3D-печать металлом: технологии SLM, DMLS, binder jetting, WAAM — и что можно дома

Коротко: металлические детали печатают в основном по технологии SLM/DMLS (лазерное плавление металлического порошка): так делают детали авиадвигателей, импланты, пресс-формы с охлаждающими каналами. Есть и другие методы — электронный луч (EBM), binder jetting (порошок склеивается связующим и спекается в печи), металлонаполненная нить для FDM с последующим спеканием и наплавка проволокой (WAAM) для крупных деталей. Оборудование промышленное, дома металлом не печатают. Реальные домашние варианты — пластик с металлическим наполнителем, литьё металла по напечатанной модели и гальваника. Ниже — как работает каждая технология, материалы, постобработка и как получить металлическую деталь без своего металлопринтера.

Технологии печати металлом

SLM / DMLS (лазерное сплавление порошка)

Самая распространённая технология. В камере с инертным газом (аргон или азот) ролик раскатывает слой металлического порошка 20–60 мкм, лазер плавит сечение детали. Детали получаются плотными, по прочности близкими к литым и кованым.

• Нужны поддержки — они держат деталь и отводят тепло; удаляются механически (пилой, электроэрозией).
• Термообработка после печати снимает внутренние напряжения.
• Механообработка посадочных мест и резьбы — на станках.

EBM (электронный луч)

Вместо лазера — электронный луч в вакууме. Быстрее плавит, часто используется для титановых имплантов и авиационных деталей.

Binder jetting

Головка наносит связующее на слой порошка (как струйный принтер), получается «сырая» деталь, которую затем спекают в печи. Быстро и подходит для серий, но деталь даёт заметную усадку при спекании (около 15–20 %).

Металлонаполненная нить (FDM + спекание)

Нить с высоким содержанием металлического порошка в полимерном связующем печатают на FDM-принтере. Затем полимер удаляют (химически или нагревом) и спекают деталь в печи. Получается металлическая деталь, но с усадкой и не всегда высокой плотностью; спекание требует специальной печи — обычно это делают сервисы или производители систем.

Не путайте с декоративными пластиками «с металлом» — в них металл лишь придаёт вес и вид. Пластик с металлом.

WAAM и DED (наплавка)

Сварочная горелка или лазер наплавляет металл проволокой или порошком слой за слоем — как сварочный робот. Подходит для крупных заготовок и ремонта деталей (наплавка изношенных мест), затем деталь фрезеруют.

Материалы

• Нержавеющие стали (316L, 17-4PH) — общая техника, пищевое оборудование.
• Алюминиевые сплавы (AlSi10Mg) — лёгкие корпуса, теплообменники.
• Титан (Ti6Al4V) — авиация, импланты. 3D-печать в медицине.
• Инструментальные стали — пресс-формы с конформными каналами охлаждения.
• Никелевые жаропрочные сплавы (Inconel) — горячие части двигателей.
• Медь, драгоценные металлы — электротехника, ювелирное дело.

Где применяют

• Авиация и космос — лёгкие детали со сложной внутренней структурой, топливные форсунки.
• Медицина — индивидуальные импланты с пористой поверхностью, которая срастается с костью.
• Оснастка — пресс-формы с охлаждением по контуру детали — быстрее цикл литья.
• Мелкие серии запчастей, которые больше не выпускаются.

Плюсы и ограничения

• Плюсы: формы, недостижимые фрезеровкой и литьём; облегчение деталей решётками; объединение сборки в одну деталь.
• Ограничения: дорого (оборудование, порошок, постобработка), шероховатая поверхность, нужна термо- и механообработка, ограниченный размер, строгие требования безопасности при работе с порошком.

Металл без металлического 3D-принтера

1. Литьё по выжигаемой модели. Модель печатают выжигаемой смолой или PLA, формуют в гипс, выжигают в печи и заливают металл. Так делают украшения и мелкие детали из бронзы, серебра, латуни. Ювелирная 3D-печать.
2. Пластик с металлическим наполнителем — вес и вид металла после полировки. Пластик с металлом.
3. Гальваника и металлические покрытия — медный, никелевый или хромовый слой поверх пластика. Металлизация 3D-печати.
4. Заказ у сервиса SLM/DMLS — настоящая металлическая деталь по вашей модели. Как заказать 3D-печать.

Обзор всех технологий — технологии 3D-печати.

Частые вопросы

Можно ли печатать металлом на 3D-принтере?

Да, на промышленных принтерах по технологиям SLM/DMLS, EBM, binder jetting и наплавкой. Обычный домашний FDM-принтер металлом не печатает.

Какая технология 3D-печати металлом самая распространённая?

SLM/DMLS — лазерное сплавление металлического порошка.

Насколько прочны детали, напечатанные металлом?

После термообработки — близки к литым и кованым деталям из того же сплава.

Можно ли напечатать металлическую деталь дома?

Полноценно — нет. Можно напечатать модель для литья, использовать пластик с металлическим наполнителем или покрыть деталь металлом гальваникой.

Какие металлы используют в 3D-печати?

Нержавеющие и инструментальные стали, алюминий, титан, жаропрочные никелевые сплавы, медь, драгоценные металлы.

Что такое металлический филамент?

Нить с металлическим порошком в полимерном связующем: печатается на FDM, затем связующее удаляют и деталь спекают в печи.