Технологии DMT для 3D-печати металлических изделий. Часть 2

Начало в Control Engineering Россия №5’17

Вступайте в нашу группу в VK https://vk.com/controlengineeringrus, чтобы ничего не пропустить из мира автоматизации

В первой части публикации была рассмотрена новая технология 3D-печати металлических изделий — Direct Metal Tooling. Вторая часть посвящена примерам использования этого метода в промышленности.

Металлические порошки для DMT-технологии

В отличие от специализированных мелкодисперсных металлических порошков, используемых в технологии SLM, материалы для DMT-принтеров имеют больший размер гранул: 45–150 мкм. Но их стоимость существенно ниже. К тому же DMT-технология позволяет применять стандартные отечественные материалы порошковой металлургии при сферической форме гранул порошка.

Следует также отметить, что в данной технологии нет необходимости полностью загружать порошком емкость в рабочей зоне принтера, как это происходит при технологии селективного лазерного сплавления (обычно требуется не менее 50 кг). Можно использовать только требующееся количество материала.

Благодаря вышеописанным возможностям 3D-печать с помощью DMT-технологии является экономически эффективным способом изготовления металлических изделий.

В таблице указаны материалы, использование которых в DMT-технологии было успешно отработано. Список материалов постоянно расширяется, появляются технологические режимы для печати новыми металлами и сплавами.

ТАБЛИЦА. МАТЕРИАЛЫ, ПОДХОДЯЩИЕ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В DMT-ТЕХНОЛОГИИ

Примечание. Также можно использовать российские аналоги сталей, сплавов титана, никеля, меди, кобальта.

Использование технологии 3D-печати InssTek DMT в промышленности

Рассмотрим несколько примеров использования DMT-технологии в промышленности.

  • Сложная геометрия каналов охлаждения форм для литья пластика.

Срок цикла отливки пластиковой крышки стиральной машины чересчур долгий. Чтобы решить эту проблему, с помощью DMT-технологии были созданы литьевые формы с внутренними каналами охлаждения сложной геометрии (рис. 1), позволяющей максимально быстро и равномерно отводить тепло при процессе литья. Длительность цикла отливки сократилась почти вдвое – с 112 до 58 с, благодаря чему повысилась производительность технологической линии.

Рис. 1. Вставка пресс-формы для литья пластика с внутренними каналами охлаждения
Рис. 1. Вставка пресс-формы для литья пластика с внутренними каналами охлаждения
  • Антикоррозионное покрытие для литьевой формы головки блока цилиндров двигателя (рис. 2).

Стальная (сталь Н13) литьевая форма имеет низкий срок службы из-за того, что подвержена коррозии за счет воздействия сопутствующих газов при литье алюминия. С помощью технологии DMT на нее было нанесено антикоррозионное защитное покрытие из Hastalloy C-22. В результате был увеличен срок службы литьевой формы и, соответственно, снижена стоимость в расчете на количество отливок.

Рис. 2. Литьевая форма блока головки цилиндров с антикоррозионным покрытием
Рис. 2. Литьевая форма блока головки цилиндров с антикоррозионным покрытием
  • Высокопрочные металлические детали.

Требовалось получить высокопрочные металлические детали без термического отжига. Для этого деталь была выращена напрямую по технологии DMT, и в итоге получились высокопрочные изделия из низкоуглеродистой нержавеющей стали 420J2 (рис. 3) без применения термического отжига в процессе производства.

Рис. 3. Примеры изделий, полученных методом DMT. Важным требованием при их изготовлении является достижение высокой прочности без термической обработки
Рис. 3. Примеры изделий, полученных методом DMT. Важным требованием при их изготовлении является достижение высокой прочности без термической обработки
  • Быстрая корректировка литьевой формы.

Компании Hyundai неожиданно понадобилось в короткие сроки внести модификации в литьевую форму (рис. 4) для создания ламп головной оптики — вместо двух полос сделать четыре. Ограничения в первую очередь касались даже не стоимости замены, а сроков исполнения. Для решения этой проблемы две дополнительные полосы были нанесены на поверхность литьевой формы методом DMT; материал как самих полосок, так и всей формы — инструментальная сталь P21. Это позволило получить новые литьевые формы с необходимыми корректировками в сжатые сроки.

Рис. 4. Модификация литейной формы лампы головной оптики автомобиля Hyundai
Рис. 4. Модификация литейной формы лампы головной оптики автомобиля Hyundai
  • Восстановление и ремонт бандажного обода рабочих лопаток турбины высокого давления авиа­двигателей F110-GE-129, установленных на истребителях F15 ВВС Южной Кореи.

Бандажный обод РЛ ТВД турбовентиляторного двигателя F110, сделанный из сплава инконель 718, подвержен механическому износу в процессе эксплуатации за счет трения с подвижными частями турбины. Для увеличения его срока службы южнокорейские ВВС приняли решение восстановить изношенные зоны (вместо традиционной замены детали на новую). Эти зоны были воссозданы за счет наплавки на них методом DMT сплава кобальт-хром Stellite25 (рис. 5).

Рис. 5. Восстановление бандажного обода турбовентиляторного двигателя F-110
Рис. 5. Восстановление бандажного обода турбовентиляторного двигателя F-110

Теперь бандажный обод можно отремонтировать, а не заменить новым. Также высокие износостойкие свойства сплава кобальт-хром Stellite25 при высоких температурах позволяют еще больше увеличить ресурс службы изделия после восстановления.

Процесс ремонта изделия прошел сертификацию у производителя авиадвигателя General Electric. Стоит отметить и экономический эффект — разработчикам удалось существенно продлить ресурс бандажного обода до его отправки в ремонт.

  • Массовое изготовление медицинских имплантатов.

Технология DMT используется в том числе в эндопротезировании и позволяет изготавливать в промышленном объеме медицинские имплантаты тазобедренных суставов. Операция по замене тазобедренного сустава протезом является сложной высокотехнологической процедурой, и один из основных показателей ее успешности — вживляемость имплантата. Технология DMT применяется для нанесения пористого покрытия на поверхность имплантата с требуемой пористостью (рис. 6), что позволяет существенно улучшить прорастание кости в эндопротез.

Рис. 6. Пример нанесения пористых покрытий на вертлужную чашку и ножку тазобедренного имплантата методом DMT на установке MPC компании InssTek
Рис. 6. Пример нанесения пористых покрытий на вертлужную чашку и ножку тазобедренного имплантата методом DMT на установке MPC компании InssTek

Как видно из приведенных в статье примеров, использование технологии DMT для 3D-печати металлических изделий имеет ряд преимуществ и представляется одним из перспективных направлений, в частности при печати изделий размером до 4000 мм с применением широкого спектра металлических сплавов.

Александр Зубков

Опубликовано в номере: Control Engineering Россия Октябрь 2017

Понравилась статья? Жми палец вверх и подписывайся на нас в VK https://vk.com/controlengineeringrus