3D печать металлом. Разбираем на примере.

кронштейн Nema23

      Сейчас собираю небольшой ЧПУ фрезер, для обработки небольших деталей. Так вот пришли из Китая такие кронштейны для движков формата Nema23. Посадочные места обработаны, резьба нарезана, покрашен. Сделан из алюминия, вес 208 грамм, цена на Али 5,37$. Реальная стоимость такого кронштейна пара баксов.
      Пока портал фрезеровал посадочные места под рельсы, решил прикинуть сколько будет стоить такая деталь напечатанная на 3D принтере. Принтеры печатающие изделия из металла, на сегодняшний день, используют материал в виде прутка (проволоки) и порошка. Поиск в интернете стоимости алюминиевого порошка для печати привел меня к цифре 50€ за кило. Грубо наши 200гр. выльются в 10€. Можно оптимизировать заполнение при печати и скинуть 30% веса, получим все равно больше, чем деталь в продаже на Али.


      С материалом понятно, а что стоит сама печать. Порошковую печать условно можно разделить на два типа, непосредственно лазерное спекание, плавка и способ где жидкое связующее избирательно наносится на слой порошка, слой за слоем до полного построения модели, или используется полимер-металлический пруток (филамент).
      В первом случае используется самое дорогое и сложное оборудование, и высокие требования к качеству используемого материала. Во втором процесс выглядит так: после построения (склейки) изделия, надо удалить лишнее связующее вещество после отправить изделие в печь для спекания. Усадка, при запекании, 20-30% и учитывать это надо еще на стадии проектирования. Да несмотря на быстроту построения модели дальнейшая обработка занимает намного больше времени, и есть так сказать рекомендуемые размеры печати))).
   
      На сайте: https://www.digitalalloys.com/blog/economics-metal-additive-manufacturing/ представлены такие графики стоимости печати за объём и вес готовой детали, но для титана.

      Синим на графике стоимость печати, красный стоимость сырья, зеленый пост обработка.  Не беря во внимание Joule Printing (о нем позже), и если печатать наш кронштейн по технологии Binder Jetting то примерно его стоимость будет где то 40-70$. Всё это конечно приблизительно, но истина где то рядом.

      Так как данная технология подразумевает спекание изделия, будем надеяться что деталь не будет лопаться при нагрузке (вспомнились изделия из порошкового металла), но на свой станок нужно ставить обычный, литой, фрезерованный кронштейн. Так надежнее и вполне себе по цене. 

Joule Printing™ surface roughness example

      Технология Joule Printing разработана Digital Alloys (https://www.digitalalloys.com/applications/). Простая технология, печать производится проволокой, хорошая скорость печати, напечатанные объекты имеют плотность 99,5% и изотропную кристаллическую структуру. При печати экструдер подает проволоку которая контактируя в нужном месте плавится, за счет резистивного нагрева. Расплавленный металл "сливается" с предыдущим слоем, а не "прилипает" как при печати филаментом из пластика, поэтому здесь нет "эффекта расслоения" изделия. 

      Срез, напечатанного изделия, на картинке выше, выглядит как литая деталь. Тоже самое я видел на своих изделиях . Только мой экструдер печатает непосредственно расплавом, т.е. сначала металл должен быть расплавлен, а потом экструдер подает его на строящуюся  поверхность. Правда я пока дальше легкоплавких металлов не экспериментировал. 

      Печатают они проволокой: инконель, титан, нержавейка. Ни разу не видел в их роликах печать с использованием поддержек. Хотя на их сайте есть информация о такой возможности, но думаю для них это проблема. Без использования поддержек будут ограничения в геометрии изделия, а материал поддержек им нужен с хорошей электропроводностью, и чтоб он не "поплыл" от температуры ложащегося на него основного материала. Использовать для печати поддержек сплавы меди, алюминия своим экструдером они не могут. Думаю, решением здесь может быть установка моего экструдера для печати поддержек. 

      В любом случае как только они решат этот вопрос то остальные технологии печати металлом станут вчерашним днём. На их сайте хороший блог где хорошо описаны все распространённые технологии 3D печати металлами, рассказано о плюсах и минусах, и вообще об индустрии. Почитайте это интересно. 

      Кампании нам  рассказывают о прогрессе оборудования, материалов и программного обеспечения в области металлической 3D печати. Но все обходят стороной вопрос цены. Для Аэрокосмической отрасли или ВПК, это не вопрос. Технология доступна для космоса, энергетики, нам всегда показывают напечатанную турбину или детали реактивного двигателя, но не в каждом доме стране делают турбины и прочее. Для обычных сфер применения это неприемлемый вариант производства. Технологию надо удешевлять.