Санкт-Петербург
Москва
Екатеринбург
Н.Новгород
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.

«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.

22 Сентября 2017

Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий

IMG_7104.jpg
Александр Зубков, руководитель направления «Аддитивные технологии»
zubkov@dipaul.ru



В статье приводится описание новой технологии 3D-печати металлических изделий Direct Metal Tooling. Инновационная технология позволяет печатать аддитивным методом изделия размером до 4000 мм из широкого спектра металлических сплавов.

Описание процесса DMT

Технология DMT относится к наиболее передовым процессам производства металлических изделий. В этой технологии аддитивного производства используется направленная энергия, поэтому осаждение материала происходит в конкретной точке построения. Иными словами, в отличие от технологий селективного лазерного спекания или сплавления, при использовании DMT-технологии не происходит формирования слоя строительного материала на поверхности, а материал подается в точку построения, в которую подводится энергия и где идет процесс формирования детали.

CAD-модель изделия загружается в 3D-принтер. Специализированным программным обеспечением данная модель разбивается на слои и после этого слой за слоем «выращивается» изделие.

Лазерный луч высокой мощности формирует на поверхности металла зону расплава, в которую дозированно подается металлический порошок. Порошок полностью расплавляется лазерным лучом и быстро отверждается в этой зоне. Благодаря подвижной лазерной системе, в которую так же интегрированы каналы для подачи порошков и защитного газа, и 3-х или 5-ти осевому поворотному столу, на котором формируется деталь, лазерный луч перемещается в соответствии с заданной геометрией изделия программой и происходит послойное построение детали.

Одним из ключевых условий для достижения высокой точности 3D-печати является настройка определенной толщины наплавляемого слоя металла. DMT-принтеры компании InssTek оснащены системой контроля с обратной связью. Данная система с помощью встроенных CCD-камер измеряет толщину слоя и регулирует параметры в процессе печати.

В принтерах компании InssTek существует возможность выбора трех стандартных модулей для системы подачи порошка – 150, 250 и 400 мкм. В соответствии с требованиями толщина слоя может варьироваться от 100 до 1000 мкм.

Методы производства

Гибридный метод построения

Для сокращения времени 3D-печати и снижения расходов на материал, вне зависимости от размеров и сложности изделия, возможно совмещение традиционных методов механической обработки и 3D-печати по DMT-технологии. При изготовлении изделий сложной геометрической формы может быть использована заготовка, полученная, например, на фрезерном станке, или с помощью литья, а основная формообразующая часть изделия «выращивается» на 3D-принтере. При этом геометрия поверхности заготовки не обязательно должна быть плоской, а может иметь произвольную форму.

Основные преимущества технологии DMT

Перечислим основные технологические возможности установок InssTek и преимущества технологий DMT перед другими методами производства металлических изделий.

Неограниченный размер изделий

Технология DMT позволяет изготавливать металлические изделия неограниченных размеров. Инженеры компании InssTek разработали установку с максимальной рабочей зоной до 4000 мм, но готовы изготовить на заказ и более вместительную машину при возникновении у предприятий потребности в 3D-печати металлических деталей большего размера. Базовый принцип технологии DMT позволяет масштабировать рабочую зону в требуемых пределах.

Высокие механические свойства изделий

Металлические детали, напечатанные на 3D-принтерах InssTek, обладают практически 100% плотностью, отсутствием внутренних дефектов и точек роста дислокаций, и, как следствие, высокой механической прочностью на уровне кованых изделий. При этом, в отличие от технологий на базе выборочного плавления (SLM/DMLS/DMP), в рамках постпроцессинга для отжига дефектов не требуется проводить термообработку изделий.

Возможность изготовления изделий из композитных металлических сплавов

При использовании одновременно нескольких материалов 3D-принтер InssTek имеет возможность изготавливать детали, состоящие из слоев двух и более различных металлических сплавов, получая композитные изделия с заданными свойствами и требуемой геометрии. При этом соединение слоев осуществляется на молекулярном уровне.

Возможность нанесения защитных покрытий

Защитные покрытия наносятся на металлические изделия методом наплавки и предохраняют детали от механического износа и воздействия агрессивной внешней среды в процессе эксплуатации изделий. Нанесение защитных покрытий существенно увеличивает срок службы деталей.

Возможность восстановления и ремонта металлических изделий

Инновационная технология InssTek Auto tracking предназначена для восстановления металлических деталей, подверженных износу в процессе эксплуатации. Ремонтируемое изделие устанавливается в рабочую зону 3D-принтера, цифровая 3D-модель базовой детали загружается в машину и система в автоматическом режиме производит наплавку требуемым материалом до восстановления изначальной геометрии износившегося изделия. Контроль 3D-печати осуществляет встроенная оптическая система сканирования. Применение: ремонт турбинных лопаток, узлов авиационных двигателей, восстановление пресс-форм термопластавтоматов и других металлических изделий подверженных механическому износу в процессе эксплуатации.

Основные параметры установок

На сегодняшний день линейка оборудования компании “InssTek” представлена следующими 3D-принтерами:

Модель

MX-Mini

MX-400

MX-600

MX-1000

MX-Grande

Рабочая зона, мм

200x200x200

400x450x300

600x450x350

1000x800x650

4000x1000x1000

Мощность лазера, кВт

0.3 (оцп.0.5)

0.5 (оцп.1)

1 (опц. 2)

1 (опц. 2)

5

Модули SDM

500 / 800

500 / 800/1200

500 / 800 / 1200

500 / 800 / 1200

1200

Макс. кол-во питателей

2

3

3

3

3

Кол-во осей

3

5

5

5

6

Технические параметры модулей SDM

Стандартный SDM модуль предназначена для формирования металлического слоя (наплавления) на поверхности металлической подложки/детали. Используется как основная часть при 3D-печати металлическим порошковым материалом.

Оптическая система (mirror optics) стандартного SDM модуля фокусирует мощность, сгенерированную лазерной системой, в пучок диаметром до 1800 ㎛ (микрон) в зависимости от типа модуля  и направляет на поверхность металлической подложки/детали. В результате данного излучения поверхность металла достигает температуры плавления и образуется локальная зона расплава на поверхности подложки/детали. В образованную зону расплава через сопла, расположенные на насадке SDM модуля, подается металлический порошок. Металлический порошок плавится и быстро застывает. Модуль SDM перемещается в зависимости от геометрии изделия по заданной программе и процесс повторяется. Таким образом слой за слоем «выращивается» (или восстанавливается) деталь.

Модуль SDM крепится на несущей пластине внутри корпуса принтера с возможностью перемещения по осям XYZ с точностью позиционирования до 50 мкм. Подключается оптоволоконным кабелем со специализированным разъемом к лазерной системе. На данной пластине так же закрепляются питатели объемом по 0,6 или 1 л, в которые загружается рабочий материал (металлический порошок). Модуль SDM имеет возможность загрузки и работы с тремя порошками одновременно. Благодаря этому возможно изготовление частей (наплавки) из нескольких материалов. Рабочий материал в инертной среде (shielding gas – обычно аргон) по каналам подачи (coaxial powder) подается к соплам (nozzle), расположенным на насадке модуля SDM. При достижении заданной программой координаты, в соответствии с 3D-моделью, порошок дозированно подается в зону расплава. В модуле используется система регулировки скорости подачи материала, а камеры (ССD-камера) расположенные на модуле SDM позволяют организовать замкнутую систему контроля качества печати в реальном времени – камеры фиксируют количество наплавленного порошка (толщину слоя), таким образом обеспечивается заданная точность изготовления.

«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.
«Нам кузнец не нужен». Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий.