Що таке дуговий принтер і для чого він використовується

3D друк за останні роки сильно змінився. Якщо раніше він асоціювався лише з пластиком чи смолами, то зараз існують технології, що працюють і з металом. Дуговий принтер − це обладнання, яке поєднує принципи 3D друку і зварювання. Він використовує металевий дріт, що плавиться під дією електричної дуги, і створює деталь шар за шаром.

На вигляд процес схожий на автоматичне зварювання, тільки замість майстра з маскою працює програма, яка чітко керує рухом головки та подачею дроту.

Як працює дуговий друк

На перший погляд процес схожий на звичайне зварювання, але відмінність у тому, що всі рухи виконує не людина, а комп’ютерна програма. Принтер діє за заздалегідь підготовленою траєкторією і здатен повторювати її з високою точністю, шар за шаром створюючи майбутню деталь.

Підготовка

Перед початком друку ми завжди готуємо принтер. У спеціальне подаюче обладнання встановлюється котушка з металевим дротом – саме він буде основним матеріалом. Потім формується електрична дуга між соплом і основою. Температура у цій зоні настільки висока, що метал миттєво плавиться. Важливо, щоб деталь мала правильну основу, інакше перші шари можуть вийти нерівними, а вся конструкція втратить точність.

Основний процес

Далі починається сам друк. Крок за кроком система виконує послідовність дій:

• Подача металевого дроту в зону дуги: дріт рухається безперервно, щоб забезпечити плавний процес.
• Плавлення і осідання на основу: у момент контакту з дугою матеріал переходить у рідкий стан і «лягає» тонким шаром.
• Охолодження і затвердіння шару: після нанесення розплав швидко твердне, створюючи базу для наступного шару.
• Рух головки за траєкторією: програма чітко задає, куди має переміщатися сопло, щоб відтворити форму майбутньої деталі.
• Формування наступного шару: кожен новий шар накладається поверх попереднього, і так поступово виростає вся заготовка.

Збоку процес нагадує кладку цегли, тільки замість цеглин тут тонкі «доріжки» розплавленого металу. Коли шарів багато, вони складаються у тривимірну форму, повністю повторюючи цифрову модель.

Завершальний етап

Друк триває доти, поки не буде сформована вся деталь. На цьому етапі ми отримуємо міцну заготовку з потрібною геометрією. Проте її поверхня зазвичай має нерівності й сліди шарів, тому часто доводиться робити додаткову обробку:

• Шліфування поверхні, щоб прибрати шорсткість
• Фрезерування, коли потрібно витримати точні розміри і посадкові місця
• Фарбування чи інші методи доведення, якщо деталь має мати певний вигляд або захист від корозії

Таким чином, дуговий друк дозволяє швидко отримати великі і міцні металеві вироби без дорогого лиття чи складних форм. А остаточна якість досягається вже під час заключної обробки.

Easy3dprint і дуговий друк

У компанії Easy3DPrint ми працюємо з різними технологіями 3D-друку − від класичного FDM і SLA до складніших методів. Дуговий друк став для нас ще одним напрямом, який відкрив можливість працювати не тільки з пластиком чи смолами, а й з металом. По суті, ми «вирощуємо» деталі шар за шаром, використовуючи металевий дріт і електричну дугу. Це дозволяє отримати об’ємні конструкції, які після обробки можна застосовувати у промисловості.

Ми розглядаємо дуговий принтер як інструмент для тих випадків, коли потрібна справжня металева заготовка, а не прототип. У роботі важливе все: правильна підготовка 3D моделі, налаштування температури дуги, швидкість подачі дроту. Ми використовуємо сталь, алюміній чи інші метали залежно від завдання. Часто після друку деталі шліфують або фрезерують, але основна форма створюється саме під час процесу. Для нас це спосіб вирішувати нестандартні задачі без зайвих витрат на форми чи лиття.

Програмне забезпечення та керування процесом

Дуговий друк виглядає вражаюче, але вся магія відбувається не лише завдяки обладнанню. Головна робота тут на боці програмного забезпечення. Без нього принтер просто не зміг би відтворити модель − замість деталі вийшла б купа металу.

Підготовка 3D моделі

Все починається з цифрового файлу. Деталь створюють у CAD-програмі, а потім спеціальне ПЗ «розрізає» її на тонкі шари. Це як інструкція для принтера − куди саме покласти метал, шар за шаром.

Створення траєкторій

Далі софт будує маршрут для зварювальної головки. Тут важливо врахувати кожен рух: де почати, де зупинитись, у якій послідовності нанести метал. Виглядає просто, але на практиці це складна задача − особливо коли модель має багато вигинів чи порожнин.

Налаштування параметрів

Програма також відповідає за технічні умови друку. Вона задає температуру дуги, швидкість подачі дроту, час охолодження. Якщо хоча б один параметр підібрати неправильно, деталь може потріскатися чи деформуватися.

Контроль процесу

Під час друку система постійно «дивиться», чи все йде за планом. Якщо шар ліг криво або метал поводиться не так, як очікувалось, алгоритм може внести корекцію. Це допомагає уникати браку ще на етапі формування.

Автоматизація

Вся ця робота відбувається без прямого втручання людини. Але це не означає, що оператор не потрібен. Спеціаліст завжди контролює процес, бо іноді навіть найрозумніше ПЗ не може передбачити всі нюанси. Тому тут співпрацюють і машина, і людина.

Порівняння з іншими технологіями 3D друку

У світі 3D друку немає єдиного універсального методу. Кожна технологія має свої сильні сторони, але й свої межі. Дуговий друк − лише одна з них, і щоб краще зрозуміти його місце, варто подивитися, як він відрізняється від більш знайомих варіантів.

FDM (друк пластиком)

Це той самий настільний 3D друк, який часто зустрічається навіть у школах чи невеликих майстернях. Пластикова нитка розплавляється і відкладається шар за шаром. Для простих моделей, макетів чи корпусів це зручно і недорого. Але щойно виникає потреба у міцній металевій деталі або у великогабаритному виробі, FDM втрачає сенс. Він добрий як інструмент для швидких прототипів, але не для промислових конструкцій.

SLA (друк смолами)

Ця технологія славиться точністю. Лазер або проектор затверджує рідку смолу, і деталь виходить гладкою, з дрібними елементами. На вигляд результат майже ідеальний. Проблема у тому, що смола крихка і не витримує серйозних механічних навантажень. SLA хороша для стоматології, ювелірних виробів чи дизайнерських моделей, але не для вузлів, де потрібна міцність.

SLS (друк порошками)

Тут замість нитки чи смоли використовується порошок, який спікає лазер. Метод дозволяє працювати і з пластиком, і з металами. Плюс у тому, що деталь виходить міцнішою і точнішою, ніж при FDM. Мінус у тому, що обладнання дороге, а камера друку обмежує розміри виробів. Це підходить для невеликих, але функціональних деталей, які мають працювати під навантаженням.

Дуговий друк

На цьому фоні дуговий друк вирізняється можливістю створювати дійсно великі об’єкти з металу. Поверхня виходить грубуватою, її доводиться обробляти додатково, але зате сам виріб має властивості справжнього металу − міцність, стійкість до температур і навантажень. Там, де SLA чи SLS не здатні дати габарит, а FDM не забезпечує матеріал, дуговий друк закриває цю нішу. Це скоріше інструмент для важкої промисловості, ніж для майстерні вдома.

Де застосовують дугові принтери

Технологія ще не для домашніх умов, але у промисловості вона вже корисна. Нижче кілька напрямів, де її застосовують.

Авіаційна техніка

Дуговий друк дозволяє швидко отримати масивні металеві заготовки та довести їх механічно.

• Що друкують: Силові кронштейни, елементи каркасів, вузли кріплення, перехідні секції
• Коли доречно: Швидкі ітерації конструкції, дослідні партії, заміна лиття на етапі відпрацювання форми
• На що звертають увагу: Стабільність режимів, шари без пор, термообробка і контроль геометрії

Машинобудування

У цій сфері важлива швидкість і можливість змінювати форму без виготовлення оснастки.

• Що друкують: Корпусні деталі, кронштейни, опори, нестандартні перехідники, пристосування для складання
• Коли доречно: Прототипи під випробування, дрібні серії, оперативна заміна знятих з виробництва позицій
• На що звертають увагу: Рівномірність наплавлення, мінімум деформацій, запас на чистову обробку

Суднобудування

Тут великі габарити і товстий метал, де дуговий друк особливо доречний.

• Що друкують: Ребра жорсткості, фланці, елементи палубного обладнання, секції обшивки з посиленнями
• Коли доречно: Відновлення пошкоджених зон, виготовлення нестандартних деталей за місцем
• На що звертають увагу: Провари у кутових зонах, корозійна стійкість матеріалу, якість наплавленого шару

Ремонт та відновлення металевих конструкцій

Фактично це керована наплавка за 3D траєкторією.

• Типові задачі: Відновлення зношених посадок, заповнення сколів і тріщин, наплавка захисних шарів
• Перевага підходу: Можна точно додати матеріал там, де потрібно, без повної заміни вузла
• Важливі моменти: Сумісність дроту з основним металом, підготовка поверхні, контроль після друку

Створення прототипів з металу

Коли пластикового зразка вже недостатньо, використовують металевий друк.

• Для чого: Перевірка міцності, збірка з сусідніми деталями, відпрацювання технології обробки
• Що зручно: Швидка зміна моделі, відсутність витрат на прес-форми, можливість коротких серій
• Що врахувати: Шорсткість після друку, допуски під фрезерування чи шліфування

Матеріали для дугового друку

Дуговий друк працює не з пластиком і не з порошками, а з металевим дротом. Який саме метал використати, залежить від того, яку задачу треба вирішити. У промисловості зазвичай застосовують кілька базових варіантів.

Сталь

Найпоширеніший матеріал, який використовують майже скрізь. Сталевий дріт підходить для деталей, де головне − міцність і довговічність. Його часто беруть у машинобудуванні, суднобудуванні чи для ремонтів, коли потрібно відновити зношений вузол. Сталь не легка, зате надійна і відносно доступна.

Алюміній

Цей метал значно легший за сталь, і це його головна перевага. Там, де кожен кілограм має значення − авіація, автомобільна галузь чи навіть будівництво − алюміній стає вибором номер один. Він добре підходить для створення габаритних, але легких деталей, хоча вимагає акуратних налаштувань, щоб уникнути деформацій.

Титан

Найдорожчий і найскладніший у роботі матеріал, але водночас один із найцінніших. Титан поєднує легкість і надзвичайну міцність. Його застосовують у випадках, де потрібна особлива надійність: у космічній техніці, авіації чи медичних імплантах. Робота з титаном вимагає більш точного контролю процесу, проте результат виправдовує зусилля.

Інші варіанти

Крім трьох основних металів, інколи використовують спеціальні сплави. Вони можуть давати додаткові властивості, наприклад стійкість до корозії або жаростійкість. Це вже більш вузькі задачі, але вони теж показують, що дуговий друк можна адаптувати під різні потреби.

Переваги дугового друку

Можна друкувати великі об’єкти з металу

• Менше обмежень у розмірах
• Є можливість робити цілісні конструкції без збирання з частин
• Підходить для масивних деталей, каркасів, кронштейнів

Деталі мають властивості справжнього металу

• Зберігають міцність і твердість
• Витримують удари та високі температури
• Придатні для реального використання, а не тільки як макети

Не потрібні дорогі форми, як у литті

• Виробництво без витрат на створення прес-форм
• Можна друкувати навіть одиничні вироби
• Достатньо цифрової 3D моделі

Швидше виготовлення порівняно з традиційними методами

• Немає тривалих етапів підготовки
• Можна швидко зробити прототип або невелику партію
• Зручно для перевірки ідей і запуску нових виробів

Обмеження і складнощі

Поверхня виходить грубою, потрібна механічна обробка

На відміну від друку пластиком чи смолою, де можна отримати досить гладку поверхню, металеві шари у дуговому друці лягають товстішими. В результаті виріб має виражену шорсткість. Якщо деталь потрібна для роботи «як є», це може не заважати, але у більшості випадків потрібна додаткова обробка − шліфування, токарні чи фрезерні роботи.

Важливо точно налаштовувати параметри, щоб уникати тріщин

Метал під час охолодження змінює свою структуру, і це може викликати внутрішні напруження. Якщо неправильно виставити режим дуги або швидкість подачі дроту, деталь отримає мікротріщини чи деформації. Тому процес вимагає дуже точного контролю і перевірки.

Обладнання і матеріали ще залишаються дорогими

Для такого друку потрібні не тільки сам принтер, а й потужні джерела живлення, системи подачі дроту, іноді додаткові захисні комплекси. Плюс сам дріт з потрібного сплаву коштує чимало. Це робить технологію поки що малодоступною для невеликих компаній чи майстерень.

Технологія вимагає спеціальних знань для роботи

Керувати дуговим принтером − це не те саме, що запустити простий настільний FDM. Тут потрібні знання у сфері зварювання, металургії, а також досвід роботи з 3D моделями. Без розуміння матеріалів і режимів якісний результат отримати складно. Тому поки що це більше інструмент для інженерів та виробничих спеціалістів, ніж для широкого кола користувачів.

Висновок

Дуговий принтер − це поєднання 3D друку і зварювальних технологій. Він дозволяє створювати великі металеві деталі без форм і складних підготовчих процесів. Вироби виходять міцними, придатними для реального використання у промисловості, а не лише для демонстрації.

Разом з тим, ця технологія поки що залишається інструментом для професійного середовища. Вона вимагає дорогого обладнання, точних налаштувань і спеціальних знань. У майбутньому, коли витрати знизяться і з’являться простіші у використанні рішення, дуговий друк може стати звичним способом виробництва. А зараз він займає свою нішу у сферах, де потрібні великі та міцні металеві конструкції і де швидкість важливіша за традиційні методи.

FAQ