Технологии 3D печати и тенденции их развития

Что такое 3D печать? По своей сути 3D печать является процессом создания трехмерных твердых объектов из цифрового файла. Широкое распространение по всему миру получил термин Additive manufacturing – данный термин наиболее точно можно перевести как производство добавлением или послойное производство. Процесс 3D печати состоит из следующих основных этапов: Создание трехмерной модели того объекта который вы планируете изготовить «Разрезание» этой модели на множество слоев Непосредственная печать на принтере слой за слоем.

Основные преимущества В сравнении с традиционными методами производства 3D печать имеет следующие преимущества: 1. Скорость – время изготовления объекта составляет от нескольких минут до нескольких часов. Нет необходимости изготавливать оснастку 2. Изготавливаемые детали могут иметь сложную геометрическую форму, при этом сложность детали практически не влияет на скорость ее изготовления. 3. Большое разнообразие используемых материалов – полимеры, металлы, керамика и даже бумага

Основные технологии 3D печати Фотополимеризация в баке (Vat Photopolymerisation) Распыление материала (Material Jetting) Распыление связующего (Binder Jetting) Экструзия материала (Material Extrusion) Спекание порошков (Powder Bed Fusion) Послойная ламинация (Sheet Lamination) Электронно-лучевая плавка (Directed Energy Deposition)

Стереолитография VAT Photopolymerisation (стереолитография, stereolithography) метод печати с использованием бака с УФ отверждаемой смолой. Поверхность смолы облучается лазером согласно программе полученной на основе существующей модели. Облучение смолы приводит к ее полимеризации и отверждению. По завершению облучения заданного контура слоя рабочая платформа опускается на некоторое расстояние и процесс повторяется снова. По завершению печати удаляется избыток смолы с поверхности и в случае необходимости модель подвергается дополнительному облучению в УФ печи для окончательной полимеризации. Технология была запатентована в 1986 г Чарльзом Халлом, основателем компании 3D Systems. Стериолитография SLA

Стереолитография VAT Photopolymerisation Цифровая светодиодная проекция или digital light processing DLP, является дальнейшим развитием стереолитографии. В данном случае используется более традиционный источник света. В отличие от SLA технологии облучение слоя происходит единовременно, что позволяет значительно увеличить скорость печати. Высокая точность печати, качественная поверхность – вот основные преимущества данной технологии. К недостаткам же можно отнести необходимость печати опор, стоимость материалов и необходимость пост- обработки. Цифровая светодиодная проекция DLP

Распыление связующего (Binder Jetting) Струйная трехмерная печать Струйная трехмерная печать 3DP При печати по данной технологии используются два материала: основной материал в форме порошка и жидкое связующее. Связующее вещество распыляется печатающей головкой и частицы порошка склеиваются между собой, формируя твердую трехмерную модель. Технология была разработана в 1993 в Массачусетском технологическом университете. На данный момент правами на эту технологию имеет компания 3D Systems. Изначально печать велась с помощью гипсового порошка и воды, но по мере развития технологии список материалов значительно расширился и включает в себя: пластики, песчаные смеси и даже металлы.

Выборочное лазерное спекание Процесс спекания порошков используется в технологии selective laser sintering SLS – выборочное лазерное спекание. Данная технология подразумевает спекание плотно уложенных порошков посредством лазера, который движется по поверхности порошка в соответствии с заданными координатами. По завершению слоя рабочая платформа с порошком опускается, а специальный валик накатывает новый слой порошка. В качестве материалов наиболее часто используются металлы и пластики. Использование металлов и отсутствие поддержки являются основными преимуществами данной технологии. К недостаткам можно отнести пористость, качество поверхности и низкую точность. Спекание порошков Powder Bed Fusion

Струйная печать Material Jetting Многоструйное моделирование MJM В данном методе построение слоев происходит с помощью печатающей головки в множеством сопел. Используемые материалы могут быть либо в жидком (в случае с фотополимерными смолами)либо в расплавленном состоянии(в случае с термопластиками). Также MJM технология подразумевает печать сразу несколькими материалами. Для создания поддержки используется легкоплавкий воск. Основным преимуществом данного метода является высокая точность печати и высокое качество поверхности. Наиболее широкое распространение технология MJM получила в стоматологии, ювелирном деле, а также при разработки электронных компонентов.

Послойная ламинация Изготовление объектов методом ламинирования. LOM Метод подразумевает последовательное склеивание листового материала (бумаги, пластика, металлической фольги) с формированием контура слоя с помощью резки. Также стоит упомянуть о модернизированной версии данной технологии под названием выборочное ламинирование, где клей наносится в местах, входящих в состав расчетной модели. Это очень помогает удалять лишний материал.

Метод печати по данной технологии называется – построение методом послойного наплавления или fused deposition modelling FDM. Этот метод является самым распространённым из всех благодаря низкой цене на оборудование. В данном методе изделие изготавливается путем экструзии тонких нитей расплавленного материала слой за слоем. Данная технология очень гибкая и позволяет изготавливать изделия сложной геометрии, но в некоторых случаях появляется необходимость использования поддержки. Как правило для печати используются термопластики, например АБС и ПЛА, но в последнее время круг доступных для печати материалов стремительно расширяется. Экструзия материала (Material Extrusion) Технология FDM (FFF)

В рассказе о современных тенденциях в 3Д печати печати нельзя не упомянуть RepRap. Это идея, которая дала самый большой толчок развитию 3Д печати. Суть всего проекта RepRap заключается в том чтобы изготавливать 3D принтеры, используя для этого 3D принтеры. С момента зарождения идеи в 2004 году прошло совсем немного времени до появления первых коммерческих комплектов для сборки, на данный момент цена на комплект 3Д принтера начинается от рублей, что позволяет использовать его практически каждому. Развитие FDM технологии Reprap

В отличии от широко распространенных декартовых 3D принтеров, дельта принтеры имеют больший объем печати. Высота области печати обычно составляет более 300 мм. Скорость печати до 300 мм/с АБС ПЛА ПЭТ УПС – список материалов для печати постоянно обновляется и дополняется. Именно благодаря проекту RepRap принтеры получили массовое распространение, а значит и производство и разработка филаментов - стало весьма прибыльным бизнесом. FDM принтеры среднего уровня SND R250-R700

Данная концепция пока прорабатывается многим крупными производителями манипуляторов, на фото изображен принтер от компании Staubli. Fanuc также ведет разработки в этом направлении. Основная проблема которую решают подобные системы – низкая прочность в направлении между слоями. Также можно изготавливать крупные объекты и менять рецептуру и материалы на ходу как это происходит в традиционных экструдерах. FDM принтеры высокого уровня Экструдер+робот манипулятор

Спасибо за внимание!