Ученые разрабатывают улучшенный метод 3D-печати металлом (+ видео)

Селективное лазерное спекание (SLS) – это одна из ключевых областей исследования в технологиях 3D-печати. Принцип этого метода заключается в применении лазерных лучей для сплавления порошкообразных материалов – как правило, металлов – для создания твердых трехмерных объектов.

Однако в настоящее время ведутся разработки альтернативной технологии, способной составить конкуренцию методу SLS. Исследования проводятся в Южном методистском университете в Техасе под руководством профессора Радована Ковачевича. Команда ученых представила технологию под названием «прямое лазерное наплавление металлов» (LBDMD), которая основывается на традиционном методе FDM с применением лазерных лучей. Новый метод позволяет изготавливать высококачественные металлические предметы с широким спектром применения.

Команда исследователей работает в университетском исследовательском центре высокотехнологичных методов производства. Ученые работают над новой технологией 3D-печати с 2005 года, когда центр удостоился гранта от Национального научного фонда на исследования в области производства с помощью лазеров и плазмы. Учреждение получило дополнительный грант пять лет назад. Система MultiFab, разработанная в университете, была запатентована в 2006 году.

Технология все еще в значительной степени находится в разработке, однако исследователи надеются, что LBDMD окажется привлекательным методом 3D-печати металлических объектов небольшими партиями, или для ремонта и замены деталей. С командой уже связались заинтересованные стороны, включая производителей автомобилей и биомедицинского оборудования, а также представителей аэрокосмической промышленности.

Как говорит студент докторантуры Яою Динг, технология основана на традиционном методе послойного аддитивного производства металлических предметов. Он объяснил, что устройство расплавляет материал на печатной платформе с помощью лазерного луча, который воздействует на порошкообразный металл. Затем 3D-принтер использует традиционные методы обработки, чтобы придать модели форму, соответствующую файлам CAD. В опубликованном видеоролике демонстрируется, как рабочий прототип устройства изготавливает металлический пропеллер.

Технология отличается от стандартных методов лазерного спекания, поскольку в этом случае используется механическое многоосевое позиционирование, которое позволяет избежать необходимости создавать поддерживающую конструкцию. Кроме того, устройство действует без вмешательства человека, а этот аспект часто удлиняет сроки производства объектов текущими методами.

«В нашей системе многоосевая подача материала позволяет работать без поддерживающих конструкций, поскольку субстрат располагается относительно лазерной головки. Благодаря синхронизированным движениям робота и системы позиционирования, такая система потенциально может упростить планирование процесса и сократить сроки производства», – комментирует Динг.

Для дальнейшей оптимизации технологии LBDMD была разработана система сенсоров и контроля, которая отслеживает скорость подачи материала и состояние расплавленного участка в ходе печати – таким образом, повышается надежность и повторяемость.

Динг также отмечает, что, в отличие от традиционных методов лазерного спекания металлов, в этом случае не идет речь об ограничениях по размеру. В процессе производства могут быть применены дополнительные устройства, которые позволят наилучшим образом изготовить внутренние полости и добиться оптимального качества поверхности.

Процесс разработки продолжается, и у команды пока нет конкретных планов о превращении LBDMD в коммерческую технологию.