Печать металлом: чем отличаются SLM, DED, WAAM и binder jetting

Как эти технологии устроены

Слова «3D-печать металлом» объединяют несколько процессов с разным нагревом, разным сырьём и разной судьбой детали после печати. Для порошковых систем ASTM использует термин powder bed fusion (PBF), а SLM, DMLS и LPBF — фирменные и обиходные названия того же процесса. DMLS, как отмечает Wikipedia, название, закреплённое за EOS. Разница между ним и SLM на практике мала: Hubs советует при проектировании считать их одним процессом.

Порошковый слой (SLM, DMLS, LPBF). Рекоутер насыпает слой порошка толщиной 20–50 мкм, лазер мощностью 100–1000 Вт сплавляет сечение детали, платформа опускается на слой, и так до конца. Всё это идёт в камере с аргоном или азотом при содержании кислорода меньше 1000 ppm. Так работают, например, машины RusMelt, о которых рассказывает новость о тридцатом принтере «Росатома».

EBM. Та же схема, но порошок плавит электронный луч в вакууме, при высоком подогреве слоя, по данным Wikipedia, до 1000 °C. Вакуум подходит для титана, который жадно берёт кислород. Скорость построения у EBM выше, чем у SLM, а с применением и доступностью хуже: Hubs называет EBM технологией с ограниченным распространением.

DED с подачей порошка. Порошковой постели нет. Головка со струйкой порошка (или проволокой) и лазером движется над деталью и наплавляет валик в расплавленную лужу. Так можно делать детали крупнее камеры порошкового слоя и наращивать металл на готовую заготовку, то есть ремонтировать.

WAAM. Wire and arc additive manufacturing: сварочная дуга (GTAW, GMAW, плазма или CMT) плавит проволоку, робот или портал выкладывает слой за слоем. Сырьё — обычная сварочная проволока, оборудование близко к сварочному.

Binder jetting. Печатающая головка капает связующее на слой порошка, как струйный принтер. Деталь получается «зелёной», хрупкой, из склеенных частиц. Затем её отправляют в печь: связующее выгорает, частицы спекаются.

Экструзия металлонаполненного прутка. Принтер выдавливает пруток из металлического порошка в полимерном связующем, как FDM. Дальше деталь отмывают от связующего и спекают, это занимает по оценке Hubs от 24 до 72 часов. Это тот случай, когда FDM-принтер можно считать «металлическим», но в комплект входят установка дебайндинга и печь.

Сравнение: геометрия и поверхность

Про EBM и DED в таблице цифр нет, потому что единых типовых значений не существует: их задаёт модель машины и режим. В запросе поставщику стоит просить паспорт с допуском на конкретный размер и материал.

Волнистость WAAM заслуживает отдельной строки. В исследовании 2026 года по фрезеровке наплавленной стали AISI 321 пишут, что у деталей из проволоки перепад между гребнем и впадиной превышает 1 мм. Поэтому такие заготовки сразу проектируют с припуском на обработку, а чистовые размеры получают на станке.

Сравнение: плотность, скорость и материалы

Цифры взяты из разных источников и для разных материалов, поэтому прямо складывать их нельзя. Сравнение Materials, 2025 сделано на инструментальной стали H13 на одной группе машин. Hubs даёт типичные значения для рынка. Расхождения видны: 10–40 см³/ч у Hubs соответствует для стали 0,08–0,32 кг/ч (плотность 7,9 г/см³), что укладывается в 0,1–0,5 кг/ч из исследования. «Кажущаяся» скорость binder jetting и пруткового принтера не учитывает печь, а в печи уходят сутки.

Плотность определяет усталостную прочность, а не прочность на разрыв в паспорте. Hubs прямо предупреждает: пористость и шероховатость понижают усталостную стойкость, при совпадающей статической прочности деталь из порошкового слоя может тянуть хуже вальцованной при циклической нагрузке. Для ответственных деталей это решают горячим изостатическим прессованием, о нём в статье про постобработку и поддержки.

Пример: деталь массой 5 кг

Условия расчёта. Готовая деталь из нержавеющей стали весит 5 кг. Плотность 7,9 г/см³, объём 5000 ÷ 7,9 ≈ 633 см³, это куб со стороной около 86 мм, он помещается в типичную камеру 250×150×150 мм. Для порошкового слоя берём скорость 0,3 кг/ч, то есть середину диапазона. Для WAAM берём GMAW со скоростью 2 кг/ч и добавляем 20 % массы на припуск под фрезеровку: волнистость больше 1 мм, а ответственные поверхности надо довести станком. Допущение про 20 % выбрано для примера и зависит от формы детали.

Порошковый слой: 5 ÷ 0,3 ≈ 16,7 часа. При крайних скоростях 10 и 40 см³/ч выходит от 633 ÷ 40 ≈ 15,8 до 633 ÷ 10 ≈ 63 часов. Сюда не входят подготовка, остывание и вынимание порошка.

WAAM: заготовка весит 5 × 1,2 = 6 кг, наплавка 6 ÷ 2 = 3 часа. Затем идёт фрезеровка, время которой зависит от того, сколько поверхностей чистовые.

Разница в пять-шесть раз по наплавке не значит, что WAAM выгоднее. Если в детали есть внутренние каналы или решётка, наплавленная заготовка окажется просто болванкой, и всю сложность придётся вырезать на станке. Если деталь простой формы, дешевле поковка или литьё, о выборе между ними на малых и больших тиражах подробно написано в статье о прототипе и серии.

Как выбрать технологию

Типичные ошибки при выборе

• Ожидают точность станка. ±0,1 мм на размере 100 мм — это поле допуска 0,2 мм, примерно 11-й квалитет, а ±0,5 мм у прутка ближе к 14–15-му. Посадочные поверхности всё равно обрабатывают, оставляя припуск в десятые доли миллиметра.
• Печатают деталь, спроектированную под фрезеровку. Hubs замечает, что изделие, нарисованное под обычную обработку, редко окупается в металлической печати: стоимость растёт вместе с объёмом и количеством опор.
• Не учитывают усадку при спекании. Деталь после печи на 15–20 % меньше «зелёной», усадка неравномерна. Для первой партии закладывают пробные прогоны и подгонку модели.
• Берут WAAM под чистовые размеры. Волнистость больше 1 мм не уйдёт без станка.
• Сравнивают только цену килограмма порошка. Цена детали складывается из всей цепочки, и разбор по статьям есть в материале о стоимости детали на SLM-принтере.