Исчерпывающее руководство по AM-машинам

Обзор оборудования для аддитивного производства (AM)

Аддитивное производство (AM), широко известное как 3D-печать, совершает революцию в производственной отрасли. Добавляя материал слой за слоем, АМ-машины могут создавать сложные геометрические формы, которые ранее было невозможно или очень дорого изготовить с помощью традиционных методов производства. В этой статье мы погрузимся в мир AM-машин, сосредоточившись на моделях из металлического порошка, их применении, технических характеристиках, плюсах и минусах и многом другом. Итак, давайте начнем это увлекательное путешествие!

Что такое AM-машины?

Машины для аддитивного производства (AM) - это устройства, которые создают трехмерные объекты на основе цифрового файла путем последовательного наложения слоев материала. Используемые материалы могут варьироваться от пластика и керамики до металлов и композитов. Процесс контролируется компьютером, что обеспечивает высокую точность и повторяемость.

Виды Машины AM

Существуют различные типы AM-машин, каждая из которых имеет свой уникальный процесс и подходящие материалы. Вот краткий обзор:

Тип	Процесс	Материалы	Приложения
Стереолитография (SLA)	Использует УФ-лазер для отверждения жидкой смолы	Фотополимеры	Прототипы, модели зубов
Селективное лазерное спекание (SLS)	Использует лазер для спекания порошкообразного материала	Нейлон, металлы, керамика	Функциональные прототипы, детали для конечного использования
Моделирование методом наплавленного осаждения (FDM)	Плавит и экструдирует термопластичную нить	ABS, PLA, PETG	Прототипы, оснастка, приспособления
Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)	Использует лазер для спекания металлического порошка	Нержавеющая сталь, титан	Аэрокосмическая промышленность, медицинские имплантаты
Электронно-лучевое плавление (ЭЛП)	Использует электронный луч для расплавления металлического порошка	Титан, кобальт-хром	Аэрокосмическая промышленность, медицинские имплантаты

Конкретные модели металлических порошков

Когда речь идет о металлических порошках для AM-машин, выбор правильной модели имеет решающее значение для достижения желаемых свойств и производительности. Вот десять популярных моделей металлических порошков, используемых в AM-машинах:

1. Нержавеющая сталь 316L

• Описание: Высококоррозионностойкая сталь.
• Приложения: Медицинские приборы, морские компоненты, оборудование для химической обработки.

1. Нержавеющая сталь 17-4 PH

• Описание: Мартенситная нержавеющая сталь, упрочняемая осаждением.
• Приложения: Аэрокосмические компоненты, детали ядерных реакторов, хирургические инструменты.

1. Алюминиевый сплав AlSi10Mg

• Описание: Легкий сплав с хорошими термическими свойствами.
• Приложения: Автомобильные детали, аэрокосмические компоненты, теплообменники.

1. Титановый сплав Ti6Al4V

• Описание: Высокопрочный, легкий сплав.
• Приложения: Аэрокосмическая промышленность, медицинские имплантаты, высокопроизводительное спортивное оборудование.

1. Инконель 625

• Описание: Суперсплав на основе никеля с превосходной стойкостью к окислению.
• Приложения: Реактивные двигатели, газовые турбины, оборудование для химической обработки.

1. Инконель 718

• Описание: Никель-хромовый сплав, известный своей высокой прочностью на разрыв.
• Приложения: Аэрокосмические двигатели, энергетика, нефть и газ.

1. Мартенситностареющая сталь (MS1)

• Описание: Высокопрочная мартенситная сталь с низким содержанием углерода.
• Приложения: Инструментальная оснастка, аэрокосмические компоненты, высокопроизводительные детали.

1. Сплав CoCr (кобальт-хром)

• Описание: Высокоизносостойкий и биосовместимый сплав.
• Приложения: Зубные имплантаты, ортопедические имплантаты, аэрокосмические компоненты.

1. Медь (Cu)

• Описание: Отличная тепло- и электропроводность.
• Приложения: Электрические компоненты, теплообменники, индукторы.

1. Инструментальная сталь H13
   • Описание: Высокая прочность и износостойкость.
   • Приложения: Формы для литья под давлением, инструменты для литья под давлением, высокотемпературные применения.

Области применения AM-машин

Машины AM используются в различных отраслях промышленности благодаря своей универсальности и точности. Вот некоторые из основных областей применения:

Промышленность	Приложения
Аэрокосмическая промышленность	Легкие конструктивные элементы, детали двигателей
Медицина	Индивидуальные имплантаты, протезы, хирургические инструменты
Автомобильная промышленность	Прототипирование, конечные детали, оснастка
Потребительские товары	Продукция на заказ, прототипы
Строительство	Архитектурные модели, компоненты
Энергия	Лопатки турбин, теплообменники

Технические характеристики, размеры, марки и стандарты

Понимание спецификаций, размеров, марок и стандартов металлических порошков, используемых в АМ-машины имеет решающее значение для обеспечения качества и производительности. Вот подробная таблица:

Металлический порошок	Размер частиц (мкм)	Класс	Стандарт
Нержавеющая сталь 316L	15-45	AISI 316L	ASTM A240
Нержавеющая сталь 17-4 PH	10-50	АИСИ 630	ASTM A564
Алюминиевый сплав AlSi10Mg	20-63	AlSi10Mg	ASTM F3318
Титановый сплав Ti6Al4V	15-45	5 класс	ASTM F2924
Инконель 625	15-53	UNS N06625	ASTM B446
Инконель 718	15-45	UNS N07718	ASTM B637
Мартенситностареющая сталь (MS1)	10-45	18Ni(300)	ASTM A538
Сплав CoCr (кобальт-хром)	10-45	CoCrMo	ASTM F75
Медь (Cu)	15-45	C11000	ASTM B152
Инструментальная сталь H13	15-53	H13	ASTM A681

Поставщики и ценовая политика

При поиске металлических порошков для AM-машин необходимо сравнивать поставщиков и цены, чтобы обеспечить наилучшую стоимость. Вот сравнительная таблица:

Поставщик	Металлический порошок	Цена (за кг)	Расположение
Технология LPW	Нержавеющая сталь 316L	$150	ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
Технология столярных работ	Нержавеющая сталь 17-4 PH	$200	США
AP&C (GE Additive)	Алюминиевый сплав AlSi10Mg	$120	Канада
Arcam AB	Титановый сплав Ti6Al4V	$450	Швеция
Höganäs AB	Инконель 625	$300	Швеция
Sandvik	Инконель 718	$320	Швеция
Höganäs AB	Мартенситностареющая сталь (MS1)	$250	Швеция
HC Starck	Сплав CoCr (кобальт-хром)	$400	Германия
Valimet	Медь (Cu)	$100	США
Sandvik	Инструментальная сталь H13	$220	Швеция

Преимущества Машины AM

Аддитивное производство обладает множеством преимуществ, которые делают его предпочтительным выбором для многих отраслей промышленности. Вот почему:

• Гибкость конструкции: AM позволяет создавать сложные геометрические формы, которые невозможны при использовании традиционных методов производства. Вы можете проектировать сложные внутренние структуры, нестандартные детали и даже консолидированные компоненты, которые уменьшают необходимость сборки.
• Эффективность материала: В отличие от субтрактивного производства, при котором для создания деталей удаляется материал, при AM используется только тот материал, который необходим для изготовления детали, что приводит к уменьшению количества отходов и снижению затрат.
• Быстрое прототипирование: AM значительно сокращает время, необходимое для создания прототипов, что позволяет ускорить циклы итераций и разработки. Такая возможность быстрого создания прототипов неоценима для инноваций и разработки продуктов.
• Персонализация: AM обеспечивает массовую кастомизацию, когда каждая деталь может быть адаптирована к конкретным требованиям без дополнительных затрат на оснастку или настройку. Это особенно полезно в медицинской и стоматологической отраслях для изготовления имплантатов и протезов, ориентированных на конкретного пациента.
• Сокращение сроков изготовления: Благодаря отсутствию необходимости в пресс-формах и оснастке технология AM позволяет значительно сократить время выполнения заказа, ускоряя переход от проектирования к производству.

Недостатки AM-машин

Хотя станки AM обладают многочисленными преимуществами, они также имеют некоторые ограничения. Важно учитывать эти недостатки, когда вы решаете, подходит ли AM для ваших нужд:

• Высокие первоначальные затраты: Первоначальные инвестиции в оборудование и материалы для AM могут быть высокими. Хотя затраты снижаются, они все еще значительны по сравнению с традиционными методами производства.
• Ограниченная доступность материала: Не все материалы могут быть использованы в процессах AM. Хотя ассортимент доступных материалов расширяется, он все еще более ограничен, чем при традиционном производстве.
• Отделка поверхности и последующая обработка: Детали, изготовленные методом AM, часто требуют постобработки для достижения требуемой чистоты поверхности и механических свойств. Это может увеличить время и стоимость всего производственного процесса.
• Ограничения по размеру здания: AM-машины имеют ограничения по размеру сборки, что может стать препятствием для производства крупных деталей. Хотя существуют широкоформатные AM-машины, они менее распространены и более дороги.
• Анизотропные свойства: Детали, изготовленные методом AM, могут обладать анизотропными механическими свойствами, то есть их прочность и другие свойства могут меняться в зависимости от направления слоев сборки. Это может повлиять на характеристики детали в некоторых областях применения.

Сравнение Машины AM: За и против

Чтобы принять взвешенное решение о том, какую AM-машину использовать, полезно сравнить их достоинства и недостатки. Вот сравнительная таблица:

Тип AM-машины	Плюсы	Cons
Стереолитография (SLA)	Высокая точность, гладкая поверхность	Ограниченный выбор материалов, требуется постобработка
Селективное лазерное спекание (SLS)	Никаких опорных конструкций, универсальные материалы	Неровная поверхность, проблемы с обработкой порошка
Моделирование методом наплавленного осаждения (FDM)	Низкая стоимость, простота в использовании	Низкое разрешение, видимые линии слоев
Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)	Прочные, сложные металлические детали	Высокая стоимость, требуется постобработка
Электронно-лучевое плавление (ЭЛП)	Превосходные свойства материала, ускоренное время сборки	Высокая стоимость, ограниченный выбор материалов

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Давайте рассмотрим некоторые распространенные вопросы о машинах AM, чтобы помочь вам лучше понять их возможности и сферы применения.

Вопрос	Отвечать
В чем разница между AM и 3D-печатью?	Аддитивное производство (AM) - это более широкий термин, который охватывает различные технологии, включая 3D-печать. 3D-печать подразумевает послойное создание объектов.
Какую пользу приносит AM аэрокосмической промышленности?	AM позволяет производить легкие сложные детали с высокой прочностью, что очень важно для аэрокосмической отрасли. Кроме того, он сокращает количество отходов материалов и время выполнения заказа.
Могут ли машины AM использовать несколько материалов в одной сборке?	Некоторые современные AM-машины могут использовать несколько материалов в одной сборке, что позволяет создавать детали с различными свойствами.
Каковы экологические преимущества АМ?	AM создает меньше отходов по сравнению с традиционным производством и позволяет производить продукцию по требованию, снижая потребность в избыточных запасах.
Подходит ли AM для массового производства?	Как правило, AM больше подходит для мало- и среднесерийного производства, изготовления прототипов и деталей на заказ. Однако в настоящее время ведутся разработки, позволяющие сделать АМ пригодным для массового производства.
Каковы общие этапы постобработки деталей AM?	Обычные этапы последующей обработки включают удаление несущих конструкций, обработку поверхности, термообработку и механическую обработку для достижения желаемых свойств и внешнего вида.
Насколько точны машины AM?	Точность AM-машин зависит от технологии и станка. Некоторые AM-машины могут достигать допусков в пределах микронов, что делает их пригодными для прецизионных применений.

Заключение

Аддитивное производство - это переломный момент в производственной отрасли, предлагающий беспрецедентную свободу проектирования, эффективность использования материалов и возможности персонализации. Понимая различные типы машин AM, особенности используемых металлических порошков и их применение, вы сможете полностью использовать потенциал этой инновационной технологии. Если вы хотите производить легкие аэрокосмические компоненты, медицинские имплантаты или функциональные прототипы, AM-машины - это универсальное и эффективное решение.

В этом подробном руководстве мы рассмотрели все тонкости AM-машин, от конкретных моделей металлических порошков до их преимуществ и недостатков. Обладая этими знаниями, вы сможете принимать взвешенные решения и вывести свои производственные возможности на новый уровень.

узнать больше о процессах 3D-печати