Реактивная 3D-печать

Обзор струйной 3D-печати

Струйная 3D-печатьСтруйная порошковая печать - это революционная технология, которая стремительно меняет ландшафт аддитивного производства. В отличие от традиционных методов 3D-печати, в струйной печати используется связующее вещество для выборочного связывания участков слоя порошка. Этот процесс повторяется слой за слоем, чтобы создать трехмерный объект.

Что отличает струйную обработку связующим? Она быстрее, универсальнее и позволяет использовать широкий спектр материалов - от металлов до керамики и композитов. В этой статье мы углубимся в мир струйной 3D-печати на связующем, изучим ее тонкости, области применения и конкретные металлические порошки, которые делают ее блестящей.

Состав Реактивная 3D-печать

В струйной 3D-печати используется уникальное сочетание материалов и процессов. Вот более подробный обзор основных компонентов и их роли:

Ключевые компоненты

• Порошковая кровать: Материал основы, который может быть металлическим, керамическим или композитным порошком.
• Переплет: Клейкое вещество, которое избирательно скрепляет частицы порошка между собой.
• Печатающая головка: Укладывает связующее в точный рисунок.
• Механизм повторного покрытия: Наносит новый слой порошка после каждого этапа скрепления.

Таблица: Распространенные металлические порошки, используемые в струйной 3D-печати

Металлический порошок	Состав	Свойства	Характеристики
Нержавеющая сталь 316L	Fe, Cr, Ni, Mo	Высокая коррозионная стойкость, пластичность	Идеально подходит для морских и медицинских применений
Инконель 625	Ni, Cr, Mo, Nb	Высокая прочность, отличная усталостная прочность	Подходит для аэрокосмической и химической промышленности
Медь	Cu	Высокая электрическая и тепловая проводимость	Используется в электрических компонентах
Титан Ti6Al4V	Ti, Al, V	Высокое отношение прочности к массе	Распространены в аэрокосмической и биомедицинской отраслях
Алюминий AlSi10Mg	Al, Si, Mg	Легкий вес, хорошие механические свойства	Используется в автомобильной и аэрокосмической промышленности
Кобальт-хром (CoCr)	Co, Cr, Mo	Высокая износостойкость и коррозионная стойкость	Идеально подходит для зубных и ортопедических имплантатов
Инструментальная сталь M2	Fe, Mo, Cr, V, W	Высокая твердость и износостойкость	Используется в режущих инструментах и в промышленности
Никелевый сплав 718	Ni, Cr, Fe, Nb, Mo	Высокая прочность и коррозионная стойкость	Распространены в аэрокосмической промышленности и энергетике
Бронза	Cu, Sn	Высокая прочность и износостойкость	Используется в скульптурах и в промышленности
Карбид вольфрама (WC)	W, C	Очень твердый и плотный	Используется в режущих инструментах и износостойких деталях

Анализ состава

Состав металлических порошков существенно влияет на конечные свойства напечатанного объекта. Например, нержавеющая сталь 316L обладает отличной коррозионной стойкостью, что делает ее пригодной для использования в морской и медицинской промышленности. С другой стороны, титан Ti6Al4V, обладающий высоким соотношением прочности и веса, является основным материалом для аэрокосмической и биомедицинской промышленности.

Характеристики Реактивная 3D-печать

Понимание особенностей струйной 3D-печати со связующим веществом имеет решающее значение для оценки ее преимуществ и ограничений.

Основные характеристики

• Скорость: Струйная обработка связующего - одна из самых быстрых технологий 3D-печати.
• Универсальность материалов: Возможность печати на металлах, керамике и композитах.
• Отсутствие необходимости в опорных конструкциях: Сам порошковый слой служит опорой.
• Постобработка: Часто требует спекания после печати для улучшения механических свойств.
• Разрешение: Печать с высоким разрешением, подходит для сложных рисунков.

Таблица: Основные характеристики струйной 3D-печати

Характеристика	Описание
Скорость печати	Быстрое, идеальное для крупномасштабного производства
Диапазон материалов	Широкий спектр, включает металлы, керамику и композиты
Вспомогательные структуры	Не требуется, порошковая подставка служит опорой
Постобработка	Для достижения окончательной прочности необходимо спекание или инфильтрация
Разрешение печати	Высокая, позволяет создавать детализированные и сложные геометрии
Воздействие на окружающую среду	Более низкая стоимость по сравнению с традиционным производством благодаря меньшему количеству отходов материалов
Экономическая эффективность	Экономичность для крупносерийного производства

Преимущества и недостатки

Преимущества

1. Высокая скорость производства: Подходит для крупносерийного производства.
2. Универсальное использование материалов: Может работать с широким спектром материалов, что делает его пригодным для различных отраслей промышленности.
3. Нет необходимости в опорных конструкциях: Сокращает отходы материала и время последующей обработки.
4. Подробные геометрии: Печать с высоким разрешением позволяет создавать замысловатые рисунки и сложные геометрические формы.

Недостатки

1. Требуется постобработка: Спекание и инфильтрация часто необходимы для достижения желаемых свойств материала.
2. Первоначальная стоимость установки: Высокие первоначальные инвестиции в оборудование и материалы.
3. Материальные ограничения: Не все материалы подходят для струйного нанесения связующего, особенно те, которые требуют высоких температур.

Области применения струйной 3D-печати

Струйная 3D-печать используется в различных отраслях благодаря своей универсальности и эффективности. Вот некоторые ключевые области применения:

Таблица: Области применения струйной 3D-печати

Промышленность	ПРИМЕНЕНИЯ
Аэрокосмическая отрасль	Компоненты двигателей, лопатки турбин, конструкционные детали
Автомобильный	Прототипы, легкие детали, компоненты на заказ
Медицинский	Импланты, протезы, хирургические инструменты
Стоматология	Коронки, мосты, ортодонтические аппараты
Товары народного потребления	Ювелирные изделия, искусство на заказ, декор для дома
Промышленное оборудование	Инструментальная оснастка, пресс-формы и приспособления
Электроника	Радиаторы, разъемы, корпуса на заказ
Архитектура	Масштабные модели, компоненты для строительства на заказ
Искусство и скульптура	Скульптуры, сложные художественные конструкции
Энергия	Детали турбин, топливные форсунки, теплообменники

Тематические исследования и примеры

• Аэрокосмическая отрасль: В аэрокосмической промышленности струйное нанесение связующего используется для производства сложных лопаток турбин с внутренними каналами охлаждения, которые невозможно изготовить традиционными методами.
• Медицинский: Струйная обработка связующего позволяет изготавливать имплантаты, ориентированные на конкретного пациента, с учетом индивидуальных анатомических особенностей, что улучшает восстановление и работоспособность.
• Автомобильный: Автомобильная промышленность получает выгоду от струйной обработки связующего благодаря созданию легких, высокопрочных компонентов, повышающих топливную экономичность и эксплуатационные характеристики.

Технические характеристики, размеры, марки и стандарты

Понимание спецификаций, размеров, марок и стандартов материалов для струйной 3D-печати со связующим веществом имеет решающее значение для обеспечения качества и производительности.

Таблица: Технические характеристики металлических порошков для струйной 3D-печати

Металлический порошок	Размер (микроны)	Класс	Стандарты
Нержавеющая сталь 316L	15-45	ASTM F3184	ISO 9001, ASTM A240
Инконель 625	15-53	AMS 5666	ISO 9001, AMS 5662
Медь	10-50	ASTM B170	ISO 9001, ASTM B187
Титан Ti6Al4V	15-45	ASTM F2924	ISO 9001, ASTM B348
Алюминий AlSi10Mg	20-63	DIN EN 1706	ISO 9001, ASTM B209
Кобальт-хром (CoCr)	15-53	ASTM F75	ISO 9001, ASTM F1537
Инструментальная сталь M2	15-53	ASTM A600	ISO 9001, ASTM A681
Никелевый сплав 718	15-53	AMS 5662	ISO 9001, AMS 5596
Бронза	10-50	ASTM B427	ISO 9001, ASTM B584
Карбид вольфрама (WC)	15-45	ISO 9001	ISO 9001, ASTM B777

Важность стандартов

Соблюдение таких стандартов, как ISO 9001, гарантирует, что материалы, используемые в связующей струйной 3D-печати, соответствуют строгим критериям качества и производительности. Это особенно важно в таких отраслях, как аэрокосмическая и медицинская, где отказ компонентов недопустим.

Поставщики и ценовая политика

Выбор правильного поставщика имеет решающее значение для получения высококачественных металлических порошков и связующих для струйной 3D-печати.

Таблица: Поставщики и цены на металлические порошки

Поставщик	Металлический порошок	Цена (за кг)	Местоположение	Сайт
GKN Additive	Нержавеющая сталь 316L	$120	Глобальная	GKN Additive
Технология столярных работ	Инконель 625	$400	США	Технология столярных работ
Хёганяс	Медь	$90	Глобальная	[Höganäs](https://www.hoganas.com
Технология LPW	Титан Ti6Al4V	$300	Соединённое Королевство	Технология LPW
Эквисферы	Алюминий AlSi10Mg	$150	Канада	Эквисферы
EOS GmbH	Кобальт-хром (CoCr)	$500	Германия	EOS GmbH
Sandvik	Инструментальная сталь M2	$200	Швеция	Sandvik
Praxair Surface Technologies	Никелевый сплав 718	$450	США	Praxair
Рио Тинто	Бронза	$100	Глобальная	Рио Тинто
Глобальный вольфрам и порошки	Карбид вольфрама (WC)	$600	США	GTP

Выбор поставщика

При выборе поставщика учитывайте такие факторы, как цена, качество материалов и близость. Такие поставщики, как GKN Additive и Carpenter Technology, предлагают высококачественные материалы и имеют глобальное присутствие, что обеспечивает надежные цепочки поставок.

Плюсы и минусы Реактивная 3D-печать

У каждой технологии есть свои сильные и слабые стороны. Вот подробное сравнение плюсов и минусов струйной 3D-печати:

Таблица: Плюсы и минусы струйной 3D-печати

Аспект	Преимущества	Недостатки
Скорость	Быстрое производство, идеально подходит для серийного производства	Для сложных объектов может потребоваться несколько прогонов
Разнообразие материалов	Можно использовать широкий спектр материалов	Не все материалы совместимы
Вспомогательные структуры	Нет необходимости в дополнительных опорах	Порошковый слой может потребовать тщательной постобработки
Цена	Экономичен для крупномасштабного производства	Высокая первоначальная стоимость установки
Разрешение	Высокая детализация, возможность создания замысловатых узоров	Разрешение может быть ниже, чем у некоторых других методов 3D-печати
Воздействие на окружающую среду	Меньше отходов материала по сравнению с традиционными методами	Требуется тщательная утилизация использованного порошка

Подробный анализ

• Скорость: Одной из отличительных особенностей струйной подачи связующего является ее скорость. Это делает его привлекательным вариантом для отраслей, которым требуется быстрое наращивание производства. Однако для очень сложных конструкций может потребоваться многократная печать, что может свести на нет преимущество в скорости.
• Разнообразие материалов: Возможность использования различных материалов, от металлов до керамики, придает струйному нанесению связующего универсальность. Однако эта технология совместима не со всеми материалами, особенно с теми, которые требуют высокой температуры плавления.
• Вспомогательные структуры: Порошковый слой служит естественной опорой, исключая необходимость в дополнительных конструкциях и уменьшая отходы материала. Однако это может привести к необходимости более тщательной постобработки для удаления излишков порошка.
• Цена: Струйная обработка связующего экономически эффективна для крупномасштабного производства, но первоначальные инвестиции в оборудование и материалы могут быть высокими. Это делает его менее доступным для малых предприятий или индивидуальных любителей.
• Разрешение: Хотя струйная обработка связующего обеспечивает высокое разрешение и позволяет создавать детализированные и сложные конструкции, она не может сравниться с точностью некоторых других методов 3D-печати, таких как SLS или SLA.

Сравнение Реактивная 3D-печать По сравнению с другими методами 3D-печати

Струйная обработка связующего - не единственная технология 3D-печати. Вот как она выглядит в сравнении с другими популярными методами:

Таблица: Сравнение струйной 3D-печати с другими методами

Аспект	Реактивная 3D-печать	Моделирование методом наплавленного осаждения (FDM)	Селективное лазерное спекание (SLS)
Скорость	Быстро, подходит для больших партий	Медленный, больше подходит для прототипов	Умеренный, хорошо подходит для детализации
Диапазон материалов	Широкий спектр, включает металлы, керамику, композиты	Ограниченный ассортимент, в основном пластмассы	Широкий, в основном полимеры и некоторые металлы
Вспомогательные структуры	Не требуется	Требуется	Не требуется
Цена	Высокая первоначальная стоимость, неэкономична для массового производства	Более низкая первоначальная стоимость, более высокая стоимость каждой детали	Высокая первоначальная стоимость и стоимость каждой детали
Разрешение	Высокий, но может варьироваться	Умеренный	Высокий, очень подробный
Постобработка	Часто требуется (спекание/инфильтрация)	Минимум	Часто требуется (охлаждение/удаление)

Детальное сравнение

• Скорость: Струйная обработка связующим обычно быстрее, чем FDM и SLS, что делает ее подходящей для крупносерийного производства. FDM медленнее и больше подходит для быстрого создания прототипов, в то время как SLS обеспечивает умеренную скорость, но превосходно подходит для создания высокодетализированных деталей.
• Диапазон материалов: Струйное нанесение связующего отличается возможностью использования широкого спектра материалов, включая металлы и керамику. FDM в основном ограничивается пластиками, в то время как SLS может работать с полимерами и некоторыми металлами.
• Вспомогательные структуры: Порошковый слой при струйном нанесении связующего и SLS исключает необходимость в дополнительных опорных конструкциях, уменьшая отходы материала и упрощая последующую обработку. FDM, однако, часто требует опорных конструкций, которые необходимо удалять вручную.
• Цена: Первоначальная стоимость струйной обработки связующего и SLS высока, но струйная обработка связующего более экономична для массового производства. FDM имеет более низкую начальную стоимость, но более высокую стоимость каждой детали, что делает его менее подходящим для крупносерийного производства.
• Разрешение: Хотя все три метода обеспечивают высокое разрешение, SLS часто считается лучшим для производства высокодетализированных деталей. Струйная обработка связующим обеспечивает хороший баланс между скоростью и разрешением, а FDM предлагает умеренное разрешение, подходящее для менее детализированных задач.
• Постобработка: Для достижения желаемых механических свойств струйное нанесение связующего обычно требует спекания или инфильтрации, в то время как FDM требует минимальной последующей обработки. SLS часто требует охлаждения и удаления излишков порошка, как и струйное нанесение связующего.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос	Ответить
Что такое струйная 3D-печать?	Процесс 3D-печати с использованием связующего вещества для выборочного соединения частиц порошка с целью формирования объектов.
Какие материалы можно использовать?	Металлы, керамика и композиты.
Требуется ли постобработка?	Да, обычно требуется спекание или инфильтрация.
Насколько быстрой является струйная 3D-печать?	Это одна из самых быстрых технологий 3D-печати.
Каковы основные области применения?	Аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, медицина, стоматология, потребительские товары и многое другое.
Нужны ли мне структуры поддержки?	Нет, пудреница служит естественной опорой.
Каковы последствия для затрат?	Высокая первоначальная стоимость установки, но экономична при крупносерийном производстве.
Чем он отличается от других методов 3D-печати?	Быстрее, универсальнее в использовании материалов и способна обеспечить более высокое разрешение, чем некоторые методы.

Заключение

Струйная 3D-печать это универсальная, эффективная и быстро развивающаяся технология, которая меняет производство в различных отраслях. Если вам нужно изготовить сложные аэрокосмические компоненты, индивидуальные медицинские имплантаты или замысловатые произведения искусства, струйное нанесение связующего обеспечивает беспрецедентную скорость и гибкость. Глубокое понимание состава, характеристик, областей применения и сравнений с другими методами позволит вам в полной мере использовать потенциал этой инновационной технологии.

узнайте больше о процессах 3D-печати