Навигация по таблицам параметров
- Таблица основных материалов для 3D-печати металлами
- Таблица температурных параметров по технологиям
- Таблица скоростных параметров лазера
- Таблица толщины слоев по материалам
- Таблица параметров поддержек
- Таблица точности и качества поверхности
Основные материалы для 3D-печати металлами
| Материал | Температура плавления, °C | Плотность, г/см³ | Применение | Технология |
|---|---|---|---|---|
| Ti6Al4V (Титан) | 1677 | 4.54 | Аэрокосмическая, медицина | SLM, DMLS, EBM |
| AlSi10Mg (Алюминий) | 660 | 2.67 | Автомобилестроение, прототипы | SLM, DMLS, DED |
| 316L (Нержавеющая сталь) | 1400-1450 | 8.0 | Химическая промышленность | SLM, DMLS, Binder Jetting |
| Inconel 718 | 1260-1340 | 8.19 | Энергетика, турбины | SLM, DMLS, DED |
| CoCr (Кобальт-хром) | 1350-1400 | 8.3 | Медицина, имплантаты | SLM, DMLS |
| H13 (Инструментальная сталь) | 1400-1480 | 7.8 | Оснастка, пресс-формы | SLM, DMLS |
| FGM композиты (новинка 2025) | Переменная | Переменная | Аэрокосмическая, автомобили | Multi-laser SLM |
Температурные параметры по технологиям
| Технология | Температура камеры, °C | Рабочая температура, °C | Охлаждение, °C/час | Атмосфера |
|---|---|---|---|---|
| SLM (Титан) | 700-800 | До 1100 | 50-100 | Аргон, Азот |
| SLM (Алюминий) | 150-200 | 400-500 | 100-150 | Аргон |
| SLM (Сталь) | 80-200 | 800-1000 | 80-120 | Аргон, Азот |
| DMLS (Общие) | Комнатная | 600-900 | 60-100 | Аргон |
Скоростные параметры лазера
| Материал | Мощность лазера, Вт | Скорость сканирования, мм/с | Шаг сканирования, мм | Время экспозиции, мкс |
|---|---|---|---|---|
| Ti6Al4V | 200-400 | 500-1500 | 0.08-0.12 | 80-120 |
| AlSi10Mg | 350-400 | 800-2000 | 0.10-0.15 | 60-100 |
| 316L Сталь | 200-300 | 600-1200 | 0.08-0.15 | 70-110 |
| Inconel 718 | 280-370 | 400-800 | 0.08-0.10 | 100-150 |
Толщина слоев по материалам
| Материал | Минимальная толщина, мкм | Стандартная толщина, мкм | Максимальная толщина, мкм | Влияние на качество |
|---|---|---|---|---|
| Титан Ti6Al4V | 20 | 30-40 | 50 | Высокая детализация |
| Алюминий AlSi10Mg | 20 | 30-50 | 60 | Хорошая скорость печати |
| Нержавеющая сталь 316L | 20 | 30-40 | 50 | Баланс качество/скорость |
| Кобальт-хром CoCr | 20 | 25-35 | 40 | Максимальная точность |
Параметры поддержек
| Тип поддержки | Минимальный угол, ° | Толщина стенки, мм | Шаг решетки, мм | Расход материала, % |
|---|---|---|---|---|
| Блочные поддержки | 45 | 0.4-0.6 | 1.0-2.0 | 20-30 |
| Решетчатые поддержки | 35 | 0.2-0.4 | 0.8-1.5 | 15-25 |
| Дендритные поддержки | 30 | 0.3-0.5 | 0.5-1.0 | 10-20 |
| Отрывные поддержки | 40 | 0.2-0.3 | 1.5-2.5 | 25-40 |
Точность и качество поверхности
| Параметр | SLM | DMLS | Единица измерения | Постобработка |
|---|---|---|---|---|
| Точность размеров | ±0.05-0.1 | ±0.1-0.2 | мм | Механическая обработка |
| Шероховатость Ra | 5-15 | 8-20 | мкм | Полировка, пескоструй |
| Минимальная стенка | 0.4 | 0.5 | мм | - |
| Минимальное отверстие | 0.5 | 0.8 | мм | Сверление |
Оглавление статьи
Основы технологий 3D-печати металлами
3D-печать металлами представляет собой революционную аддитивную технологию, которая кардинально изменила подходы к производству металлических изделий. В основе этой технологии лежат два основных процесса: селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS), которые используют лазер для выборочного плавления или спекания частиц металлического порошка. Процессы регламентируются ГОСТ Р 59036-2020 "Аддитивные технологии. Производство на основе селективного лазерного сплавления металлических порошков", действующим с 2021 года.
1. Камера заполняется инертным газом (аргон, азот)
2. Нагрев до оптимальной рабочей температуры
3. Нанесение тонкого слоя металлического порошка
4. Лазерное сплавление согласно 3D-модели
5. Опускание платформы и повторение цикла
6. AI-контроль качества в реальном времени (новинка 2025)
Высота слоя в 3D-печати металлами колеблется обычно от 20 до 50 микрон и зависит от свойств материала. В 2025 году внедряются многолучевые лазерные системы, увеличивающие скорость печати в 2-3 раза при сохранении точности. Эта технология позволяет создавать детали со сложной внутренней геометрией, которые невозможно изготовить традиционными методами обработки.
Сравнение технологий SLM и DMLS
Различия между SLM и DMLS сводятся к основам процесса связывания частиц: SLM использует металлические порошки с одной температурой плавления и полностью плавит частицы, тогда как в DMLS порошок состоит из материалов с переменными точками плавления.
SLM (Селективное лазерное плавление): Полное расплавление порошка при высоких температурах, создание плотных деталей с минимальной пористостью.
DMLS (Прямое лазерное спекание): Спекание частиц при температуре ниже точки плавления, возможность работы со сплавами различного состава.
Главное отличие состоит в том, что при SLM порошок расплавляется полностью, а при DMLS — спекается при температуре ниже точки плавления. Это влияет на механические свойства конечных изделий и области их применения.
Материалы и их свойства
Современные аддитивные технологии предполагают использование около 20 протестированных и готовых к эксплуатации материалов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальтовый хром и инконель.
Стоимость металлического порошка очень высока. Например, килограмм порошка из нержавеющей стали 316 стоит примерно 350-450 долларов. Это делает оптимизацию использования материала критически важной для экономической эффективности производства.
Температурные режимы и процессы
Температурные параметры являются критически важными для качества печати металлических изделий. Камеру построения сначала заполняют инертным газом для минимизации окисления металлического порошка, а затем нагревают до оптимальной температуры производства.
E = P / (v × h × t)
где: P - мощность лазера (Вт), v - скорость сканирования (мм/с), h - шаг сканирования (мм), t - толщина слоя (мм)
Для титана требуется предварительный нагрев камеры до 700-800°C, что обеспечивает снижение термических напряжений и предотвращает растрескивание деталей во время печати. Алюминиевые сплавы печатаются при более низких температурах камеры 150-200°C.
Скоростные параметры и качество печати
От мощности и качества лазерного луча зависит точность детали, скорость печати и эффективность всего процесса. В качестве нагревательного элемента для спекания металлического порошка используются оптоволоконные лазеры относительно высокой мощности – порядка 200Вт.
Титан: Мощность 200-400 Вт, скорость 500-1500 мм/с
Алюминий: Мощность 350-400 Вт, скорость 800-2000 мм/с
Сталь 316L: Мощность 200-300 Вт, скорость 600-1200 мм/с
Современные 3D-принтеры SLM используют более совершенные волоконные или дисковые лазеры с высоким качеством луча и короткой длиной волны, что позволяет достигать скорости сканирования до 10000 мм/с для специализированных применений.
Поддерживающие структуры
Поддерживающие структуры (поддержки) применяются в SLM печати металлами всегда. Они используются не только для непосредственной поддержки детали во время печати, но и необходимы для отвода тепла от изделия.
1. Обеспечение платформы для следующего слоя
2. Крепление детали к рабочей платформе
3. Отвод тепла и контролируемое охлаждение
4. Предотвращение деформаций от термических напряжений
Расстояние между геометрическими элементами должно быть не менее 0,4–0,5 мм, чтобы можно было удалить лишний порошок. На генерацию поддержек требуется большое количество дорогого материала (иногда до 40% от общего объема напечатанного изделия).
Постобработка и финишные операции
Когда камера построения остывает до комнатной температуры, неизрасходованный порошок вручную удаляется, а детали обычно подвергаются дополнительной термической обработке для снятия остаточных напряжений согласно требованиям ГОСТ Р 59038-2020 "Аддитивные технологии. Подтверждение качества и свойств металлических изделий".
1. Охлаждение камеры до комнатной температуры
2. Удаление излишков порошка
3. Термическая обработка для снятия напряжений
4. Удаление поддержек механическим способом
5. AI-контроль качества поверхности (новинка 2025)
6. Финишная механическая обработка при необходимости
Точность размеров, которую может достичь 3D-принтер для печати металлами, составляет приблизительно ± 0,05-0,1 мм для SLM и ± 0,1-0,2 мм для DMLS (по данным 2025 года). В новых системах с многолучевыми лазерами достигается точность до ± 0,03 мм.
Металлический порошок в SLM и DMLS используется повторно: обычно менее 5% уходит в отходы. Это делает технологию относительно экологичной, несмотря на высокую стоимость исходных материалов. В 2025 году внедряются функционально-градуированные материалы (FGM), позволяющие создавать изделия с переменными свойствами по толщине.
Часто задаваемые вопросы
SLM (селективное лазерное плавление) полностью расплавляет металлический порошок при высоких температурах, создавая детали с минимальной пористостью. DMLS (прямое лазерное спекание) спекает частицы при температуре ниже точки плавления, что позволяет работать со сплавами различного состава. SLM обеспечивает более высокую плотность деталей, но требует больше энергии.
Основные материалы включают титановые сплавы (Ti6Al4V), алюминиевые сплавы (AlSi10Mg), нержавеющую сталь (316L), никелевые сплавы (Inconel 718), кобальт-хром (CoCr), инструментальные стали. Также возможна печать драгоценными металлами для ювелирных изделий. Выбор материала зависит от требований к прочности, коррозионной стойкости и области применения.
Поддержки в металлической 3D-печати выполняют несколько критически важных функций: обеспечивают опору для выступающих элементов, отводят тепло от детали для предотвращения деформаций, крепят деталь к рабочей платформе. Без поддержек детали могут сместиться или деформироваться из-за высоких температур процесса.
Стандартная точность составляет ±0,05-0,2 мм в зависимости от технологии и материала. SLM обеспечивает более высокую точность (±0,05-0,1 мм) по сравнению с DMLS (±0,1-0,2 мм). Толщина слоя варьируется от 20 до 50 микрон. Для достижения максимальной точности часто требуется дополнительная механическая обработка.
Температуры зависят от материала: титан требует нагрева камеры до 700-800°C, алюминий - 150-200°C, сталь - 80-200°C. Рабочие температуры лазера достигают 1100°C для титана, 400-500°C для алюминия, 800-1000°C для стали. Процесс происходит в среде инертного газа для предотвращения окисления.
Стоимость высокая из-за дорогого оборудования и материалов. Килограмм металлического порошка стоит 350-450 долларов для нержавеющей стали, еще больше для титана и специальных сплавов. Детали обычно стоят десятки тысяч рублей. Технология оправдана для сложных деталей, которые невозможно изготовить традиционными методами.
Скорость зависит от материала и сложности детали. Типичные скорости сканирования: титан 500-1500 мм/с, алюминий 800-2000 мм/с, сталь 600-1200 мм/с. Деталь высотой 3-4 см печатается 2-8 часов. Современные принтеры с несколькими лазерами могут значительно увеличить производительность.
Обязательные этапы включают: удаление излишков порошка, термическую обработку для снятия напряжений, удаление поддержек механическим способом или EDM. Для улучшения качества поверхности применяют пескоструйную обработку, полировку, механическую обработку. Шероховатость после печати составляет 5-20 мкм Ra.
Отказ от ответственности: Данная статья носит ознакомительный характер и предназначена для образовательных целей. Параметры печати могут варьироваться в зависимости от конкретного оборудования и условий производства. Перед началом работы обязательно консультируйтесь с технической документацией производителя оборудования и материалов.
Актуальные нормативные документы (по состоянию на июнь 2025):
• ГОСТ Р 59036-2020 "Аддитивные технологии. Производство на основе селективного лазерного сплавления металлических порошков. Общие положения"
• ГОСТ Р 59037-2020 "Аддитивные технологии. Конструирование металлических изделий. Руководящие принципы"
• ГОСТ Р 59038-2020 "Аддитивные технологии. Подтверждение качества и свойств металлических изделий"
• ГОСТ Р 57558-2017/ISO/ASTM 52900:2015 "Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы"
• ГОСТ Р 58600-2019 "Аддитивные технологии. Неразрушающий контроль металлических изделий"
Источники информации: Статья подготовлена на основе актуальных российских ГОСТов, технических публикаций ведущих производителей 3D-принтеров, научных исследований в области аддитивных технологий 2024-2025 годов, отраслевых стандартов и экспертных материалов от компаний EOS, 3D Systems, SLM Solutions, и других лидеров индустрии 3D-печати металлами.
