деталей, прототипов и инструментов по индивидуальному заказу, ускорение циклов разработки и внедрение инноваций в дизайн.
- Биомедицина: создание имплантатов, протезов и хирургических инструментов, адаптированных к индивидуальным потребностям пациента, что улучшает результаты и сокращает время операции.
- Инструментальная оснастка: изготовление форм, штампов и приспособлений сложной конструкции, повышающих гибкость производства и сокращающих сроки выполнения заказов.
Материалы
С Metal MEX совместимы различные материалы:
- Нержавеющие стали: 316L и 17-4PH широко используются благодаря своим превосходным механическим свойствам и коррозионной стойкости.
- Титановые сплавы: Ti-6Al-4V популярен в областях, где требуется высокое соотношение прочности и веса, например, в аэрокосмической и биомедицинской отраслях.
- Медь и сплавы: используются благодаря своей электро- и теплопроводности в таких устройствах, как теплообменники и электрические компоненты.
- Инструментальные стали и суперсплавы: такие материалы, как инструментальная сталь H13, быстрорежущая сталь M2 и Inconel 625, расширяют возможности применения в более сложных условиях.
- Керамика и композиты: изучаются новые материалы для дальнейшего расширения возможностей MEX.
Перспективы развития
Будущее MEX многообещающе и имеет несколько ключевых направлений развития:
- Улучшение механических свойств: исследования направлены на оптимизацию параметров обработки, разработку современных связующих систем и совершенствование методов постобработки для производства деталей с превосходными механическими свойствами.
- Повышение эффективности удаления связующих и спекания: такие инновации, как каталитическое удаление связующего и микроволновое спекание, направлены на сокращение времени обработки и потребления энергии, что делает MEX более конкурентоспособным методом.
- Расширение совместимости материалов: ведутся работы по включению большего количества металлов, сплавов и композитных материалов, что открывает новые области применения и отрасли.
- Разработка гибридных систем: интеграция нескольких производственных процессов в единую систему может оптимизировать рабочие процессы, сократить затраты и повысить безопасность.
- Установление стандартов: разработка отраслевых стандартов для процессов и материалов MEX будет иметь важное значение для их повсеместного внедрения, обеспечивая качество и надежность в различных системах и сферах.
Технология Metal MEX открывает перспективное направление в аддитивном производстве, объединяя свободу дизайна, экономичность и универсальность при создании сложных деталей, часто недостижимых традиционными методами. Она находит применение в аэрокосмической, автомобильной, биомедицинской промышленности и в производстве инструментов, предоставляя возможности для разработки изделий с внутренними каналами и уникальными конструктивными решениями. Преимущества технологии включают снижение затрат, минимизацию отходов, работу с различными материалами, повышение безопасности за счёт уменьшения использования сыпучих порошков и экологичность за счет сокращения энергопотребления.
Однако Metal MEX сталкивается с рядом вызовов, среди которых ухудшение механических свойств изделий из-за пористости и анизотропии, проблемы точности размеров, вызванные усадкой при спекании, а также трудности масштабируемости производства при сохранении стабильного качества. Кроме того, несмотря на расширение списка совместимых материалов, она остаётся ограниченной по сравнению с традиционными методами. Перспективы развития этой технологии включают оптимизацию процессов, изучение новых материалов и внедрение гибридных систем, что может способствовать установлению отраслевых стандартов и широкому внедрению Metal MEX в производственные отрасли будущего.
При подготовке статьи были использованы материалы A Review on Material Extrusion Additive Manufacturing of Metal and How It Compares with Metal Injection Moulding.
