Обзор технологий 3D-печати металлами

Аддитивный технологический процесс – это процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала, как правило, слой за слоем в отличие от вычитающего (субтрактивного) производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, штамповки).

Применение аддитивных технологий позволяет изготовить изделия, производить которые другими методами или технически затруднительно/невозможно, или экономически нецелесообразно. 3D-печать металлами обеспечивает непревзойденную гибкость проектирования, сокращает сроков разработки, производства и выхода на рынок, уменьшая вредное воздействие на окружающую среду. Анализ применения технологии в России и за рубежом свидетельствует о том, что технология уже достаточно зрелая не только для прототипирования, но и для изготовления функциональных деталей ответственного назначения.

3D-печать металлами возможна с применением одной из следующих технологий (названия технологий приведены в соответствии со стандартом ГОСТ Р 57558-2017):

Прямой подвод энергии и материала (directed energy deposition). Процесс АП, в котором энергия от внешнего источника используется для соединения материалов путем их сплавления в процессе нанесения.

Как следует из названия, материал и энергия для его сплавления подводятся одновременно в область построения изделия. В этой группе технологий применяют установки, рабочий орган которых – головка – оснащен системами подвода материала и энергии обычно в виде лазерного излучения или электронного луча. 

Экструзия материала (material extrusion). Процесс АП, в котором материал выборочно подается через сопло или жиклер. В область построения детали через подогреваемый экструдер выдавливается пастообразный материал, представляющий собой смесь металлического порошка и связующего-пластификатора. Построенная таким образом деталь помещается в печь для удаления связующего и дальнейшего спекания.

Листовая ламинация (sheet lamination). Процесс АП, в котором изготовление детали осуществляется послойным соединением листовых материалов.

К данной группе относят технологии, в работе которых для изготовления изделий применяют листовой материал в виде металлической фольги. Тонкие металлические пластины сваривают с помощью ультразвука, а затем излишек металла удаляют с помощью механической обработки. Благодаря данной технологии можно получать композитные изделия из материалов, сварка которых в обычных условиях невозможна.

Синтез на подложке (powder bed fusion). Процесс АП, в котором энергия от внешнего источника используется для избирательного спекания/сплавления предварительно нанесенного слоя порошкового материала.

В эту группу входит многочисленная группа технологий, в которых в качестве источника тепла применяется лазер, а также ряд других, где используется электронный луч. 

Одна из таких технологий – технология селективного лазерного сплавления (ссылка на статью о селективном лазерном сплавлении), которую реализуют 3D-принтеры от компании Renishaw.