5 rodzajów procesów druku 3D z metalu i stosowane w nich materiały

Druk 3D z metalu, czyli wytwarzanie przyrostowe, odmienił branżę produkcyjną i prototypowanie, umożliwiając wytwarzanie złożonych, wysokowydajnych części metalowych. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod polegających na usuwaniu materiału druk 3D z metalu buduje części warstwa po warstwie, co zapewnia większą precyzję i swobodę projektowania. Dzięki wielu dostępnym procesom druku 3D z metalu firmy mogą dziś wytwarzać części i komponenty metalowe dopasowane do potrzeb różnych branż – od lotnictwa po motoryzację. W tym artykule omawiamy pięć popularnych rodzajów procesów druku 3D z metalu oraz materiały stosowane w każdym z nich.

1. Selektywne topienie laserowe (SLM)

Selektywne topienie laserowe to jedna z najpopularniejszych metod druku 3D z metalu. Polega na topieniu proszku metalowego za pomocą lasera dużej mocy, dzięki czemu gotowa część powstaje warstwa po warstwie. SLM pozwala uzyskać bardzo szczegółowe i wytrzymałe części o imponujących właściwościach mechanicznych.

Materiały: W technologii SLM stosuje się wiele metali, m.in. stopy tytanu, stal nierdzewną, aluminium i Inconel. Te proszki metali łączą znakomity stosunek wytrzymałości do masy z odpornością na wysokie temperatury, dlatego idealnie sprawdzają się w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym.

SLM doskonale nadaje się do druku 3D z metalu na zamówienie, ponieważ umożliwia wytwarzanie części o złożonej geometrii, które byłyby zbyt trudne lub wręcz niemożliwe do wykonania konwencjonalnymi technikami produkcji. Jeśli więc potrzebne są części o specyficznych wymaganiach, SLM jest atrakcyjnym rozwiązaniem, ponieważ minimalizuje koszty oprzyrządowania i skraca czas wprowadzenia produktów na rynek.

2. Topienie wiązką elektronów (EBM)

EBM, czyli topienie wiązką elektronów, to metoda stapiania w złożu proszkowym podobna do SLM, w której do topienia proszku metalowego zamiast lasera wykorzystuje się wiązkę elektronów. Proces ten stosuje się głównie do produkcji części dla lotnictwa, medycyny i przemysłu obronnego, ponieważ umożliwia wytwarzanie gęstych, wysokowydajnych części.

Materiały: EBM stosuje się zwykle do stopów tytanu, takich jak Ti-6Al-4V, cenionych za wytrzymałość, niską masę i biokompatybilność. Dzięki temu metoda ta może być szczególnie przydatna przy obróbce na zamówienie części, w których tytan jest potrzebny ze względu na swoje szczególne właściwości. Części wytwarzane wiązką elektronów mają wysoką gęstość i są wolne od utlenienia, co zwiększa ich wytrzymałość – wysokoenergetyczna wiązka elektronów pracuje bowiem w próżni. Kolejną zaletą produkcji metodą EBM są mniejsze naprężenia własne, co ma ogromne znaczenie w przemyśle ciężkim.

3. Osadzanie ukierunkowaną energią (DED)

Metalowy wspornik w kształcie litery Y, wydruk 3D firmy Norck

Termin „osadzanie ukierunkowaną energią” (DED) oznacza odmianę druku 3D z metalu, w której materiał metalowy jest przetapiany na podłożu za pomocą skupionego źródła energii, takiego jak laser lub wiązka elektronów. Proces ten uchodzi za wyjątkowo elastyczny, dlatego części można w dużym stopniu dostosowywać, naprawiać lub modyfikować.

Materiały: W technologii DED można przetwarzać różne materiały, w tym stale nierdzewne, stopy tytanu, Inconel i stopy kobaltowo-chromowe. Wybiera się je zwykle ze względu na odporność na korozję i wysokie temperatury oraz właściwości mechaniczne.

Ponadto DED jest często wykorzystywane do obróbki na zamówienie, ponieważ pozwala dodawać materiał do istniejących komponentów w celu ich naprawy lub modyfikacji konstrukcji bez konieczności ponownego wytwarzania całej części.

4. Binder Jetting

Binder Jetting (natryskiwanie spoiwa) to proces druku 3D z metalu, w którym ciekłe spoiwo jest selektywnie nanoszone na proszek metalowy, tworząc część. Po wydrukowaniu całej części umieszcza się ją w piecu w celu spiekania, podczas którego cząstki metalu łączą się w litą strukturę. Metodę tę stosuje się zazwyczaj przy produkcji małych i średnich serii.

Materiały: Do najczęściej stosowanych materiałów w technologii Binder Jetting należą stal nierdzewna, miedź i stal narzędziowa, a wybór materiału często wynika z potrzeby uzyskania mniej obciążonych, ale wytrzymałych i trwałych komponentów pracujących pod dużymi obciążeniami.

Jedną z zalet technologii Binder Jetting stosowanej w ramach usług druku 3D z metalu jest na przykład możliwość drukowania części o złożonej geometrii. Dzięki temu firmy nie muszą zmagać się z kłopotliwym wytwarzaniem części na zamówienie przy małych seriach prototypowych lub niskich wolumenach produkcji.

5. Ekstruzja metalu (druk FDM z metalu)

Ekstruzja metalu, czyli osadzanie topionego materiału (FDM) z metalu, działa tak samo jak standardowe FDM z tworzyw sztucznych, z tą różnicą, że zamiast filamentów termoplastycznych stosuje się filamenty metalowe. Są one mieszaniną proszków metali i spoiw i są wytłaczane przez podgrzewaną dyszę warstwa po warstwie, tworząc pożądaną część.

Materiały: Ekstruzję metalu można prowadzić z użyciem różnych materiałów, takich jak stal nierdzewna, brąz i aluminium. Dobór materiału jest często kompromisem między wymaganiami stawianymi części (wytrzymałość, plastyczność i koszt). Metodę tę często wykorzystuje się w druku 3D z metalu na zamówienie przy produkcji małoseryjnej lub w przypadku części przeznaczonych do dalszej obróbki końcowej. Ekstruzja metalu umożliwia również produkcję na dużą skalę, co czyni ją elastycznym wyborem dla firm oferujących usługi druku 3D z metalu.

Podsumowanie

Choć SLM, EBM, DED, Binder Jetting i ekstruzja metalu przetwarzają metale na potrzeby druku 3D, każda z tych metod ma swoje unikatowe zalety, zależne od właściwości materiału, złożoności części i docelowych zastosowań. Jeśli potrzebne są części obrabiane na zamówienie do zastosowań w lotnictwie, motoryzacji czy medycynie, warto wiedzieć, że druk 3D z metalu pozwala dziś osiągnąć elastyczność i wysoką precyzję, jakich oczekuje się od nowoczesnej produkcji. Skontaktuj się z nami, aby dobrać odpowiednią metodę druku 3D i materiał do wytwarzania wysokowydajnych części do konkretnych zastosowań.