Компания SLM Solutions, лидер в области разработки новейших технологий 3D-печати металлами, выполнила проект по изготовлению титанового изделия для авиакосмической отрасли размером 31 x 22,2 и диаметром 21,9 см.
На сегодняшний день это самая крупная деталь, изготовленная на аддитивной установке SLM 280 с двумя 400-ваттными лазерами. Именно эта машина позволила напечатать изделие такого размера в относительно короткий срок по сравнению с традиционной технологией изготовления.
Стандартный размер платформы построения в 3D-принтерах этого класса составляет 250 мм х 250 мм. Однако SLM 280 имеет увеличенную платформу размером 280 мм х 280 мм, что дает возможность печатать изделия большего размера.
Благодаря разработкам в области 3D-печати металлами по технологии селективного лазерного плавления (в том числе титаном) для нужд авиакосмической промышленности, учитывая высокую прочность и малый вес данного металла, SLM Solutions стала одной из ведущих компаний, выполняющих заказы для производителей комплектного оборудования. SLM Solutions сумела преодолеть ограничения, связанные с размером камеры построения, и другие сложности, возникающие при изготовлении крупных изделий из титана, и продолжает совершенствовать свои технологии в этой области.
Процесс 3D-печати из титанового порошка
Как объясняет Майк Хансен, инженер по внедрению североамериканского подразделения SLM Solutions, успехи в области 3D-печати титаном особенно важны: титан – металл очень твердый и подверженный растрескиванию из-за высоких остаточных напряжений, что стало серьезной проблемой. «Геометрия детали была не особенно сложной, однако трудность заключалась в том, чтобы с использованием аддитивной технологии изготовить из титана столь крупное изделие», – отметил инженер.
Эту задачу помогла решить разработанная и запатентованная SLM Solutions система, состоящая из двух лазеров. Обработка изделия в зоне перекрытия одновременно двумя лазерами позволила не только ускорить процесс печати, но и изготовить изделие большего размера. SLM Solutions провела испытания материала в зоне перекрытия, которые подтвердили отсутствие какой-либо разницы в качестве материала между участками, напечатанными одним лазером, и участками в зоне перекрытия, на которую два лазера воздействовали попеременно. Инженеры SLM Solutions выполнили несколько итераций, чтобы подготовить файл и напечатать несколько пробных образцов с целью убедиться, что задача будет выполнена. Клиенту нужен был способ производства данного изделия, обеспечивающий экономию затрат и времени, а также снижение веса.
«Это изделие примечательно своими размерами и тем фактом, что оно было изготовлено из титана за шесть с половиной дней без перерывов в процессе печати, – говорит Хансен. – То, что 3D-принтер SLM способен работать в течение столь длительного времени, не требуя чистки или иного обслуживания, само по себе чрезвычайно важно».
Хотя обычно технология 3D-печати привлекает к себе внимание своей способностью воспроизводить уникальную геометрию, данное изделие для авиакосмической отрасли не было особенно сложным с этой точки зрения. Однако получить титановую деталь такого размера за столь короткое время едва ли было бы возможно с использованием традиционной технологии механической обработки.
Процесс изготовления средствами традиционной механической обработки занял бы несколько недель«Технология аддитивного производства не связана ограничениями традиционных станков и инструментов, поэтому мы можем создавать более органичные формы, а весь цикл проектирования и разработки критически важных изделий для авиакосмической промышленности значительно сокращается», – пояснил Хансен.
Ричард Гриллс, доктор наук в области металлургии, руководитель отдела внедрения и технический директор SLM Solutions в Северной Америке, дал следующий комментарий: «Учитывая размеры изделия, процесс изготовления средствами традиционной механической обработки занял бы несколько недель; при этом потребовалось бы четыре или пять переналадок. Иными словами, это было бы очень дорогостоящим процессом. На изготовление изделия по технологии литья ушло бы еще больше времени, поскольку потребовалась бы оснастка, а процесс ее изготовления может занять до шести месяцев. Кроме того, традиционная оснастка имеет высокую стоимость. Мы выполнили задачу намного быстрее, хотя стоимость изделия оказалась выше. Тем не менее, учитывая сэкономленное время, такие затраты оправданы для критически важного изделия такого размера».
Лопатка турбины, напечатанная на аддитивной установке SLM 280HL
SLM Solutions добилась впечатляющих результатов с точки зрения скорости изготовления, качества и плотности конечного изделия. Хансен отметил, что «выполнение строгих требований к качеству и технических условий на материалы при использовании титана в жестко регулируемых отраслях, таких как авиакосмическая и автомобильная промышленность, требует многочисленных испытаний материалов и оптимизации параметров, чтобы убедиться, что заказчик получит именно то, что ему нужно».
Требования к контролю качества в авиакосмической отрасли довольно обширны: для проверки изделия на пустоты или пористость, как правило, применяется такой метод неразрушающего контроля, как компьютерная томография, однако клиент может выбрать разрушающий контроль и разрезать изделие. «Мы сперва провели неразрушающий контроль изделия, а затем испытания в условиях, приближенных к реальным, установив изделие на двигатель и выработав ресурс до разрушения», – говорит Хансен.
По мере развития технологий аддитивного производства компания SLM Solutions наблюдает все больший спрос на свои решения. Однако материалы и процессы изготовления совершенствуются настолько быстро, что стандарты не успевают за ними. «К нам все чаще обращаются компании, которые применяют традиционные технологии, но стремятся к увеличению скорости производства при сохранении качества и хотят воспользоваться преимуществами аддитивного производства, – добавил Хансен. — Эта отрасль меняется буквально каждый день и развивается очень быстро, однако мы наблюдаем разрыв между темпами развития технологий аддитивного производства и способностью некоторых отраслей, в частности авиакосмической и автомобильной, столь же быстро сертифицировать новые материалы и технологии».
Размеры изделия: 31 x 22,2 см, диаметр 21,9 см
Материал: Ti64
Продолжительность печати: 6,5 дней
Аддитивная установка: SLM 280 с двумя лазерами по 400 Вт
Комментарии (42)
slava_k
01.04.2019 17:03Интересно было бы узнать о сравнении прочностных характеристик спеченной лазерами из металлической пыли детали и идентичной с применением классических технологий литья.
iQBTechnologies Автор
01.04.2019 17:22Пористость в литье порядка 1,5%, при 3D-печати металлами — менее 0,5. Сравним титановое изделие, полученное традиционным способом / по технологии 3D-печати: прочность на разрыв 860 / 1030 МПа, предел текучести — 758 / 975 МПа, при этом растяжение — 8% / 19%. Зависит от материала. С нержавеющей сталью, к примеру, преимущества будут целиком на стороне классических способов.
Al_Azif
03.04.2019 11:50т.е. эта штука реально прочнее чем литье?
Я правильно понимаю что литью по сути в следующие лет 10 можно будет помахать ручкой?iQBTechnologies Автор
03.04.2019 12:43Помахать ручкой литью и другим классическим технологиям мы не сможем еще очень-очень долго. Как уже было сказано, прочность и другие характеристики зависят от конкретного сплава. Не будем забывать, что есть ограничения по размеру изделий, создаваемых на металлических 3D-принтерах. Плюс, на данном этапе речь пока только об экспериментальном и мелкосерийном производстве.
Am0ralist
01.04.2019 17:25с применением классических технологий литья
начнём с того, что литьё титана само по себе достаточно весёлое занятие…
rPman
01.04.2019 19:08Не понял, почему спиливание и фрезеровка титановой болванки будет длиться месяцы? Там наверное внутреннее строение сложное и в принципе не поддается фрезеровке, а значит будет сборное?
easyman
01.04.2019 19:21А эта спешка окупилась?
Evengard
01.04.2019 20:26Прикол в том, что кроме скорости это ещё и дешевле может быть.
Materializator
03.04.2019 21:45Установка, описанная в статье, стоит более 1 млн. евро
Амортизация (считаем, что 5 лет аппарат работает без расходных материалов, накладных расходов, что абсолютно неверно) составит 666 Евро в сутки или 4000 Евро за эту деталь.
de-Bill
01.04.2019 20:58Похоже, фирма готовится занять место России в качестве поставщика для Boeing и Airbus.
Materializator
01.04.2019 22:05Для демонстрации «реальных» преимуществ аддитивного производства рекомендую делать оснастку у подрядчика с ФЗ-275, это легко позволит увеличить с жалких полугода до реальных 1-2 лет — и это только этап согласований!
Я понимаю необходимость рекламного поста — но размеры и срок не впечатляют. Видимо, удивит лишь цена — я не смог найти цену ни на оборудование, ни на порошок.
Заявленная прочность где-то была проверена? Есть сильно сомнение, что послойное спекание даст меньше пористость и выше прочность, чем механическая обработка литой заготовки.iQBTechnologies Автор
02.04.2019 10:36Заявленная прочность где-то была проверена?
Мы говорим об уже работающей на производстве технологии. SLM начинает использоваться в серийном производстве.
Есть сильно сомнение, что послойное спекание даст меньше пористость и выше прочность, чем механическая обработка литой заготовки.
Напечатанные на 3D-принтере детали, в большинстве случаев, требуют постобработки. Главное преимущество — в возможности создавать сложную геометрию, тонкие стенки, внутренние каналы и печатать цельные детали вместо многоэлементных. Т.е. эта технология ни в коем случае не заменит субтрактивные методы, она более эффективно решит определенные узкие задачи. И конечно, есть ограничения по размеру детали.
dimkss
02.04.2019 15:13Заявленная прочность где-то была проверена?
Мы говорим об уже работающей на производстве технологии. SLM начинает использоваться в серийном производстве.
Т.е. поскольку технология работающая на производстве, а SLM только начинает использоваться в серийном производстве, то прочность не проверяли?iQBTechnologies Автор
02.04.2019 15:29Напротив, имелось в виду, что поскольку технология работает, то как могли не проверять механические характеристики?
Stepan555
01.04.2019 22:39Не бейте сильно, но такая болванка выглядит грубовато, её можно было бы и дедовским методом литья в землю отлить.
Вот турбинные лопатки — это да!Am0ralist
01.04.2019 22:44+2её можно было бы и дедовским методом литья в землю отлить.
А вы отлейте, мы посмотрим? Не, серьезно, отлейте титановую болванку дедовским методом в землю, можно в десять раз меньше. Да любую можно. Отлейте именно так, как написали.Stepan555
02.04.2019 11:44Давайте мне литейный цех и титан — отолью.
Naerus
02.04.2019 12:44Давайте мне литейный цех и титан — отолью.
Прежде чем нести свою необразованность в данном вопросе в массы, почитайте о всех сложностях литья, технологических решениях и химических свойствах данного металла.Stepan555
02.04.2019 13:31ну вот как-то так: www.stroitelstvo-new.ru/liteynoe-proizvodstvo/osobennosti-plavki-i-litya-titanovyh-splavov.shtml
Вакуумная дуговая печь и углеродная форма. Так и быть, углеродный порошок найду сам.Am0ralist
02.04.2019 13:34её можно было бы и дедовским методом литья в землю отлить.
Вакуумная дуговая печь и углеродная форма.
Никакой, никакой разницы.Stepan555
02.04.2019 15:26Дуговые печи известны с XIX века, в России промышленно используются с 1915 года. Угольный порошок тоже не ахти какая нанотехнология. Вполне себе дедовские методы. Без 3-мерной печати вполне можно обойтись.
sshmakov
02.04.2019 09:10Осталось запустить этот принтер в космос, чтобы по месту детали делать.
iQBTechnologies Автор
02.04.2019 10:25
Gryphon88
02.04.2019 15:03Вопрос вообще про практику 3д-печати, в первую очередь FDM: насколько помню, нам надо двигать головку с заданной скоростью, чтобы выдавленный жидкий пластик был равномерной «колбаской» заданной толщины и ширины. Но с печатью растёт вес полуфабриката на столике. Я видел неочевидные конструкции, когда столик активно двигается по X или Y оси; как в таких случаях добиваются равной скорости движения независимо от нагрузки?
rPman
02.04.2019 19:43в статье идет речь о лазерном спекании порошка, и даже в этом случае поддержки точно так же дорисовываются под нависными частями изделия.
в случае с FDM то о чем вы говорите, калибруется под материал и принтер либо производителем дорогих принтеров (в этом случае пластик вендорлочится а цены заоблачные) либо конечным потребителем 'на глазок' зато дешево.
К тому же техонология FDM хоть и достигла своего пика, на пользовательский доступный практике софт (слайсеры) сильно ограничен в своих возможностях, и такие вещи как точное прогнозирование поведения пластика в сопло — вопрос больше теоритизирования чем реальной практики, все равно никто не научился правильно считать экструзию на поворотах (небольшие отверстия) и все выдают сильную переэкструзию, вынуждая учитывать ее еще на этапе моделирования.
stalinets
Мне вот интересно, как получают порошки-расходники для таких принтеров? Если взять титановый лом/прокат и спилить его в пыль, то пыль будет из частиц разного размера и собержать абразив, т.е. явно не подойдёт для печати.
iQBTechnologies Автор
Основной способ создания порошков — атомизация. В атомайзере металл распыляется в специальной камере.
thatsme
На 1-й и 2-х картинках, материал похож на диоксид титана (белый порошок).
Это точно титан?
sim2q
О, титановая атомарная пыль будет очень хорошо гореть
sidorovmax
Болванку из конкретного титанового сплава охладить в криогенной камере и распылить ультразвуком.
Mykola_Von_Raybokobylko
Чем простите распылять? Ультрозвуком титан?
sidorovmax
Надо подобрать титановый сплав, который становится очень хрупким при температуре, скажем, жидкого азота.
Mykola_Von_Raybokobylko
урановые ломы в ртути (Ц)
didkovskyi
Мне кажется, такой сплав, не лучшее решение для аэрокосмической отрасли.
sidorovmax
Свойства сплавов бывают очень разные.
И если для конкретной детали сплав подходит, то его чрезмерной хрупкостью при температуре жидкого азота можно пренебречь. И даже воспользоваться для приготовления порошка.
В дальнейшем готовую деталь можно закалить, причем несколькими возможными способами. При этом свойства сплава опять изменятся.
firewind1
Взять струйку расплавленного титана, и на выходе распылять струей инертного газа. Как вариант
de1m
Берёте человека 1шт. и напильник тоже 1шт. и вперёд.
Я помню мы так порошок из магния для фейервека добывали и мне до сих пор не ясно откуда у нас было вертолётное колесо из магния дома.
nikolayv81
С кладбища вертолётов, вероятно, оно конечно было за колючей проволокой, но...
gotozero
Струю расплавленного металла со скоростью ударяют о струю воды.
Металл осыпается в виде порошка.