Drukarka laserowa 3D do metalu. Wszystko, co musisz wiedzieć, w jednym miejscu

Druk 3D to błyskawicznie rozwijająca się technologia uznawana obecnie za przyszłość produkcji krótkoseryjnej. 

Jednak nie zawsze było tak optymistycznie. Kiedy druk 3D pojawił się kilka dobrych dekad temu i był traktowany jak dosyć efektowna, ale powolna ciekawostka, która nie znajdzie realnego zastosowania. Był czasami stosowany do projektowania i prototypowania, ale nigdy nie miał stać się jedną z podstawowych metod produkcji.

Jednak ci, którzy nie wróżyli dobrze drukarkom 3D, nie mogli bardziej się mylić. W ciągu ostatnich 10 lat technologia druku 3D - i to w metalu - rozwinęła się na tyle, że przyciągnęła wielu czołowych producentów i znajduje zastosowanie w coraz nowych dziedzinach przemysłu.

Drukarki 3D do metalu

W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił gwałtowny wzrost zarówno podaży, jak i popytu na drukarki 3D do metalu. Producenci, co i rusz, wprowadzają na rynek nowe rozwiązania do produkcji przyrostowej do metali, które są szybsze, łatwiejsze w obsłudze i bardziej wydajne, a także pozwalają wykorzystać większą liczbą różnych metali.

Z tego względu coraz większa liczba firm stosuje technologie druku 3D w metalu do produkcji metalowych części i prototypów, czerpiąc również korzyści ze zwiększonej swobody projektowania wynikającej z samej idei druku przyrostowego. Drukarki 3D w metalu są wykorzystywane obecnie w różnych gałęziach przemysłu, takich jak branża kosmiczna, lotnicza, motoryzacyjna, urządzenia medyczne, narzędziowa i nie tylko.

Druk 3D

Druk 3D, zwany również technologią przyrostową, to proces tworzenia trójwymiarowego obiektu od podstaw, warstwa po warstwie. Zwykle zaczyna się od cyfrowego, trójwymiarowego modelu detalu, który jest cyfrowo "cięty" przez oprogramowanie na wiele bardzo cienkich warstw, gdzie grubość warstw zależy od kształtu produktu oraz rodzaju używanego materiału.

Następnie do drukarki ładowany jest surowiec, zwykle w postaci proszku lub granulek. Najbardziej popularnym materiałem są oczywiście tworzywa sztuczne, jednak coraz częściej stosowane są także metale, takie jak aluminium, tytan, stale narzędziowe i nierdzewne, nikiel, miedź, brąz, kobalt oraz metale szlachetne (złoto, srebro, platyna). Surowiec jest podgrzewany do temperatury topnienia i nakładany przez maszynę na powierzchnię roboczą, warstwa po warstwie, aż do wydrukowania całego produktu.

Druk 3D w metalu

Kiedy patrzymy na rosnącą liczbę zastosowań przemysłowych i komercyjnych technologii przyrostowej, w czołówce zawsze znajduje się druk 3D w metalu. Jest to jedna z najszybciej rozwijających się technologii produkcji. Można go obecnie stosować w połączeniu z innymi technikami do wytwarzania prototypów oraz produkcji krótkoseryjnej. W niektórych przypadkach jakość metalowych przedmiotów drukowanych metodami 3D oraz wydajność druku są już porównywalne, a nawet wyższe, niż w przypadku technologii tradycyjnych.

Druk 3D w metalu używany jest w prototypowaniu oraz produkcji krótkoseryjnej w przemyśle kosmicznym, lotnictwie, przemyśle motoryzacyjnym, inżynierii oraz przy produkcji systemów medycznych i laboratoryjnych.

Jak działa druk 3D w metalu?

Druk 3D w metalu to szerokie określenie rodziny kilku technologii. Mówiąc najprościej, każdą technologię wytwarzania, która umożliwia tworzenie metalowych obiektów warstwa po warstwie przez przetapianie, spawanie lub spiekanie, można nazwać procesem druku 3D w metalu. Rozwiązań pozwalających drukować w metalu jest naprawdę sporo, jednak warto - jak zawsze - poznać te najbardziej powszechnie stosowane.

Podstawowe technologie druku 3D

W druku 3D w metalu stosowane są trzy główne technologie:

• DMLS (bezpośrednie przetapianie laserowe)
• SLM (selektywne przetapianie laserowe)
• EBM (topienie wiązką elektronów)

Druk 3D DMLS

Bezpośrednie przetapianie laserowe lub DMLS jest najpopularniejszą metodą drukowania 3D metalu. Laser jest tu używany do przetapiania metalicznego proszku, warstwa po warstwie, w celu utworzenia drukowanego detalu.

Materiały stosowane w tej technice druku obejmują szeroką gamę stopów metali, takich jak stal maraging, aluminium, stopy niklu i chromu Inconel 625, stopy kobaltu i chromu oraz tytan.

Technika DMLS służy do tworzenia prototypów i części maszyn. Może być używana do produkcji elementów z podcięciami, wnękami oraz rożnymi kątami nachylenia. Należą do nich wyroby medyczne, instrumenty, prototypy oraz narzędzia.

Druk 3D SLM

Selektywne przetapianie laserowe lub SLM, jak sugeruje sama nazwa, polega na topieniu materiału. Druk 3D odbywa się w środowisku gazu obojętnego. Z tego powodu jakość druku 3D SLM jest bardzo zbliżona do jakości detali wytwarzanych metodami odlewniczymi lub kutych.

Przedmioty wykonane w technologii druku SLM 3D są bardzo trwałe. Z tego względu technologię tą można wykorzystać do produkcji części mechanicznych, takich jak śmigła i koła zębate oraz wyrobów stosowanych w branży motoryzacyjnej, medycznej i lotniczej.

Druk 3D EBM

Technika topienia wiązką elektronów lub EBM jest podobna do druku metodą SLM, ale zamiast lasera wykorzystuje wiązkę elektronów. Ta technologia jest szybsza i bardziej dokładna niż drukowanie wspomagane laserowo, a drukowane przy jej pomocy wyroby są generalnie bardziej wytrzymałe niż detale uzyskane w innych procesach druku w metalu.

Metoda EBM używana jest głównie do produkcji przedmiotów z tytanu oraz kobaltu i obejmuje części oraz komponenty do samolotów, promów kosmicznych, rakiet oraz silników.

Zalety druku 3D w metalu

Wielką zaletą druku 3D w metalu jest swoboda projektowania. Druk 3D daje producentom możliwość wytwarzania elementów o ekstremalnej złożoności geometrycznej, których albo nie można wykonać, albo są one bardzo trudne do wykonania, przy użyciu tradycyjnych technik obróbki.

Minimalna ilość odpadów: W większości przypadków jedynym materiałem potrzebnym do wydrukowania produktu jest ten, który jest stosowany w gotowym produkcie. Poza tym, praktycznie nie ma nadmiaru materiału, a wszelkie pozostałości można ponownie wykorzystać lub poddać recyklingowi. Oznacza to oczywiście niższy koszt procesu produkcji.

Produkcja jednoetapowa: podczas procesu druku 3D maszyna pracuje automatycznie, bez nadzoru operatora. Oznacza to, że jeden operator może jednocześnie obsługiwać wiele drukarek, co pozwala obniżyć koszty pracy. Zmniejsza się również zależność od innych tradycyjnych procesów produkcyjnych, takich jak obróbka skrawaniem, frezowanie i spawanie, ponieważ cały proces produkcji odbywa się w jednej maszynie.

Ponadto drukarki 3D do metalu są znacznie mniejsze, niż większość zaawansowanych maszyn do obróbki CNC, dzięki czemu zajmują mniej miejsca w hali produkcyjnej. Pozwalają też skrócić czas trwania procesu produkcyjnego.

Poza tym druk 3D w metalu:

• Pozwala szybciej wytwarzać skomplikowane detale w porównaniu do tradycyjnych metod produkcji.
• Druk 3D w metalu jest tańszy niż techniki tradycyjne
• W zależności od wybranej technologii druk 3D w metalu pozwala precyzyjnie wytwarzać obiekty o bardzo złożonej geometrii.
• Nawet w przypadku bardzo złożonych projektów uzyskuje się części o niezwykle wysokiej wytrzymałości. Jest to jeden z powodów, dla których komponenty drukowane w 3D są bardzo poszukiwane w przemyśle lotniczym, kosmicznym i wojskowości.
• Druk 3D w metalu nie generuje odpadów materiałowych, w przeciwieństwie do tradycyjnych metod produkcji.

Krótko mówiąc, druk 3D w metalu jest idealną techniką tworzenia skomplikowanych części, które są trudne do wyprodukowania przy użyciu technologii tradycyjnych lub gdy taka produkcja byłaby nieefektywna.

Przyszłość druku 3D

W przyszłości wiele "wad" druku 3D zostanie zminimalizowanych lub całkowicie wyeliminowanych, ponieważ technologia staje się coraz bardziej powszechna. A ponieważ projektanci nie próżnują i innowacje pojawiają się jak grzyby po deszczu, maleć będzie również koszt samych drukarek 3D.

Nowe drukarki będą także w stanie wykorzystać więcej rodzajów materiałów i staną się szybsze. Dlatego projekty, których realizacja zajmuje obecnie całe dni, zostaną zakończone w ciągu godzin lub nawet minut.

W nadchodzących latach druk 3D będzie nadal ewoluował i zmieni krajobraz produkcji. Będzie stanowić podstawę produkcji niestandardowej i krótkoseryjnej. Będzie także używany w produkcji masowej w wielu branżach, takich jak motoryzacja, lotnictwo, opieka zdrowotna i nie tylko.