В современном мире активно развиваются и используются усовершенствованные технологии, которые, конечно же, касаются и обработки металла, позволяют выпускать более качественную и надежную продукцию. И на сегодня особой популярностью пользуются именно аддитивные технологии, которые помогают существенно сократить себестоимость изделий, производить сложные детали без какого-либо брака на основе всевозможных материалов.
Особенности аддитивной обработки сплавов
Под аддитивным производством подразумевается процесс получения изделий на основе применения компьютерных 3D-моделей. Изготовление продукции осуществляется путем послойного нанесения тонких слоев материала, из-за чего данный процесс еще называется «выращиванием».
Для начала разрабатывается модель на компьютере, а затем происходит ее непосредственно выращивание на специализированном оборудовании, а именно 3D-принтере.
Данная технология позволяет одновременно использовать разные по характеристикам и составу материалов и получать детали с уникальными физическими параметрами и эксплуатационными возможностями. Поэтому такая новая сфера производства металлопродукции успешно используется во многих отраслях.
Такой вариант получения металлопродукции обладает массой достоинств:
- Уникальные возможности для изготовления металлических изделий. Специалисты утверждают, что по своим эксплуатационным характеристикам и качеству детали путем аддитивного изготовления значительно лучше, нежели аналоги, создаваемые иными стандартными технологиями.
- Возможность производить изделия высокого уровня сложности и рассчитывать на отсутствие каких-либо погрешностей. Ни литье, ни штамповка, ни иная металлообработка не позволяет производить сложные с точки зрения геометрии изделия, в то время как промышленные 3D-принтеры подходят для изготовления моделей практически любого формата. При этом можно соединить несколько деталей в единую сборочную единицу, используя усложненные элементы, тонкие стенки, мельчайшие сетки, разнообразные внутренние каналы. Это настоящий прорыв в сфере производства ответственных и сложных металлических элементов.
- Уменьшение количества расходного материала и низкая себестоимость готовой металлопродукции. Классические методы изготовления деталей затратные, а потери расходников ощутимые. Но при современном изготовлении используется программное обеспечение, которое осуществляет точный расчет необходимых материалов, точно задает все необходимые параметры. К тому же существенно уменьшаются расходы на оснастку, поскольку производить качественную продукцию можно и без ее применения.
- Высокая скорость изготовления и мобильность производственного процесса. С помощью таких современных технологий можно в короткое время производить любые детали, поскольку не нужно делать габаритные модели и какие-либо традиционные чертежи, так как используются исключительно компьютерные модели. Таким образом, можно отметить малую продолжительность стадии разработки и быстрый запуск проекта в работу. Причем всегда можно отправить цифровую модель на любое иное предприятие в необходимой стране и сразу же приступить к ее производству, что весьма удобно.
- Возможность интеграции новой технологии в любой технологический процесс. Это позволит снизить количество операций и времени на изготовление необходимой продукции.
Это отличная возможность производить принципиально новые и сложные детали для любой необходимой промышленной сферы.
Виды аддитивной обработки
Новые технологии позволяют использовать большое разнообразие материалов, а именно пластик, различные металлы, сплавы. Поэтому на сегодня они активно используются в авиационной, космической, автомобильной, станкостроительной промышленности, в сфере электроники, медицины, научных исследований и т. д.
Помимо этого, существует сразу несколько видов аддитивного производства:
- Лазерное плавление порошков на основе металла (SLM). Это один из самых универсальных и востребованных методов 3D-печати, поскольку во многом превосходит традиционные варианты обработки, позволяет получить уникальные по своим рабочим параметрам изделия, причем со сложной геометрией. Технология основана на точечном сплавлении металлического порошка по заданной траектории движения лазера. К тому же методика позволяет использовать внушительное разнообразие материалов. Но чаще всего для обеспечения требуемой жесткости конструкций используются специализированные поддерживающие элементы.
- Электронно-лучевое проплавление (EBM) по заранее выполненному слою. Сплавление материала осуществляется путем применения электронного луча в вакууме при повышенных температурах. Это отличный вариант для работы с металлами, которые подвергаются растрескиванию при проведении методики SLM. К плюсам такого производства относится высокое разрешение в горизонтальной плоскости, обширный перечень используемых металлов.
- Метод LENS. Это газопорошковое лазерное наплавление, которое относится к методу прямого подвода энергии и материала, то есть порошок непосредственно вводится в зону сплавления. Порошок подается под давлением в воздухе либо в специальном инертном газе. Это отличный вариант для производства крупногабаритных деталей простой формы либо нанесения защитных слоев, а также для ремонта сложных профильных элементов.
- Метод EBAM. Это проволочное наплавление путем использования электронного луча, которое заключается в прямом подводе материалов в зону сплавления, обеспечивает высокую производительность.
Выбор конкретного варианта обработки напрямую зависит от габаритов детали и требуемых геометрических параметров, доступности сырья, его поставки (в виде порошка или проволоки) и т. д.
Конечно же, в последнее время наиболее часто используются металлические порошки, поскольку они позволяют получать огромное разнообразие деталей, элементов, механизмов для всевозможных промышленных отраслей. Рассмотрим основные варианты.
Аддитивная обработка алюминиевых сплавов
Алюминиевые изделия, созданные с помощью аддитивных технологий, активно используются в автомобилестроении, аэрокосмической отрасли, в сфере электроники, строительства, при производстве авиационных деталей. По большому счету усовершенствованные технологии востребованы там, где алюминий уже давно и широко используется. Для расширения возможностей применения отдельных методик ведутся работы по созданию новых порошковых сплавов с улучшенными свойствами.
Но химически активные порошки из алюминия относятся к категории взрывоопасных материалов, поэтому требуют соблюдения установленных требований безопасности. Химически активный алюминиевый порошок склонен к окислению, поэтому при определенных условиях может спровоцировать взрыв (например, при наличии искры, курении на рабочем месте). Поэтому при работе с алюминиевым порошком обязательно используется инертный газ, который подается под высоким давлением в закрытое рабочее пространство.
Самая распространенная методика для работы с алюминием — это SLM, которая под воздействием мощного лазера осуществляет спекание мелкодисперсного порошка для производства высокоточной трехмерной конструкции. Толщина каждого слоя порошка колеблется от 5 до 30 микрометров.
Готовая металлопродукция обладает улучшенными качествами, поскольку отличается сниженным весом, объемом и, соответственно, низкой себестоимостью. Добиться таких результатов даже с применением самых прогрессивных методов литья, фрезерной обработки просто невозможно, так как именно современные возможности позволяют создавать ультратонкие и высокоточные изделия без какого-либо брака.
Обрабатывание инструментальной стали
Основное предназначение инструментальных сплавов — изготовление всевозможных вариаций инструментов, так как они обладают высокой твердостью, износостойкостью, огромным сроком службы. Порошок выпускается в виде мелкодисперсных сферических гранул величиной зерна до 80 микрон. Работа проводится в среде защитного газа (азота или аргона), диаметр луча зависит напрямую от требуемых параметров готового изделия.
Такая современная обработка позволит исключить наличие какого-либо брака, рассчитывать на высокоточное изготовление металлической продукции в минимальные сроки. Это прекрасное решение как для производства единичных изделий, так и для серийного изготовления.
Аддитивная обработка титановых сплавов
Производство изделий из титана и его сплавов традиционными способами является достаточно сложной технологической задачей. К тому же титан отличается довольно высокой ценой, поэтому на сегодня широко используются именно аддитивные технологии, так как они обладают огромным потенциалом, позволяют минимизировать количество брака и отходов, таким образом, сэкономить материал, минимизировать дальнейшую механическую обработку и рассчитывать на производство продукции сложной геометрической формы.
В основном титан применяется в виде сплавов с прочими элементами, обладает такими свойствами, как высокий запас механической прочности, малая плотность, хорошая устойчивость к коррозии. По этой причине сплавы из титана считаются наиболее привлекательным металлом для производства авиационных, медицинских изделий и иной металлопродукции для разных промышленных отраслей.
В зависимости от структуры и состава металлические сплавы бывают нескольких видов. Соответственно, каждый конкретный вариант подбирается в зависимости от дальнейшей сферы применения.
В основном используется технология газовой атомизации, это когда расплавленный металл подается через сопло и наносится при помощи инертного газа. Но также выбор конкретной методики зависит и от типа производства порошка.
Такой вариант создания металлопродукции обеспечивает массу преимуществ:
- уменьшение массы готовой продукции на 31%;
- малый коэффициент использования материала;
- значительное сокращение времени на изготовление и последующую чистовую отделку;
- снижение себестоимости готовых изделий.
3D-печать востребована в производстве высококачественных протезов костей, имплантатов. Протезы, созданные с помощью 3D-принтеров, отличаются прекрасной биологической совместимостью, идеальной геометрией, что позволяет создавать их с учетом индивидуальных особенностей пациента. И, конечно же, отдельного внимания заслуживает уменьшение массы протеза, более быстрое изготовление, если сравнивать с классическими механическими технологиями.
Аддитивная металообработка никелевых сплавов
Конечно же, для получения деталей из никелевых сплавов тоже широко используются новые возможности обработки, поскольку помогают снизить время производства и сократить потери материала. Подача порошка осуществляется через сопло путем подачи струи сжатого газа. После попадания порошка на подложку осуществляется его частичный прогрев и спекание.
Никелевые сплавы используются для производства жаропрочных изделий ответственного назначения. К тому же такие сплавы отличаются хорошей механической обрабатываемостью, свариваемостью, имеют высокий запас прочности, коррозионной устойчивости, не боятся контакта с агрессивными средами.
Аддитивная обработка медных сплавов
Бронза — это распространенный сплав из меди и олова, который отлично подходит для получения обширного спектра изделий. Она отличается высокой пластичностью, хорошей стойкостью к износу, коррозионному разрушению, не боится воздействия морской воды и иных агрессивных сред. Поэтому медные сплавы в основном используются для изготовления деталей в области судостроения, при производстве теплообменников, различных корпусов, всевозможного оборудования, техники для промышленности.
Рассмотрим основные виды методик для работы с медью:
- Методика наплавленного осаждения с применением медной проволоки. Конечно же, такая проволока стоит достаточно дорого, но за счет более высокой плотности необходим меньший расход материала, к тому же возможно выполнение слоев толщиной до 100 микрон.
- Прямое лазерное спекание, которое позволяет на основе медного порошка создавать функциональную полноценную трехмерную деталь. Порошок осаждается, продукция производится послойно, после чего избыток удаляется с помощью сжатого воздуха в закрытой камере. Данный метод отличается высокой производительностью, поскольку можно делать минимально тонкий каждый слой, за счет чего готовая металлопродукция будет иметь высокую плотность, как и при высококачественном литье.
Инновационные технологии позволяют производить детали повышенной сложности в минимальные сроки.
Аддитивное обрабатывание кобальто-хромовых сплавов
Передовые возможности открыли доступ к работе с материалами, которые практически не подавались классическим методам производства. И до появления 3D-печати кобальто-хромовые сплавы практически не применялись для изготовления сложных деталей, а все из-за того, что такой материал имеет плохую жидкотекучесть, не подходил для создания тонких стенок. Но новые технологии полностью справились с данной проблемой и позволили производить максимально надежные, прочные и износоустойчивые изделия для сложных механизмов, промышленного оборудования.
Особенно востребованы данные сплавы в биомедицинской деятельности, где они часто используются для производства зубных имплантатов, протезов. По сравнению с традиционными способами производства, аддитивные технологии такими сплавами позволяют делать идеально точные детали, которые будут иметь однородную микроструктуру, что обеспечит отличный контакт с костью человека, предупредит появление многих негативных последствий.
Имплантаты на основе кобальто-хромовых сплавов существенно выигрывают по сравнению с аналогами из иных материалов за счет цитотоксического освобождения ионов никеля. Кроме того, изготавливаемые протезы прекрасно справляются с несущей нагрузкой, выигрывают с точки зрения стабильности, радуют великолепной биосовместимостью, демонстрируют формирование новой кости уже после 3 недель имплантации.
Также популярность данного материала для биомедицинских применений обусловлена его немагнитными свойствами, устойчивостью к износу и коррозии.
Обработка высококачественной стали
Усовершенствованные технологии предъявляют особые требования к порошкам, особенно если производятся детали из стали повышенного качества. И важным условием изготовления разнообразной продукции считается текучесть материала, поскольку в основе методики лежит распределение порошка по поверхности, а также его химико-физические свойства.
Аддитивное производство широко используется во многих сферах промышленности, поскольку позволяет производить изделия окончательной формы, причем часто остается минимум припуска, что весьма выгодно для всего производственного процесса, так как сокращаются отходы, минимизируются процессы чистовой обработки, исключено наличие каких-либо ошибок и несоответствий требуемым размерам.
При этом любой цикл производства обязательно включает в себя строгий контроль качества и оценку свойств материала, основных параметров работы, которые заключаются в поддержании необходимой мощности лазерной установки, контроле температурного режима и т. д.
К распространенным процессам постобработки, необходимым для повышения уровня качества деталей, относится ликвидации поддерживающего материала, который используется для создания весьма сложных объектов и с целью увеличения стабильности работы. Без применения поддержки невозможно сделать надежную трехмерную печать модели с разными плоскостями, сложными деталями, утонченными стенками, разными перекрытиями и каналами.
Чаще всего в качестве естественной поддержки используются элементы на основе порошкового или листового материала, после удаления которого остатки удаляются сжатым воздухом.
Но порой все равно может остаться многоступенчатость, остатки порошка, следы после удаления поддерживающих элементов, поэтому для достижения необходимого уровня шероховатости поверхности используется стандартная дробеструйная механическая обработка. Она позволяет удалить все ненужные и выступающие элементы и улучшить текстуру, отполировать ее до идеального состояния.
Для создания потребительской продукции, медицинских инструментов и прочих изделий, для которых важен эстетичный внешний вид, часто дополнительно используется обрабатывание парами ацетоном. Помимо этого, конечно же, каждая деталь проходит тестирование, чтобы соответствовать необходимым параметрам.
Если вы хотите заказать аддитивное изготовление продукции на основе необходимых алюминиевых, титановых, никелевых, медных и прочих сплавов, а также инструментальной, высококачественной стали, обращайтесь в производственное предприятие «ГБЦ». Мы используем в работе высококачественное оборудование, имеем огромный опыт работы и можем произвести детали любой необходимой степени сложности и в требуемом количестве.
Чтобы получить подробную консультацию, ознакомиться с расценками, сроками выполнения работы, позвоните по указанным телефонам или отправьте запрос на сайте. Специалисты ответят на все вопросы, быстро обработают каждую заявку.