Никого уже давно не удивить 3d принтерами по пластику, которые сейчас доступны буквально каждому. С их помощью можно создавать пластиковые предметы любой формы и для любой цели, например напечатать игрушку или восстановить утерянную деталь. Это разумеется приятно, но по настоящему полезных областей применения печати пластиком не так уж и много. Совсем другое дело - печать металлом, за счёт нее можно создавать металлические изделия любой сложной формы за один присест, что гораздо быстрее и экономичнее стандартных операций металлообработки.
Технология
Сегодня 3d печать металлами это уже реальность. Оборудование, позволяющее это делать, производят довольно много разных компаний, цены пока правда кусаются (стоимость одного принтера может доходить до нескольких десятков и даже сотен миллионов рублей), но для промышленного производства или научных исследований вполне посильное приобретение. Существует несколько способов послойного создания объемных изделий (3d печати), при печати металлами наиболее популярны технологии лазерного спекания или лазерной плавки.
Процесс заключается в нанесении тонкого слоя порошка и спекания этого порошка лазерным лучом. Это повторяется много раз, слой за слоем, пока не получится нужная деталь. Лазерная плавка отличается от спекания тем, что увеличивается температура нагрева и происходит полное расплавления порошка для получения более плотных изделий. Продвинутой модификацией является электронно-лучевая плавка, она позволяет повысить производительность и точность печати. Эти технологии позволяют использовать в качестве "чернил" разные металлы и сплавы на основе железа, никеля и титана, драгоценные металлы и т.д. Кстати эти порошки специально для 3d печати уже во всю производятся различными фирмами и стоят тоже очень немало.
Преимущества
Основное преимущество 3d печати это возможность создать деталь практически любой формы, какой бы сложной она не была. Обычно для получения изделий сложной формы используют литьё, для этого заранее подготавливают специальные заготовки, куда потом будут заливать жидкий металл. Это довольно трудоёмкая процедура и в случае, когда требуется не серийное производство, а например одна конкретная деталь, 3d печать это идеальная альтернатива. Яркий пример - протезы, их размер и форма для каждого конкретного пациента всегда уникальны и 3d печать здесь очень даже кстати.
Ещё одним традиционным способом получения деталей является металлообработка (например токарная) заготовок стандартной формы чтобы получить нужное изделие. Понятно, что при этом образуется много стружки и обрезков, другими словами отходов. Выход готовой продукции 70-80% от использованного материала считается очень хорошим показателем. Конечно, это страшно не экономично, а 3d печать могла бы решить эту проблему поскольку эффективность здесь гораздо выше.
Важное преимущество, и в то же время недостаток 3d печатных железяк это их пористость. Дело в том, что технологии послойной печати пока не позволяют добиться 100% плотности металла, так или иначе присутствует какое-то количество микропор. Пористость может являться преимуществом тогда, когда важен малый вес детали (понятно, что чем больше пор в металле тем легче будет деталь) и при этом она не испытывает серьёзных механических нагрузок.
Недостатки
Куда же без ложки дёгтя в этой бочке мёда?
Сначала поговорим о всё тех же порах, наличие которых является одним из основных камней преткновения 3d печати. Кстати, вот как они примерно выглядят:
Понятно, что эти "дыры" в объеме детали плохо сказываются на механических свойствах, и какую-нибудь очень важную деталь, которая работает под большой нагрузкой (например коленвал автомобиля) с помощью 3d печати лучше пока не делать. Хотя последнее время появились исследования, которые показывают, что даже несмотря на наличие пор, напечатанные изделия могут обладать лучшими механическими свойствами по сравнению с литыми аналогами. Это имеет место только потому, что микроструктура, которая образуется при литье (так называемая дендритная) тоже не очень-то хороша для механических свойств. Но если сравнивать 3d печать с какой-нибудь деталью после полноценного цикла обработок, например ковки и различных отжигов то это сравнение явно не в пользу 3d печати.
Тут мы плавно подобрались к ещё одному недостатку. Некоторые свойства металлических деталей очень сильно зависят от их внутренней микроструктуры. И для того чтобы получить необходимую структуру и свойства применяют кучу всяких операций. Например, сплав из которого делают листы для трансформаторов (железо-кремний) проходит около 10-15 процедур (различные прокатки, длительные нагревы и т.д.) для того, чтобы обладать наилучшими магнитными свойствами. С помощью 3d печати такие свойства сейчас получить никак нельзя, и вполне возможно, нельзя будет никогда.
И наконец последний недостаток это дороговизна технологии. Если вы вдруг соберетесь сейчас купить себе на производство 3d принтер, то помимо заоблачной цены за само устройство, вам ещё придётся не слабо разориться на обслуживание и расходные материалы (порошки), которые тоже сейчас стоят очень дорого.
Всё-таки несмотря на все недостатки есть ощущение, что 3d печать металлом в скором времени займёт значительное место в металлургической промышленности.
Спасибо, что прочитали!