Руководство по 3D печати для начинающих. Часть четвертая. Технологии.

Руководство по 3D печати для начинающих. Часть четвертая. Технологии.

Стереолитография (Stereolithography)

 

Технология стереолитографии

Технология стереолитографии (SL) широко признана в качестве первого в мире процесса 3D печати, запущенного в серийное производство. SL – это технология, которая использует воздействие лазера на фотополимерную смолу, в результате чего смола вулканизируется и образует твердые слои будущей модели. При помощи стереолитографии можно создавать объекты с высокой точностью. Это сложный процесс, но, говоря простым языком, фотополимерные объекты образуются в емкости с подвижной платформой внутри. Лазерный луч направляется по осям XY по всей поверхности смолы, в соответствии с 3D данными, поступающими в принтер (.stlфайл), в результате чего фотополимер затвердевает именно там, где лазер попадает на поверхность. После завершения слоя платформа перемещается по оси Z, и лазер проходит по следующему слою. Это продолжается до тех пор, пока весь объект не будет завершен, и платформа может быть поднята из емкости.

В силу характера стереолитографии, при прототипировании требуются вспомогательные опоры для некоторых деталей, в частности, для выступающих или нависающих элементов. В последствии опоры удаляются вручную. Другие шаги постобработки включают очищение и корректировку модели.

Общепринято, что стереолитография является одной из наиболее точных технологий 3D печати с превосходным качеством поверхности. Однако предельные факторы включают в себя шаги постпроцессинга, обеспечивающие устойчивость и стабильность материалов с течением времени.

SLA Model

Цифровая светодиодная проекция – DLP(Digital Light Processing)

Digital Light Processing

Цифровая светодиодная проекция (DLP) – эта технология имеет сходство со стереолитографией в том, что она также основана на работе с фотополимерной смолой. Основным отличием является источник света. В технологии DLP используется более традиционный источник света, например дуговая лампа с жидкокристаллической дисплейной панелью или деформируемое зеркальное устройство, которое освещает всю поверхность ванны с фотополимерной смолой за один проход, за счет чего процесс цифровой светодиодной проекции работает гораздо быстрее, чем стереолитография.

Также, как и SLA, DLP производит высокоточные детали с отличным разрешением, сходство также включает необходимость постобработки деталей и удаления опор. Тем не менее, одним из преимуществ DLP является возможность снизить количество отходов, что приводит к уменьшению эксплуатационных расходов.

DLP Model

Выборочное лазерное спекание – SLS (Selective Laser Sintering)

Selective Laser Sintering

Выборочное лазерное спекание (SLS) – это технология 3D печати, которая работает с порошковыми материалами. Лазерный луч по осям XY проходит через плотно спрессованный порошкообразный материал, в соответствии с 3D данными, которые подаются в принтер. В результате взаимодействия лазера с порошком, частицы спекаются друг с другом, образуя твердое вещество. Поскольку после завершения каждого слоя платформа опускается, необходимо применение разглаживающего валика (ролика), который выравнивает поверхность порошка для следующего прохода лазера и слияния с предыдущим слоем.

Камера области построения полностью герметична, это необходимое условие для поддержания температурного режима во время процесса плавления выбранного порошкового материала. После завершения печати, излишки порошка удаляются, и остается только напечатанная деталь. Ключевым преимуществом технологии является то, что во время печати слои порошка служат в качестве опорной конструкции для нависающих деталей изделия, а, следовательно, при помощи технологии SLS можно напечатать конструкции любой сложности.

С другой стороны, из-за высоких температур, необходимых для лазерного спекания, время охлаждения детали может быть значительным. Кроме того, большой проблемой этой технологии является пористость готовых изделий. Несмотря на то, что были достигнуты значительные улучшения в этом направлении, иногда требуется инфильтрация с другими материалами для улучшения механических характеристик.

Технология лазерного спекания позволяет обрабатывать пластиковые и металлические материалы, хотя для спекания металла используются гораздо более мощный лазер и более высокие температуры. Детали, изготовленные по технологии SLS, гораздо прочнее, чем изделия, изготовленные по технологиям DLP и SLA, но по точности и отделке поверхности SLS уступает.

SLS Model

Экструзия, моделирование методом наплавления – FDM (Fused Deposition Modelling)

Fused Deposition Modeling

3D печать с использованием экструзии термопластичного материала является самой распространенной и узнаваемой технологией прототипирования. Наиболее популярное название технологии – это моделирование методом наплавления (FDM - Fused Deposition Modeling), однако это название является зарегистрированной торговой маркой компании Stratasys, которая первая разработала эту технологию.

Компания Stratasys внедрила технологию FDM в начале 1990-х годов, однако и сегодня эта технология является технологией промышленного уровня 3D печати. Распространение настольных 3D принтеров в 2009 году, которые в значительной степени используют аналогичный процесс, привело к появлению второго названия технологии – моделирование методом наплавления нитей или свободная форма изготовления (Fused Filament Fabrication (FFF) или FreeForm Fabrication (FFF)) – из-за патентов, до сих пор принадлежащих Stratasys.

Самые ранние RepRap принтеры и все последующие модификации как с открытым исходным кодом, так и коммерческие, используют технологию экструзии. Однако, после того, как Stratasys заявила о нарушении патентных прав против компании Afinia, появился вопрос о том, как будет развиваться сегмент рынка настольных 3D принтеров начального уровня, так как все они потенциально находятся на линии огня за нарушение патентных прав Stratasys.

Суть технологии заключается в расплавлении пластиковой нити в нагретом экструдере, и последовательном формировании слоев на области построения в соответствии с 3D данными, отправленными в принтер.

Компания Stratasys разработала ряд запатентованных материалов промышленного класса для своей технологии FDM, которые подходят для применения в некоторых производственных сферах. Для сегмента 3D принтеров начального уровня разнообразие материалов более ограничено, но ассортимент постоянно пополняется. Наиболее распространенными материалами для настольных FFF 3D принтеров являются ABS и PLA.

FDM/FFF технологии требуют опорных конструкций для любых деталей с выступающими или нависающими элементами. Это влечет за собой применение второго водорастворимого материала, который позволяет относительно легко удалить опоры после завершения 3D печати. Кроме того, альтернативным вариантом является удаление поддержек вручную путем отламывания их от готовой модели. Опорные конструкции или их отсутствие – основное ограничение для настольных FFF принтеров. Тем не менее, по мере развития принтеров и оснащения их двойным экструдером, эта проблема теряет свою актуальность.

С точки зрения изготовления моделей, технология FDM является точным и надежным процессом, несмотря на необходимость постобработки. Что касается технологии FFF, то, как и следовало ожидать, по этой технологии производятся гораздо менее точные модели, но ситуация постоянно улучшается.

Эти технологии могут работать достаточно медленно для некоторых конструкций со сложной геометрией и адгезия слоев может быть существенной проблемой, в результате чего деталь получается неоднородной, но посредством постобработки, например, используя ацетон для ABS, все эти вопросы можно решить.

FDM/FFF Model

Струйная трехмерная печать (3DP, Binder Jetting, Material Jetting)

Струйная связующая 3D печать (3DP, BinderJetting)

Binder Jetting

Контуры модели печатаются специальными связующими веществами на последовательных тонких слоях порошка. Как и в случае с другими порошковыми системами после каждого слоя платформа опускается, и специальный валик или лезвие разглаживает порошок для следующего прохода печатающей головки со связующим материалом для слияния нового слоя с предыдущим.

К преимуществам этого процесса, как и с SLS, можно отнести тот факт, что отсутствует необходимость формирования вспомогательных опор, так как порошковая платформа естественным образом обеспечивает эту функциональность. Кроме того, могут быть использованы самые различные материалы, включая керамику и пищевые продукты. Еще одним отличительным свойством технологии является возможность использования полной цифровой палитры в процессе печати посредством добавления ингредиентов в связующий материал.

Модели, напечатанные по технологии 3DP при этом не отличаются высокой прочностью, как при технологии SLS, и требуют постобработки для упрочнения конструкций и долговечности.

Binder Jetting Model

Струйная 3D печать различными материалами (Material Jetting)

Material Jetting

Технология 3D печати, при которой фактически строительные материалы (в жидком или расплавленном состоянии) выборочно подаются через несколько печатающих головок, одновременно с выбросом вспомогательных материалов. В качестве материалов обычно используется фотополимерная смола, которая вулканизируется под воздействием ультрафиолетового излучения.

Природа этой технологии позволяет печатать модель одновременно из нескольких материалов, с различными характеристиками и свойствами. Струйная 3D печать различными материалами (Material Jetting) – высокоточная технология 3D печати, благодаря ей возможно производство точных деталей с гладкой поверхностью.

Material Jetting Model

Ламинирование методом селективного осаждения - SDL (Selective Laminate Deposition)

Selective Laminate Deposition

Ламинирование методом селективного осаждения – это технология 3D печати, разработанная и запатентованная компанией McorTechnologies. Не стоит сравнивать эту технологию с более старой технологией LOM– изготовление объектов с использованием ламинирования, разработанной Helisys в 1990-х годах, так как единственное сходство этих двух технологий заключается в формировании слоев из бумаги.

Технология 3D печати SDL формирует модель слой за слоем, используя обычную бумагу для копировальных машин. Каждый новый слой крепится к предыдущему при помощи клея, который выборочно наносится в соответствии с 3D данными, отправленными в принтер. Это означает, что большие слои клея оседают в области, которая является частью модели, и намного меньше клея наносится в областях, служащих опорными структурами модели, что обеспечивает достаточно легкое их удаление впоследствии.

После загрузки нового листа бумаги в 3Dпринтер из подающего механизма, расположенного в верхней части, выборочно наносится клей, область построения перемещается вверх к нагревательной платформе, и слои бумаги спрессовываются под давлением. Затем область построения возвращается обратно, где регулируемое лезвие из карбида вольфрама обрезает один лист бумаги за один проход в соответствии с контурами будущей модели. После этого подается новый лист бумаги, на который наносится клей, и так далее до тех пор, пока модель полностью не завершена.

Процесс SDL

Технология SDL является одним из немногих процессов, который в состоянии производить полноцветную 3D печать, используя цветовую палитру CMYK. Поскольку в качестве сырья используется обычная бумага, технология изготовления не требует постобработки и является абсолютно безопасной и экологически чистой. SDL не может конкурировать с другими процессами 3D печати в производстве деталей со сложной геометрией, к тому же область построения ограничена размерами бумаги.

SDL Model

Электронно-лучевая плавка – EBM (Electron Beam Melting)

Electron Beam Melting

Технология 3D печати электронно-лучевая плавка (EBM) разработана шведской компанией Arcam. Эта технология очень похожа на прямое лазерное спекание металлов (DMLS) в плане формирования моделей из металлического порошка. Ключевым отличием является источник тепла, который, как следует из названия, является пучком электронов, а не лазером, вследствие чего процедура проводится в условиях вакуума.

EBM имеет возможность создания моделей высокой плотности из различных металлических сплавов, в том числе медицинского назначения, в результате чего этот метод успешно применяется в медицинской промышленности, включая изготовление имплантатов. Тем не менее, другие высокотехнологичные отрасли, такие как авиакосмическая и автомобильная промышленности, не оставляют технологию EBM без внимания.

EBM Model

Опубликовано 2015-08-07 Автор: 3D4U.COM.UA Энциклопедия 3D печати 0 1278

Оставить комментарийОтветить на комментарий

Необходимо ВОЙТИ , чтобы оставить комментарий.
Обратный звонок
Сравнить 0

Корзина покупок:

Нет товаров

Будут определены Доставка
0 грн. Итого

Оформить заказ