Особенности 3Д печати металлических изделий

В настоящее время темпы появления и развития производственных технологий находятся на крайне высоком уровне. Это приводит к возникновению трудностей при выборе оборудования для выполнения производственной задачи. При необходимости освоить новый технологический способ изготовления изделий или заготовок, такой как 3D печать металлических изделий, специалисты неизбежно столкнутся с обширным разнообразием моделей оборудования и фирм-производителей. Выбор также будет осложнен так называемыми «детскими болезнями» относительно новой технологии 3D печати металлом, а также целым рядом «мифов», бытующих в обществе. Проблема в том, что из-за довольно агрессивного маркетинга производители или продавцы оборудования зачастую используют эти факторы в свою пользу. Именно поэтому важно трезво оценивать новые технологии и не идти на поводу у маркетологов.

3D печать, как и любой другой технологический процесс, имеет свои преимущества и недостатки относительно прочих способов изготовления заготовок или даже готовых изделий, что определяет области применения 3D печати металлом. Ниже будет приведен ряд примеров особенностей аддитивной технологии при изготовлении металлических изделий.

Часто в СМИ или даже фильмах культивируется идея замены классического производства аддитивным. Предполагается, что можно будет практически в домашних условиях изготовить сложное изделие, к примеру, двигатель, ювелирные украшения или даже оружие. Профессионалы в области 3D печати прекрасно знают, что это не так, однако подобные слоганы слышны даже на выставках производственного оборудования. Стоит отметить, что на отечественных предприятиях, как это ни печально, новые технологии часто внедряются после посещения топ-менеджментом подобных мероприятий. Опасность кроется в том, что после покупки и запуска дорогого оборудования зачастую становится очевидно, что данный метод неэффективен и не может заменить типовую технологию. В результате оборудование либо слабо загружено, либо вовсе простаивает.

Роль ведущего технического специалиста на производстве в данном случае состоит в том, чтобы грамотно и аргументированно обосновать необходимость освоения новой технологии либо отказ от её внедрения.

Важно понимать, что 3D печать сама по себе не заменяет собой типовые технологии, она их дополняет и расширяет возможности производства. В настоящее время стоимость такого оборудования и материалов для печати снижается, а само оборудование становится все более совершенным. Некоторые металлические изде- лия имеют настолько сложную форму, что изготовить их «традиционными методами» практически невозможно (рис. 1) [1]. Однако основной проблемой 3D печати оста- ется низкая производительность, что не позволяет внедрять ее в крупносерийное и массовое производство.

Рис. 1. Пример металлических изделий, которые возможно выполнить при помощи 3D печати

Второй особенностью 3D печати, которую часто озвучивают на выставках, является возможность изготовления практически любого изделия . Как было сказано выше, аддитивные технологии позволяют получать крайне сложные изделия, однако нужно учитывать необходимость предварительного моделирования и последующей слесарной обработки изделия. К тому же важно понимать нерентабельность изготовления на подобном оборудовании изделий с простой геометрией.

Также часто можно услышать мнение, что для изготовления изделий аддитивным методом достаточно просто загрузить 3D модель в программу нажать кнопку и дождаться результата. Иными словами, технология позволяет получить результат крайне без высоких трудозатрат. Эта особенность 3D печати является скорее заблуждением, так как помимо трудно- стей, возникающих при самой печати, есть еще крайне важный фактор: при изготовлении изделий высокой точности необходимость в механической обработке точных поверхностей остается. Частично эту проблему решают путем интеграции 3D принтера с станком с ЧПУ, однако подобные гибридные системы крайне дороги при приобретении и обслуживании, а также требуют «редких» специалистов.

Важной особенностью 3D печати является возможность удешевления себестоимости изделий при единичном или мелкосерийном производстве. Тем не менее, при таком уровне производства требуется проанализировать целесообразность использования 3D печати. Также важно отметить, что по мере увеличения производства затраты на изготовления изделий при 3Д печати остаются неизменными (рис. 2) [2].

Количество единиц

Рис. 2. Зависимость затрат на производство единицы продукции от серийности

Также важно учитывать разнообразие способов 3D печати металлических изделий: системы сплавления порошкового слоя (Fusion Powder Bed), куда могут быть включены системы лазерной плавки порошкового слоя (Laser Powder Bed Fusion) и системы электронно-лучевой плавки порошкового слоя (Electron Beam Powder Bed Fusion); системы послойной плавки мате- риала с прямым использованием энергии (Directed Energy Deposition), Каждая тех- нология имеет свои особенности, к тому же они непрерывно развиваются и возможно появление новых систем 3D печати металлом [3].

3D печать неизбежно будет внедряться в производство, так как она существенно расширяет технологические возможности предприятия, однако выбору и обоснованию подобного метода изготовления изде- лия должно удалятся повышенное внимание.