MEX/FGF — современная стадия развития аддитивных технологий для металлообработки

Мировая индустрия производства изделий из металлов переживает коренные изменения. Согласно отчёту Wohlers Report 2024: Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry (Wohlers Associates, 2024, www.wohlersassociates.com), рынок аддитивных технологий превысил $22,8 млрд в 2023 году, демонстрируя ежегодный рост более 20%. При этом металлургические применения занимают около 24% рынка.

Исторически наиболее широко применялись лазерные технологии (SLM, DMLS) и методы струйной печати (Binder Jetting). Однако рост цен на специализированные металлические порошки, энергозатратность оборудования и высокая стоимость серийного производства стимулируют интерес к альтернативным подходам — прежде всего к Material Extrusion (MEX) и его подвиду Fused Granulate Fabrication (FGF).

MEX — это послойная печать изделий за счёт выдавливания материала через экструдер. В рамках FGF применяются не филаменты, а гранулированное сырьё, что позволяет использовать более дешёвые и доступные материалы, аналогичные тем, что применяются в технологиях MIM (Metal Injection Molding).

Факторы, стимулирующие рост интереса к MEX/FGF:

На фоне глобальных цепочек поставок, потрясённых пандемией и геополитическими изменениями, локализованное, адаптивное и недорогое производство становится стратегическим преимуществом. MEX/FGF позволяет компаниям:

Технология MEX/FGF (Fused Granulate Fabrication) позволяет производить металлические изделия за счёт шнековой экструзии гранулированного материала с последующим удалением связующего и спеканием. Эта цепочка включает четыре ключевых этапа, каждый из которых требует точной настройки и контроля качества.

1. Подготовка материала

Используемый материал состоит из металлического порошка (обычно 75–90%) и термопластичного связующего (полиолефины, полиамиды и др.). Гранулы разрабатываются с учётом текучести, равномерности наполнения и стабильности при нагреве.

Параметры:

2. 3D-печать (экструзия)

Сырьё подаётся в шнековый экструдер, где пластифицируется и выдавливается через сопло. Послойное нанесение происходит в соответствии с цифровой моделью.

Контролируемые параметры:

3. Вымывание / Дебайндинг / Удаление связующего

После печати заготовки проходят стадию удаления полимерного связующего. Существует три основных способа дебайндинга:

Каталитический дебайндинг (Catalytic debinding)

• Применяется для быстрого удаления связующего в атмосфере азота с использованием катализатора (например, азотной кислоты).
• Температура: 120–150°C.
• Преимущества: высокая скорость процесса.
• Недостатки: высокая стоимость оборудования, сложность контроля, опасность при работе с катализаторами.

Термический дебайндинг (Thermal debinding)

• Удаление связующего за счёт медленного нагрева в печи.
• Температура: 200–450°C.
• Преимущества: простота процесса.
• Недостатки: риск деформации изделий, длительное время цикла, необходимость точного контроля температуры и атмосферы.

Сольвентный дебайндинг (Solvent debinding)

• Использование органических растворителей для удаления растворимой части связующего.
• Температура: 20–80°C (в зависимости от растворителя).
• Преимущества: мягкость процесса, снижение рисков деформации.
• Недостатки: необходимость работы с химически жидкостями и утилизации растворителей.

Этап вымывания критичен для сохранения геометрической точности изделия и предотвращения дефектов структуры.

4. Спекание

Заключительный этап — спекание металлического каркаса в печи. Металлические частицы спекаются, образуя плотную монолитную структуру.

Параметры спекания:

Финальная плотность: до 96–99% от теоретической плотности исходного металла. При правильной термической обработке физико-механические свойства и характеристики таких изделий (прочность, твёрдость, плотность, коррозионная стойкость) сопоставимы с изделиями, полученными методом традиционного литья под давлением или MIM (Metal Injection Molding). Это открывает возможность применения продукции, полученной методом MEX/FGF, в ответственных конструкциях, требующих высоких эксплуатационных характеристик. Примеры конкретных материалов:

Эти результаты показывают, что изделия, напечатанные по технологии MEX/FGF, подходят для применения в медицине, энергетике, нефтегазовой промышленности и высокоточной инженерии.

1. Технологические преимущества

2. Экономические преимущества

3. Стратегические преимущества

1. Международные кейсы применения

2. Перспективные отрасли применения

3. Потенциал для применения в России

MEX/FGF — это не просто альтернатива другим методам 3D-печати. Это технология, обладающая способностью встраиваться в существующие производственные цепочки и гибко адаптироваться под задачи отраслей с разным уровнем требований и доступными ресурсами.

В условиях растущей потребности в технологической независимости, локализации производств и сокращении издержек, компания M-Shape предлагает комплексное решение на базе технологии MEX/FGF, которое сочетает в себе отечественные инженерные разработки, материалы и поддержку внедрения. Компания не копирует западные аналоги, а развивает собственную технологическую платформу, адаптированную под задачи российского рынка.

Технология MEX/FGF развивается как на глобальном, так и на локальном уровне, и M-Shape предлагает решения, позволяющие российским компаниям подключиться к этому тренду на приемлемых условиях.

Компактные принтеры, совместимые с отечественными материалами и инфраструктурой, позволяют:

MEX/FGF-подход также снижает барьер входа в металлопечать для организаций, не готовых инвестировать в оборудование лазерной печати. Благодаря M-Shape, предприятия и университеты получают возможность экспериментировать, обучать и производить на базе единого отечественного решения.

Технология MEX/FGF, реализованная в решении M-Shape, выгодно отличается от других распространённых методов производства металлических изделий:

Это делает MEX/FGF-подход особенно привлекательным для тех, кто ищет оптимальное соотношение стоимости, гибкости и технологической независимости.

M-Shape предлагает инженерно обоснованный подход к внедрению технологии MEX/FGF: от оборудования и материалов до сопровождения внедрения. Это инструмент для системного повышения производственной гибкости и технологической независимости в условиях ограниченных ресурсов и высокой неопределённости.

M-Shape — это не просто принтер или материал. Это инженерная платформа, с которой можно выстраивать собственный независимый производственный процесс: от идеи до готового металлического изделия.

Технология MEX/FGF (Fused Granulate Fabrication) представляет собой перспективное направление в области аддитивного производства, позволяющее использовать металлические гранулы и компаунды для создания изделий с высокой точностью и механическими свойствами, сопоставимыми с традиционными методами. В отличие от других технологий, таких как SLM или Binder Jetting, MEX/FGF обеспечивает более низкие затраты на оборудование и материалы, а также упрощённые процессы постобработки.​

Решение M-Shape, разработанное в России, предлагает полностью локализованную экосистему для внедрения MEX/FGF-технологии. Это включает в себя собственные разработки оборудования, материалов и методик, адаптированных к требованиям отечественной промышленности и образования. M-Shape предоставляет доступное и эффективное решение для предприятий, стремящихся к технологической независимости и оптимизации производственных процессов.​

В условиях ограниченного доступа к зарубежным технологиям и необходимости импортозамещения, внедрение MEX/FGF с использованием решений M-Shape становится стратегически важным шагом для российских компаний. Это позволит не только сократить издержки, но и повысить гибкость и скорость разработки новых продуктов.​

Таким образом, MEX/FGF-технология и решение M-Shape открывают новые возможности для развития отечественного производства, обеспечивая конкурентоспособность и устойчивость в современных условиях.

Если вы ищете решение, которое действительно работает, учитывает ваш контекст и может быть внедрено в течение нескольких недель — свяжитесь с компанией M-Shape.