Самые популярные металлические порошки для 3D-печати

Печать металлом – это одна из самых перспективных отраслей будущего. Она позволяет избежать массы недостатков, присущих классическому литью или штамповке. Для изготовления детали используют специальный порошок, из которого получается заготовка. Именно он придает конечному изделию то или иное физическое свойство.

• Основные характеристики металлической 3D-печати
• Технология печати
• Виды металлических порошков для 3D-печати
  • Титановый порошок для 3D-принтера
  • Сталь
  • Алюминий и сплавы
  • Кобальт-хром
  • Никелевые сплавы
  • Прочие сплавы и металлы
• Производство порошка для 3D-принтера

Основные характеристики металлической 3D-печати

Металлические 3D-принтеры используют на крупных производствах. Они находят свое применение в конструкторских бюро, инженерных цехах и НИИ. В гражданских сферах принтеры по металлу ставят в медицинских центрах.

Технология аддитивной печати позволяет сделать сложные переплетенные конструкции в виде единой детали. Например, в 2020 году NASA сделало «космическую ткань». Материал напоминает по фактуре кольчугу с очень сложным внутренним рисунком. Разница между древним доспехом и современным материалом заключается в технологии производства. Кольчугу плели, сцепляя каждое звено вручную. Космическую ткань напечатали в один проход.

Космическая ткань

Металлические изделия, сделанные на 3D-принтере, ценят за их характеристики:

1. Высокая прочность готовой детали. Показатели плотности выше, чем при литье металла, в 1,5 раза.
2. Сложная геометрия. Можно печатать запутанные фигуры причудливой геометрии. Например, сделать высокопрочную цепь без точек сварки.
3. Широкий выбор сплавов и материалов. От алюминия до титана.
4. Шероховатая поверхность изделия. В некоторых случаях это плюс, а не минус.
5. Нет напряжения в металле, чего практически невозможно добиться при литье.
6. Большой спектр постобработки.

Отдельной строкой можно выделить себестоимость готовой детали. Для печати порошком не требуется специальная оснастка, как, например, для литья. Нужную деталь загружают в память программы, и через непродолжительное время она появляется из принтера.

Печать детали

Технология печати

Существует несколько основных технологий печати:

1.  SLM  – базовая технология печати металлическим порошком. Деталь образуется за счет спекания материала во внутренней камере печатного устройства под воздействием лазера.
2. DMP – практически полный аналог предыдущей технологии. Такое решение можно встретить в принтерах компании 3D Systems.
3. EBM – технология, при которой спекание порошка происходит под действием электронно-лучевой пушки.

Есть частная разновидность SLM-технологии под названием DMLS. Второй вариант подразумевает, что частицы порошка нагреваются до меньших температур. Материал не переходит в жидкое состояние.

Справка! Технология печати SLM была разработана Вильгельмом Майнерсом, Конрадом Виссенбахом, а также Дитером Шварцом и Маттиасом Фокеле. Впоследствии основатель Дитер Шварц ушел в компанию SLM Solutions GmbH, которая является одним из мировых лидеров по производству 3D-принтеров по металлу.

Оператор за 3D-принтером от SLM Solutions

Виды металлических порошков для 3D-печати

Существует порядка 20 самых известных материалов на основе металлического порошка, которые используют для решения разных задач. Например, технолог может взять титановый сплав для создания каркаса будущего узла, а стенки и внутренности механизма изготовить из алюминия. Получится прочная и легкая конструкция с нужными эксплуатационными характеристиками.

Металлические порошки активно используют в авиационной, автомобильной, аэрокосмической промышленности. С помощью аддитивных технологий инженеры создают сложные узлы и инновационные детали. Основные типы порошков: титановые, стальные, алюминиевые, кобальт-хромовые, никелевые.

Важно! Говоря «порошок», мы подразумеваем сплав на основе одного из перечисленных металлов.

Титановый порошок для 3D-принтера

Самый распространенный сплав – Ti6Al4V. Он обладает отличными эксплуатационными характеристиками. Сплав титана по праву считается одним из самых крепких и прочных среди прочих металлов. Готовое изделие имеет плотность 4500 кг/м. Показатели прочности на разрыв доходят до отметки 900 Мпа. Максимальная температура – до +1100 °C. Материал ценят за легкость и надежность. Его часто применяют в авиастроении и космической отрасли.

Сталь

Инструментальная сталь используется повсеместно. Самые распространенные сплавы: 1.2343, 1.2344, 1.2367, 1.2709. С помощью данного материала изготавливают пресс-формы для литья, разные инструменты: резцы, измерительные штампы и оснастки. Обычно стальные сплавы содержат от 0,7 % углерода. Это делает материал более вязким. Конечные изделия получают увеличенную прочность и твердость.

Алюминий и сплавы

Данный материал считается одним из самых дешевых на рынке литиевых сплавов. Наиболее распространенные порошки – типа AlSi10Mg, AlSi12. У данного материала есть несколько преимуществ: высокая стойкость к коррозии, теплопроводность, жидкотекучесть. Сплав хорошо проводит электрический ток. Его используют при изготовлении габаритных тонкостенных деталей.

Кобальт-хром

Сплав CoCr – один из самых распространенных материалов для изготовления деталей в авиационной и ракетной отрасли. Сплав обладает высокими механическими свойствами. Из него делают различные узлы и детали со сложной геометрией. Кобальт-хромовые сплавы используют при производстве кламмерных протезов.

Никелевые сплавы

Основная особенность никеля – способность растворять в себе другие металлы, не теряя прочности. Именно эта характеристика делает его одним из самых распространенных в различных отраслях. Например, из сплава NiСr делают жаропрочные лопатки для реактивных двигателей. Некоторые сплавы никеля сравнимы по температуре плавления с титановым порошком. Их верхний порог доходит до отметки в +1100 °C. Самые распространенные сплавы никеля – Inconel 625, Inconel 718, Inconel 939, Invar 36, NX.

Прочие сплавы и металлы

Среди прочих распространенных металлов можно выделить еще две группы:

1. Сплавы из нержавейки. Порошки с содержанием хрома не менее 12 %. К ним можно отнести 15-5PH, 17-4PH, AISI 410, AISI 304L, AISI 316L, AISI 904L.
2. Сплавы цветных металлов. Металлический порошок с добавлением меди или олова. К таким материалам относят CuSn6, CuSn10.

Есть и менее востребованные сплавы, например, на основе вольфрама.

Интересно! Существуют порошки из драгоценных металлов. В частности, компания Cooksongold создала платиновый порошок для печати ювелирных украшений. Готовые изделия получают 950 пробу и могут похвастать лучшими механическими характеристиками.

Платиновые украшения

Производство порошка для 3D-принтера

Себестоимость изготовления материала для «заправки» 3D-принтера по металлу выше, чем, например, филамента или фотополимера. Этим объясняется цена готового изделия. На заводе горячий расплав металла «распыляют» струей газа, воды или плазмы для получения порошка. Это значительно усложняет и увеличивает стоимость производства.

Интересно! В 2019 году группа российских ученых из НИТУ МИСиС разработала новый способ изготовления порошка титана и алюминия. При его производстве используют планетарную мельницу. Получают как бы полуфабрикат, который доходит до нужных механических свойств уже в процессе печати.

Операторы SLM-станков используют порошок несколько раз. В частности, они перерабатывают брак, а также пускают в повторное производство поддержки. А это около 10 % от полной массы печатной заготовки. Остатки измельчают и перерабатывают на специальных установках – атомайзерах.

Атомайзер

Существует большое количество порошков на основе металлических сплавов. Все они решают те или иные задачи. Нужно подбирать материал, исходя из физических, механических и химических свойств конечного изделия.