Najnowsze drukarki 3D pozwalają na tworzenie metalowych elementów

Technologia druku 3D z metalu ma już prawie 30 lat, ale wciąż jest postrzegana jako nowatorski sposób na tworzenie precyzyjnych elementów. Sama technika wykonywania modeli ze sproszkowanych stopów metali wciąż się rozwija, dzięki czemu staje się coraz dokładniejsza. Nowoczesna drukarka do metalu znajduje szerokie zastosowanie w wielu branżach.

Druk 3D w Polsce

W pierwszej połowie 2015 roku powstał raport „Printelize Online 3D Printing”, którego celem było pokazanie popularności druku 3D w Polsce. Dane zgromadziła Fundacja Centrum Innowacji FIRE na podstawie rozmów z 97 firmami związanymi z branżą druku 3D. Wyniki badania pokazały, że drukarki 3D dopiero zyskują na swojej popularności, a po 6 latach można stwierdzić, że są już chętnie wykorzystywane w wielu dziedzinach życia.

Doskonałym tego przykładem są przytoczone liczby. Jeszcze w 2013 roku na Allegro można było znaleźć około 30 aukcji oferujących sprzedaż drukarek 3D. Dla porównania dzisiaj na platformie znajduje się ponad 5 tys. ofert sprzedaży drukarek 3D oraz aż 25 tys. aukcji dotyczących sprzedaży części i osprzętu do tych urządzeń. Szczyt popularności odnotowuje drukowanie 3D z metalu, w którym wykorzystuje się sproszkowane stopy tego surowca. Rozwój technologiczny postępuje dynamicznie, o czym dowiesz się z artykułu: Inteligentne miasta przyszłości

Nowoczesna drukarka 3D metal – SLM, DMLS

Drukarki do metalu SLM i DMLS to zastrzeżone nazwy handlowe tej samej technologii. Polega ona na selektywnym przetapianiu sproszkowanych metali za pomocą wiązki światła lasera. Są one nanoszone warstwami aż do uzyskania wytrzymałego elementu.

Nazwa SLM (Selective Laser Melting) była równocześnie używana przez firmę EOS oraz MCP Hek. Z czasem określenie SLM zostało zastrzeżone przez drugą markę, a niemiecki koncern EOS postanowił wprowadzić własne nazewnictwo – DMLS (Direct Metal Laser Sintering). W praktyce można również spotkać nazwę Laser Cusing, która została opatentowana przez Concept Laser.

Drukarka 3D metal DMLS nie wykorzystuje filamentów, a powstające modele tworzone są z drobno sproszkowanego stopu metali. Najczęściej wykorzystuje się w tym celu stal nierdzewną, aluminium, nikiel oraz tytan. Podczas wydruku proszek formowany jest w cienkie warstwy, co jest możliwe dzięki równomiernej ziarnistości surowca. Każda kolejna warstwa ma taką samą wysokość wyrażoną w mikronach, dlatego przygotowanie precyzyjnego stopu metalu ma bardzo istotne znaczenie w technologii druku 3D z metalu.

Drukowanie 3D metal – mechanizm działania

Drukarka do metalu posiada specjalną komorę roboczą, która nagrzewana jest do odpowiedniej temperatury, gwarantującej stabilność termiczną metalu. Na początku procesu wydruku na platformie roboczej rozprowadzana jest cienka warstwa proszku ze stopu wybranych metali. Następnie kierowana jest na nią wiązka światła lasera, która roztapia przygotowany proszek. Może to mieć miejsce tylko w ściśle określonej temperaturze. W kolejnym kroku temperatura lasera podnoszona jest do momentu powstania spieku w drukarce 3D. Metal rozprowadzany jest dalej w postaci kolejnych warstw proszku, a czynność ta powtarzana jest aż do momentu utworzenia całego modelu.

Drukowanie 3D metal – zakończenie procesu

Gotowy element 3D nie powinien być od razu wyjmowany z komory roboczej. Należy zaczekać na wystygnięcie wnętrza drukarki oraz powstałego wydruku. Po wyjęciu formy z drukarki, należy odciąć powstały element od płyty, a jeśli wybrany model wymagał dodatkowego wygenerowania supportów, jest to moment na ich mechaniczne usunięcie.

Zarówno technologia DMLS, jak i SLM wymaga dodatkowego utworzenia trwałych struktur podporowych. Wykonany wydruk potrzebuje ich ze względu na szybki skurcz stopu metali, który spowodowany jest różnicą temperatur pomiędzy komorą roboczą a metalem w stanie ciekłym. Zadaniem podpory jest utrzymywanie detalu w miejscu na platformie startowej, co pozwala uniknąć opadania i nadmiernego przetopu kolejnych warstw modelu wykonanego w drukarce do metalu.

Drukowanie 3D z metalu – zastosowanie

Technologia druku 3D z metalu wykorzystywana jest do:

• budowy drobnych i precyzyjnych struktur przestrzennych, których nie da się uzyskać metodami odlewniczymi i ubytkowymi,
• produkcji lekkich części do silników lotniczych wykonanych ze stopów niklu,
• produkcji profesjonalnych implantów medycznych i stomatologicznych,
• produkcji narzędzi do form wtryskowych,
• wykonywania biżuterii z metali szlachetnych,
• prototypowania metalowych części i elementów.

Wykonywanie modeli w technologii druku DMLS lub SLM pozwala zaoszczędzić wiele czasu i uzyskać trwały element. Ścianki powstałych modeli, w zależności od ułożenia warstw, mogą mieć grubość nawet 0,1 mm, a mimo to zachowują oczekiwaną wytrzymałość.

Dodatkową zaletą drukowania 3D z metalu jest dokładność oraz powtarzalność wykonywanych elementów, co jest szczególnie istotne w produkcji precyzyjnych części. Innym udogodnieniem jest możliwość wykorzystania dowolnego stopu metali, co zwiększa możliwości uruchamiania produkcji krótkoseryjnej. Druk 3D charakteryzuje się również znaczną oszczędnością – niespieczony metal wykorzystywany jest nawet w 95-99%.