Nowe typy druku metalu bez proszku i lasera – czy zaczyna się nowa era AM?

Jeszcze niedawno druk 3D z metalu kojarzył się głównie z dużymi systemami przemysłowymi, laserami wysokiej mocy i pracą z drobnym proszkiem metalowym. Obecnie pojawia się nowa generacja technologii, które próbują zmienić ten model – eliminując proszek, ograniczając ryzyko produkcyjne i obniżając koszt wejścia w metalowy druk addytywny.

Klasyczny metal AM – dlaczego był trudny i drogi

Tradycyjne technologie, takie jak topienie proszku laserem lub wiązką elektronów, pozwalają osiągać bardzo wysoką jakość i gęstość materiału. Jednocześnie wymagają drogiego sprzętu, kontrolowanego środowiska pracy, specjalnych procedur bezpieczeństwa oraz dużych nakładów energetycznych.

Druk metalu jest dziś szeroko wykorzystywany w lotnictwie, medycynie czy motoryzacji, ale nadal pozostaje technologią głównie dla dużych zakładów przemysłowych.

Nowy kierunek: metal w paście zamiast proszku

Jednym z najważniejszych nowych trendów jest druk z wykorzystaniem past metalowych lub materiałów kompozytowych zawierających metal zamiast luźnego proszku.

W takich systemach materiał ma postać pasty lub kompozytu polimerowo-metalowego. Element jest drukowany metodą ekstrudowania, podobnie jak w technologii FDM. Po wydruku trafia do pieca, gdzie następuje usunięcie spoiwa i spiekanie proszku metalowego w zwartą strukturę metaliczną.

Takie podejście eliminuje wiele problemów związanych z obsługą proszku metalowego i upraszcza organizację produkcji.

Desktopowy druk metalu staje się realny

Nowe systemy pracujące na bazie ekstrudowania pasty metalowej mogą działać w temperaturze pokojowej podczas samego procesu drukowania. Używają zamkniętych wkładów materiałowych, co ogranicza kontakt operatora z materiałem.

Technologie te znacząco redukują ryzyko pożaru lub eksplozji, a jednocześnie pozwalają tworzyć metalowe elementy w środowisku bliższym warsztatowi lub laboratorium niż typowej hali przemysłowej. Nadal jednak wymagany jest etap spiekania w piecu, aby uzyskać finalne właściwości mechaniczne metalu.

Alternatywne kierunki rozwoju

Równolegle rozwijane są inne podejścia do metalowego druku addytywnego, które ograniczają wykorzystanie proszku lub drogich źródeł energii. Obejmują one między innymi metody wykorzystujące lokalne źródła energii plazmowej, procesy elektrochemiczne do budowy mikrostruktur metalowych oraz technologie hybrydowe łączące druk addytywny z nanoszeniem powłok metalicznych.

Część z tych metod pozwala znacząco ograniczyć zużycie energii oraz koszt sprzętu, przy jednoczesnym zachowaniu możliwości pracy z zaawansowanymi stopami metali.

Dlaczego to może być przełom

Najważniejsze zmiany wynikają z trzech obszarów.

Bezpieczeństwo produkcji rośnie dzięki eliminacji luźnego proszku metalowego, który w wielu technologiach stanowi istotne ryzyko operacyjne.

Koszt wejścia w technologię spada, ponieważ systemy są mniejsze, prostsze w obsłudze i wymagają mniej infrastruktury.

Dostępność technologii rośnie, ponieważ metalowy druk addytywny może trafić do mniejszych firm produkcyjnych, laboratoriów badawczych, serwisów narzędziowych i działów R&D.

Ograniczenia nowych technologii

Nowe rozwiązania nie są jeszcze pełnym zamiennikiem technologii laserowych. Nadal występują ograniczenia związane z koniecznością spiekania po wydruku, potencjalnie niższą gęstością materiału w niektórych procesach, ograniczoną dostępnością materiałów oraz brakiem szeroko ustandaryzowanych norm jakości przemysłowej.

Co to oznacza dla rynku produkcji

Najważniejsza zmiana polega na tym, że metalowy druk addytywny przestaje być wyłącznie narzędziem dla największych firm. Zaczyna stopniowo schodzić do poziomu technologii dostępnej dla mniejszych przedsiębiorstw produkcyjnych.

W dłuższej perspektywie może to oznaczać rozwój lokalnych mikro-fabryk metalu, produkcję części zamiennych na żądanie oraz integrację metalowego druku addytywnego z klasycznymi technologiami obróbki.

Wniosek

Nowe technologie druku metalu bez proszku i bez laserów nie zastąpią natychmiast klasycznych metod przemysłowych. Mogą jednak znacząco rozszerzyć rynek i obniżyć barierę wejścia do metalowego druku addytywnego.

To etap rozwoju podobny do momentu, w którym przemysłowe technologie druku polimerów zaczęły trafiać do segmentu desktopowego i małych firm produkcyjnych. Jeśli ten trend się utrzyma, metalowy druk addytywny może stać się w przyszłości standardowym narzędziem produkcyjnym, a nie wyłącznie technologią specjalistyczną.