Технология металлической 3D-печати через спекание

Что это такое?

Производитель 3D-оборудования Raise3D разработал уникальную технологию MetalFuse для печати прочных и обладающих превосходным качеством поверхности металлических деталей.

MetalFuse представляет собой процесс непрямой 3D-печати по металлу, т.к. сочетает FDM-печать пластиком и последующее спекание детали в печи. Это эффективный способ производить функциональные металлические изделия с меньшими затратами и на более простом оборудовании (по сравнению со спеканием порошков лазером SLM).

С помощью MetalFuse компании могут выполнять весь производственный процесс от проектирования до печати, удаления связующего, спекания и постобработки, и все это без необходимости покидать территорию своего завода.

Технология особенно полезна производствам, которым нужно быстро выпускать небольшие партии металлических изделий без инвестиций в дорогостоящие оснастку и пресс-формы и без привлечения подрядчиков.

Где применяют?

• производство оснастки и форм;
• функциональные элементы машин и механизмов;
• прототипирование металлических компонентов;
• малосерийное производство и кастомизация.

Преимущества MetalFuse

1. Доступность Печать на базе FDM-принтера делает технологию значительно более доступной, чем SLM. Стоимость входа в технологию MetalFuse в разы ниже, чем в классическую печать металлом.

2. Безопасность
Порошок уже «вмонтирован» в филамент и не пылит. Работать с ним значительно безопаснее, чем с открытым металлическим порошком. Сама печать похожа на классическую FDM. Нет необходимости в инертных газах или мощных лазерах.

3. Масштабируемость

Процесс легко масштабировать под мелкосерийное производство. Также возможно параллельное удаление связующего и спекание партий деталей, что повышает производительность.

4. Экономичность
Металлический филамент дешевле порошка для SLM-печати, а оборудование требует меньше затрат на обслуживание. К тому же отпадает необходимость в дорогой постобработке, как у многих методов аддитивного производства.

5. Качество продукции

Детали, напечатанные по технологии MetalFuse, обладают гладкой поверхностью и высокой прочностью, сопоставимой с прочностью изделий, изготовленных с помощью литья под давлением. Постобработка не обязательна.

Принцип работы

1. Подготовка цифровой модели

На этом этапе используется слайсер ideaMaker for Metal, специально разработанный для 3D-печати металлом. Программа предлагает шаблоны, оптимизированные с учетом процессов спекания и удаления связующих веществ. Легко настраивается компенсация усадки, чтобы гарантировать соответствие конечной детали заданным размерам.

2. 3D-печать

Используется филамент, содержащий до 90% металлического порошка и полимерное связующее. Деталь печатается на FDM-принтере Raise3D Forge1 с адаптированной экструзионной системой и подогреваемой камерой. Толщина слоя 0,1-0,25 мм. Получается физически прочный, но еще не металлический по свойствам образец.

3. Удаление связующего (debinding)

Напечатанная деталь перемещается в специальную станцию, где из нее удаляются связующие компоненты. В технологии MetalFuse связующее вещество удаляется из заготовки с помощью газового катализатора. Это позволяет сократить время обработки и увеличить плотность детали.

4. Спекание (sintering)

Хрупкая заготовка быстро и осторожно перемещается в вакуумную печь, где частицы порошка спекаются в монолитную структуру, сохраняя форму и размеры. При этом происходит контролируемая усадка, компенсация которой рассчитывается при подготовке модели к печати.

5. Готовая деталь

Итогом печати становятся точные и высокопрочные металлические детали. При необходимости спеченные изделия могут быть подвергнуты обработке.

Оборудование

В процессе MetalFuse последовательно используются три машины: 3D-принтер, станция для удаления связующего вещества и печь для спекания. Они представляют собой комплексное производственное решение. Коротко расскажем о каждом устройстве в том порядке, в котором оно участвует в производственной цепочке.

3D-принтер Raise3D Forge1

Это устройство работает по технологии послойного наплавления пластика (FDM/FFF). Его особенности:

• Вертикальная подача материала с использованием роликовых держателей способствует стабильности печати.

• Стеклянная поверхность рабочей платформы помогает поддерживать целостность первого слоя модели.

• Экструдер с двумя соплами: для основного материала и для печати дополнительных керамических поддержек.

• Рабочий объем камеры при использовании одного сопла: 300 × 300 × 300 мм, при использовании двух сопел: 255 × 300 × 300 мм.

• Встроенная веб-камера для контроля процесса печати.

Станция для удаления связующего полимера D200-E

В технологии MetalFuse связующее вещество удаляется из заготовки с помощью газового катализатора, чтобы подготовить деталь к спеканию.

• D200-E удаляет связующее с высокой скоростью до 1,55 мм/ч и может одновременно обработать до 70 сырых деталей всего за 15 часов.

• В качестве катализатора используется щавелевый газ — биоразлагаемое вещество с низкой токсичностью. Метановый и кислотный газ, образующиеся в D200-E, выбрасываются вместе с защитным газом (азот, аргон и т. д.) через систему фильтрации. Таким образом, D200-E является экологически чистой машиной.

• Рабочий объем 200 × 200 × 200 мм.

• Регулируемый многоуровневый поддон для хранения заготовок (7 положений).

Печь для вакуумного спекания заготовок Raise3D S200-C

• Рабочий объем 200 × 200 × 200 мм.

• Регулируемый многоуровневый поднос для хранения заготовок (6 позиций).

• Тип защитного газа: аргон, азот.

• Нагревательные элементы равномерно размещены вокруг герметичной камеры, в которой происходит спекание. Это обеспечивает равномерный прогрев со всех сторон.

• В камере реализовано раздельное управление температурой в верхней и нижней зонах с погрешностью ±5 °C, что особенно важно для трудноспекаемых или чувствительных к перегреву материалов. Результат — высокий выход качественных деталей и меньше брака.

• S200-C автоматически подает сигнал тревоги и принимает меры блокировки при при таких ситуациях, как недостаточное количество охлаждающей воды, отключение электроэнергии или недостаточный объем газа. Есть сертификат безопасности.

Материалы

Для печати используются специальные металлические нити, представляющие собой композиты с содержанием 80-90% стали и 10-20% фотополимерного связующего.

Forward AM Ultrafuse® 17-4PH. Филамент на основе порошка из нержавеющей стали 17-4PH (сплав содержит хром, никель и медь). Сочетает высокую прочность и твердость с хорошей коррозионной стойкостью.

Forward AM Ultrafuse® 316L. Филамент на основе порошка из нержавеющей стали 316L (сплав содержит хром, никель и молибден). Сочетает хорошую прочность, отличную пластичность и высокую коррозионную стойкость.