Изготовление металлоизделий методом трехмерной печати

Еще несколько лет назад никому бы и в голову не пришло купить принтер для того, чтобы сделать болт, металлический корпус прибора или просто с целью изготовления срочно понадобившейся стальной детали. Сегодня это стало реальностью благодаря методу трехмерной послойной печати, точнее, развитию ее нового направления, но пока что возможности действующих моделей аппаратов невелики. Тем не менее, сам факт начала использования металлов в 3D-печати весьма примечателен и открывает широкие перспективы.

Технология носит название Selective Laser Sintering (SLS) – лазерное спекание селективным или выборочным способом. Внутри печатающей установки располагается подвижная платформа с очень точным позиционированием в пространстве, которая служит основанием для будущего изделия. Специальный керамический скребок равномерно наносит на нее тонкий слой порошка, состоящего из микрогранул металла. Их размер всего 20 мкм, так что впору говорить не о порошке, а о металлической пыли. Управляемый компьютером твердотельный лазер согласно программе нагревает определенные участки, в которых происходит спекание гранул – отчасти это похоже на сварку металла в микронном масштабе.

После обработки всех участков платформа-основание опускается точно на толщину одного слоя печати, примерно те же самые 20 мкм. Скребок наносит новый слой порошка, и процедура повторяется – так, цикл за циклом, формируется трехмерная структура. Принципиальной особенностью данного метода является то, что в процессе «лишний» порошок не удаляется, а служит опорой для тех участков изделия, которые на определенных этапах печати как бы должны зависнуть в воздухе. Это дает возможность создавать трехмерные изделия со сколь угодно сложной внутренней архитектурой. После окончания работы невостребованный порошок собирается и поступает в бункер для повторного использования.

По сути, это абсолютно безотходное производство, так как на создание изделия уходит точно такой объем сырья, который занимает сама пространственная структура, без учета внутренних пустот. Казалось бы, 3D-печать металлоконструкций должна получится дешевой, но это не так. Подготовка специального сырья требует немалых средств, кроме того, для упрощения печати внутри установки поддерживается температура, близкая к температуре плавления металла, на что уходит много энергии. Скорость печати невелика – по микронному слою в 2-3 минуты, поэтому создать конкуренцию скоростным промышленным станкам с ЧПУ подобные принтеры пока не в состоянии. Пока что существующие модели задействованы в основном в стоматологии для производства протезов или используются в научных целях.

Особняком стоит вопрос о прочности изделий – как никак, а это не литой материал, скорее, «густое тесто» из кусочков металла, и не факт, что готовые изделия выдержат экстремальные нагрузки. С другой стороны, в качестве исходного сырья может использоваться практически любой металл – титан, легированная сталь, ванадий, хром или любой высокопрочный сплав, известный человечеству. Куда более важен тот факт, что с подобными 3D-принтерами отпадает необходимость развертывать сложное производство в неподходящих местах. Например, экспедиция в неизведанные земли может взять с собой принтер с контейнером порошка и печатать замену сломанным деталям на месте, не дожидаясь, пока прибудут спасатели с ремкомплектом. Если речь идет об освоении новых планет, то альтернативы подобному варианту просто не существует.