В последнее время мир 3D-печати переживает настоящую революцию благодаря появлению доступных технологий печати металлом. Одно из самых примечательных нововведений - использование технологии Selective Laser Melting (SLM) в сочетании с обычными оптоволоконными настольными граверами, что позволяет осуществлять печать металлом прямо дома.
Технология SLM в домашних условиях Selective Laser Melting (SLM) - это процесс, при котором металлический порошок плавится лазером для создания твердых объектов по слоям. Традиционно это было прерогативой промышленных установок, но мы попробовали добиться результата в домашних условиях. Суть инновации заключается в применении стандартных оптоволоконных настольных граверов, которые модифицированы для работы с Алюминий-магниевым порошком. Нужен был бункер для точного дискретного перемещения плоскости для печати.
Одной из уникальных особенностей системы является "бункер" для металлического порошка, напечатанный на обычном 3D-принтере из пластика. Основная задача была сделать дешево, так как это эксперимент. Напечатали "шахту бункера" внутри плотно перемещается вверх вниз кубик из пластика, кубик плотно подогнан по стенкам. В качестве механизма дискретного перемещения на заданное расстояние служит стопка нарезанной бумаги. Толщина листов задает и толщину будущего слоя. Алюминиевый порошок подается в бункер просто засыпается прям сверху и равняется ракелем. Уникальность конструкции в том, что опускание площадки для печати выполняется вручную. Пользователь вынимает тонкие листы из под кубика, благодаря чему площадка опускается на заданное расстояние и позволяет лазеру обрабатывать новый слой порошка.
Программа EzCAD2 имеет встроенную функцию разбития STL 3Д модели на слои, толщина и количество слоев также задается, так что с этим проблем не было.
Так как после «печати» каждого слоя программа должна была стоять и ждать команды пока оператор вынимал бумажки, равнял порошок, нажимал педаль для печати следующего слоя, необходимо было прописать на некоторые пины ту самую педаль и научить программу ждать команды. Но в принципе, это не было сложно.
Итак следующим этапом пробуем что то напечатать. А точнее кольцо (скачено бесплатно)
Как видно, без инертного газа, порошок просто сгорает, но было трудно держать телефон в мешке. Мешок буквально это полиэтиленовый мешок который был призван создать герметичную камеру.
так был подключен баллон с Аргоном, кстати алюминиевый сплав был выбран так как у него низкая относительно порошка из нержавейки температура плавления. Для лазерных источников Raycus 50W QB хорошо подходит.
Итак вернемся, для съемки даже короткого ролика приходилось открывать мешок и аккуратно опускать камеру, пока атмосферный воздух и Аргон не слишком перемешались, удалось записать короткое видео.
Весь газ в результате улетучивался и приходилось наполнять мешок заново, не думаю что в таких дозах дышать Аргоном вредно. Газ инертный, но главное что улетучивался газ и в процессе печати. приходилось , каждый слой я печатал в надутом мешке потом приспускал его чтобы ракелем нанести новый слой и затем надувал мешок снова. Занятие "такое себе"
итак после 8 часов эксперимента, вот что получилось:
как видно было несколько попыток, две или три я не стал фотографировать так как там нечто было смотреть. Вывод, технология пригодна для "Печати в домашних условиях" но требует сноровки.
Автор текста и эксперимента: Алексей Быковский
Порошок: Алюминий-магниевый сплав
программное обеспечение: EzCAD2
Методология проведения эксперимента:
Цель исследования: Адаптация технологии SLM, традиционно используемой в промышленности, для применения в домашних условиях.
-
Используемые материалы и оборудование:
Материалы: Алюминий-магниевый порошок для 3D-печати.
Используемый газ: Аргон
Оборудование: Стандартные оптоволоконные настольные гравер с источником Raycus 50W QB, модифицированные для работы с металлическим порошком.
Бункер для порошка: Пластиковый, напечатан на 3Д принтере. с ручным разглаживанием порошка и ручным вертикальным сдвигом за счет листов определенной толщины.
Модификация оборудования: Гравер был адаптированы для данного эксперимента, путем выведения дополнительной кнопки и программирование макроса, таким образом что после каждого слоя у оператора была возможность спустить вниз пластиковый бункер, разгладить новую порцию порошка и вновь закачать газ в мешок.
Разработка дополнительного устройства (бункер): Создание бункера для точного и дискретного перемещения плоскости печати. размеры печатаемой области 25*25*25мм сам бункер выполнен из пластика но на дне печатной площадки приклеена металлическая пластинка 20*20мм. Подвижная часть бункера сдвигается вниз дискретно толщине используемых пластинок. Использовался картон толщиной 0.7мм
-
Процесс печати:
Подготовка: Подготовка материалов, по всей плоскости бункера наносился плавкий порошок затем в полиэтиленовый пакет нагнетался газ Аргон из баллона заранее был подготовлен файл который включал 28-30 слоев на которые была разбита 3Д STL модель кольца. Калибровка лазерного маркератора проводится до начала работ и выполняется в программе, соответствующими настройками в меню Param F3.
Калибровка толщины слоя проводится путем измерения толщины листов материала который расположен под бункером.
Процесс печати: Порошок засыпается в ручную, первый слой должен припечься к металлической пластине на дне пластикового кубика. далее закачиваем газ. затем нажимаем педаль, лазер понимает нажатие как команду на старт, лазер спекает первый слой порошка. затем мешок открывается, лазер находится в режиме ожидания следующего нажатия педали. Затем вынимается один лист (в моем случае картон 0,7мм). Следом в ручную насыпается не большое произвольное количество алюминиевого порошка. Затем аккуратно ракелем порошок разглаживается. диаметр частиц примерно 50 мкм поэтому толщина слоя около 15-20 частиц. это легко спекает лазер и достаточно чтобы не создавать трение между ракелем и уже напечатанным слоем в момент разглаживания.
Контроль процесса: Мониторинг и регулировка параметров печати в реальном времени визуально оператором.
Результаты и оценка: Шероховатость поверхности примерно 200-300 мкм, измерить геометрию возможно на других моделях, например кубиках с заранее заданными размерами высоты ширины и длины, такой замер производился на этапе калибровки и точность калибровки равнялась 200мкм.
Проблемы и решения: Проблемы были с герметичностью мешка, так как его нужно было открывать и наполнять газ расходовался очень быстро. Для дальнейшего использования нужна автоматическое движение пластикового кубика внутри бункера, так можно создать герметичную комнату и не открывать ее постоянно.
-
без Аргона алюминий-магниевый порошок просто сгорает.
Комментарии (37)
lleo_aha
10.01.2024 07:26+2Металлический порошок отлично даже через кожу пролазит, а вдохнуть его вообще не проблема. Опасные эксперименты, очень.
Goron_Dekar
10.01.2024 07:26-1Особенно тот, что образуется при интенсивном трении двух металлических поверхностей, например рельса и колеса. В закрытом помещении (или тоннеле) эффект усугубляется. Боитесь спускаться в метро?
lleo_aha
10.01.2024 07:26+6Зря вы так. Вот цитатка с одной из статей про SLS:
Как известно, металлы, попадающие в человеческий организм в микроскопических дозах, полезны. В макродозах они несут опасность для здоровья – получить отравление металлами очень легко, а кроме того, порошки взрывоопасны. При дисперсности порошка от 4 микрон он проникает сквозь поры кожи, органы дыхания, зрения и т.д. В связи с этим при работе на металлических 3D-принтерах необходимо строго соблюдать технику безопасности. Для этого предусмотрена защитная спецодежда – костюм, перчатки и обувь. Аддитивные машины, как правило, комплектуются пылесосом для удаления основного порошка, однако и после его использования некоторая взвесь металлов остается.
Дело то в том как раз что в процессе экспериментов Вы очень плотно с порошком контачите.Goron_Dekar
10.01.2024 07:26Защититься от порошка металла размером больше 2 мкм поможет даже хорошая маска, не говоря уж о респираторе, используемом на любом нормальном хим. производстве при взвешивании порошков.
А тот металл, который попадает в поры кожи, там и остаётся, дальнейшая его диффузия сильно затруднена. Поэтому опасение за проникновение через кожу (руки не бирём, там перчатки спасут, речь скорее про лицо) переоценены. Организовать простую вытяжку также не проблема даже в условиях кухни.
Выходит, что использование металлического порошка в доме не сложнее покрасочных работ, нужно только озаботиться минимальными СИЗ и вытяжкой.
peacemakerv
10.01.2024 07:26+9Чёрт, материал оччень интересный, но ... есть ли возможность вычитать от ошибок ? Глаз дергается
diakin
10.01.2024 07:26+2"Вычитывать" не надо. Просто загнать в редактор со спеллчекингом. )
peacemakerv
10.01.2024 07:26+2Это был мой скромный термин в одно слово, в попытке никого не обидеть таким моим комментарием.
SergeyMax
10.01.2024 07:26+13Можно хотя бы порошек и мешек поправить? Глаза закровили немного просто.
DarkTiger
10.01.2024 07:26А от какой суммы на печать порошком с клиентом в РФ вообще говорить начнут? Я так понимаю, есть такие фирмы, которые набирают 10-20 заказов в течение пары недель и печатают их в одном сеансе.
Вот, например, потерялась где-то хитровывернутая скоба, даже без механической нагрузки. Понятно, что в Китае ее изготовят быстро фрезеровкой, но с доставкой и таможней умучаешься.
mpa4b
10.01.2024 07:26Интересно, этот самый алюминиево-магниевый сплав, в мелкодисперсной форме, не загорится ли натурально на воздухе от лазерного нагрева? Потому что его загорится, мало не покажется, и хорошо если не устроит пожар при этом.
SergeyMax
10.01.2024 07:26Интересно, этот самый алюминиево-магниевый сплав, в мелкодисперсной форме, не загорится ли натурально на воздухе от лазерного нагрева?
текст не читай/коммент пиши
aborouhin
10.01.2024 07:26-1Очень интересно, но ничего не понятно.
Каким именно образом был "модифицирован" лазер?
Зачем понадобилось вручную опускать кубик с порошком, почему не перемещать лазерную голову по оси Z?
Ну и что помешало по-быстрому склеить на коленке короб из монолитного поликарбоната, которым закрыть всю конструкцию и в него уже подавать аргон, вместо этих сомнительно сказывающихся на качестве результата и пожароопасных телодвижений с мешком? (последний вопрос риторический :)
Tuvok
10.01.2024 07:26А мне интересно, можно ли обойтись и без пакетов и без короба, подавая аргон через сопло, как это делают в TIG-сварке?
aborouhin
10.01.2024 07:26Ну, кстати, да. Тем более наличие баллона с аргоном у автора намекает, что MIG/TIG аппарат там тоже где-то имеется, так что можно было бы попробовать по аналогии.
С другой стороны, в сварке это от отсутствия альтернативных решений, свариваемые изделия в герметичный бокс не запихнёшь (хотя есть сварка в камере с контролируемой атмосферой и вообще жуткая хтонь - сварка в обитаемой камере, но это экзотика), и поэтому приходится мириться с недостатками метода. А тут вполне реально обеспечить чисто аргоновую среду за счёт создания герметичного контура.
Tuvok
10.01.2024 07:26Ну это вопрос расхода газа и герметичности контура, что обойдется дешевле и/или будет технологичнее.
aborouhin
10.01.2024 07:26Скорее вопрос требуемой чистоты аргоновой атмосферы в зоне сварки. Для алюминия хватает наддува в зону сварки, а вот титану уже подавай камеру. Так что по описанной в статье технологии тоже надо проверить, хватит ли наддува или нет (и насколько это повлияет на качество результата).
arteast
10.01.2024 07:26+4Я подозреваю, что даже несильный обдув газом рабочей области приведет к красивому разлетанию металлической пыли из этой области во все стороны.
Singeser
10.01.2024 07:26Модифицированна, что бы пуск печати был последовательный, по триггеру с педали. Сама установка скорее всего обычная, тк мозги для создания собственного софта стоят дороже на пару тройку тысяч баксов.
Для перемещения по z пришлось бы проектировать электромеханический модуль на швп с точностью позиционирования высокой, это сложнее и дороже чем просто напечатать оснастку.
в любом случае интересная мысль, как будет возможность, надо будет посмотреть насколько стабильная технология получается.
buldo
10.01.2024 07:26Круто. Теперь можно приделать к основанию платформы шаговик с ШВП, чтобы платформа сама опускалась
aborouhin
10.01.2024 07:26-1Проще его приделать к лазерному модулю, чтобы он поднимался. Регулировка по высоте там уже есть, прикрутить между головой и кареткой пару направляющих и ШВП просто.
А если взять не гравёр, а фрезер или 3D принтер, у которых заменить шпиндель или печатную головку соответственно на лазерный модуль, то перемещение по оси Z или головы, или стола там уже есть.buldo
10.01.2024 07:26И что тогда? Поднимать синхронно и лазерную голову и ограждения для порошка? Его надо насыпать очень ровным и тонким слоем. Как это сделать, если голова поднимается?
Guestishe
10.01.2024 07:26-1К голове приделать лопатку-разравниватель и равнять из заранее насыпанной рядом горки? Ну это самое простое автоматизированное решение что пришло в голову.
webself
10.01.2024 07:26+1Голова у лазерных маркираторов без моторов перемещения по осям, если что. Поглядите на ютубе, как они работают. Там зеркала только двигаются.
aborouhin
10.01.2024 07:26-1Честно говоря, что там происходит с бункером и порошком, по описанию и роликам автора поста я не до конца понял, хотелось бы более подробного описания. Но если одна часть бункера опускается, а другая неподвижна, то логично одну прикрепить к двигающейся по Z конструкции, а другую не прикреплять... тут, конечно, в случае с перемещением головы придётся подумать, как при этом компенсировать её движение по X и Y - но всё проще, чем вручную листочки вытаскивать.
webself
10.01.2024 07:26Нет в этих лазерах механики перемещения по осям моторизованной. Изучите матчасть...
aborouhin
10.01.2024 07:26-1Эм... смотря в каких. У дешёвых китайских гравёров, которые не совмещены с фрезером, а чисто гравёры, положение головы по Z регулируется вручную, а по X и Y шаговики. Гляньте, как выглядят первые результаты по запросу "laser engraver" на Али. Я именно такие имел в виду. Сейчас пригляделся, на первом фото у автора явно что-то другое (увы, автор был весьма скуп на описание), но там ещё проще, получается, просто добавить шаговик на Z и прикрутить одну из частей бункера к голове, раз она по X и Y не перемещается.
webself
10.01.2024 07:26В таких, который использует автор – нет. Причем здесь дешевые китайские лазеры. И тем более лазеры, совмещенные с фрезерами? Это совсем из другой сказки устройства. Погуглите "лазерный маркиратор" перед тем, как далее писать комментарии лучше.
aborouhin
10.01.2024 07:26Если бы автор поста написал, что он использовал именно маркиратор, наверное, вопросов бы не было. Но автор написал про "настольный гравёр", да и вообще был не очень щедр на детали, что и как именно у него работает. Слово "маркиратор" первый раз упомянуто в Вашем комменте. А пытаться что-то рассмотреть на роликах на несколько секунд, где всё закутано в мешок, - то ещё удовольствие :)
dimonet
10.01.2024 07:26Я конечно за шаговик который будет опускать и разравнивать но можно бы было просто скотчем вклеить два пакета в этот пакет надутыргоном засунуть туда руки и делать всё без отрыва от производства
TedBeer
10.01.2024 07:26Я писал про опенсорс порошковый принтер, который сыпет и ровняет порошок самостоятельно более 10 лет назад. Можете проверить, исходники и чертежи были на гитхаб, может еще живы или есть у кого-нибудь в форках - https://habr.com/ru/articles/148989/ Статья с файлами на тинге еще жива - https://www.thingiverse.com/thing:27794
AlexNixon
"Домашние условия" - понятие, конечно, для всех разное. Мне вот, например, баллон с аргоном девать не очень есть куда. Но эксперимент крайне интересный. Вопрос - какова прочность получившегося изделия?
Alexey80 Автор
Прочность, достаточно прочно. гнется и не отрывается слой от слоя. стенда чтобы проверить на разрыв у меня нет. только "глазок"
aborouhin
У Вас же кольцо, не обязательно разрывать и стенд. Можно зажать в тиски, прихватить сваркой к винту тисков торцевую головку и сжимать динамометрическим ключом. И посмотреть, на каком усилии начнёт гнуться, на каком треснет (или вообще не треснет, а сплющится). А в идеале потом ещё вырезать такое же кольцо из цельного алюминиевого сплава (хоть на ЧПУ, хоть вручную) и сравнить. Уже что-то конкретное будет для оценки результата и перспектив двигаться дальше.