Количество существующих сейчас технологий 3D печати может казаться бесконечным, хотя на самом деле они делятся всего на 7 категорий. В этой статье мы расскажем о весьма перспективном методе аддитивного производства – холодном газодинамическом напылении (cold spray). Данный процесс помогает создавать покрытие из металлического порошка, напыляя его на высокой скорости при помощи сверхзвукового газового потока, который в 4 раза превышает скорость звука. При этом частицы порошка наносятся на подложку из металла на расстоянии примерно в 25 мм.
Холодное напыление позволяет не только наносить покрытие на металлические детали, но и формировать объекты целиком, что делает его полноценным методом 3D печати. Эта технология была изобретена учеными из Института Теоретической и Прикладной Механики (ИТПМ) Сибирского филиала Академии Наук СССР в 1980-х годах. Исследователи нашли способ, как можно наносить твердые частицы на разные виды поверхностей под воздействием потока газа в условиях комнатной температуры.
Что касается 3D печати методом холодного напыления, то эта технология подходит как для создания изделий с нуля, так и для ремонта сломанных или поврежденных деталей. В ходе производства задействуют сопло-распылитель и роботизированные манипуляторы, которые перемещают подложку или само сопло для напыления металлического порошка на весь объект или его отдельные части. Итак, какие преимущества и недостатки есть у этого процесса? В каких сферах и для каких целей его применяют?
Преимущества и недостатки 3D печати холодным напылением
Одним из основных преимуществ холодного напыления, по сравнению с горячим, является то, что температура при этом процессе не превышает 900 С. Поэтому его можно использовать для обработки термочувствительных материалов (в том числе, с наноструктурой), так как частицы металла не плавятся во время печати. Также этот метод подходит для чувствительных к воздействию кислорода металлов – например, титана и алюминия, оба из которых окисляются. Холодное напыление позволяет производить детали в весьма короткий срок – быстрее, чем с применением других популярных технологий 3D печати (SLM, EBM или LMD).
Еще с его помощью можно создавать изделия любых размеров без каких-либо ограничений. Этот метод подходит для обработки множества распространенных металлов и их сплавов, включая алюминий, медь, никель, сталь и титан, а также благородные металлы: золото, серебро и платину. Не менее хорошо он сочетается с огнеупорными материалами. Более того, аддитивное производство методом холодного напыления дает важные преимущества при ремонте поврежденных или заржавевших деталей, особенно в аэрокосмической отрасли.
При этом основными недостатками данной технологии являются ограниченная геометрия создаваемых изделий, низкая плотность и точность печати, а также увеличение хрупкости металла (охрупчивание). На рынке доступно не так много оборудования для холодного напыления, по сравнению с другими технологиями 3D печати: принтеры такого типа выпускают лишь несколько производителей. Готовые детали обязательно нуждаются во фрезеровке, позволяющей сгладить их поверхности и заострить края для придания необходимой формы.
Производители и сферы применения технологии
Одним из самых известных поставщиков оборудования для 3D печати методом холодного напыления является компания SpEE3D с запатентованной ей технологией нанесения частиц Supersonic. Производитель утверждает, что разработанный им принтер WarpSPEE3D работает в 1000 раз быстрее, чем традиционные технологии аддитивного производства из металла (а именно, Binder Jetting и DMLS). По его мнению, созданная им технология – единственная на рынке, которая позволяет изготавливать детали дешевле, чем на станках с ЧПУ и удобнее, чем при помощи литья.
Еще одним ключевым производителем в этом секторе считается Impact Innovations – немецкая компания, которая специализируется на разработке комплексных решений для печати холодным напылением. В списке ее продуктов представлен набор Cold Spray Systems, куда входит пистолет-распылитель, устройство для подачи порошка, панель управления, модуль водяного охлаждения и подогреватель порошка. Компания VRC Metal Systems предлагает мобильную систему холодного напыления, а также несколько интегрированных решений с ЧПУ. В числе поставщиков материалов для этой технологии можно отметить шведскую фирму Höganäs.
Хотя 3D печать методом холодного напыления считается нишевой технологией, она достойно зарекомендовала себя в ряде отраслей. В 2009 году компания General Electric получила от правительства Германии грант на исследования по модернизации ракетных двигателей. В ходе проекта она разработала и изготовила турбовентиляторный двигатель большого размера методом холодного напыления, что обеспечило существенную экономию средств. Также эта технология подходит для создания решетчатых компонентов сопел ракет, камер сгорания и других аэрокосмических деталей для их укрепления. Упомянутая ранее компания SpEE3D использует эту методику во многих сферах: от космических аппаратов до продукции военного назначения.