Технологии 3D-печати, виды и методы

Что такое 3D печать и какая она бывает?

3D-печать - это аддитивные технологии создания физического объекта, основанного на трехмерной цифровой модели. Этот процесс выполняет ряд повторяющихся операций, которые связанны с созданием объёмных моделей путём нанесения на рабочий стол установки тонкого слоя расходных материалов, смещением рабочего стола вниз на высоту сформированного слоя и удалением с поверхности рабочего стола отработанных отходов.

Аддитивные технологии могут осуществляться различными способами 3d печати, и с использованием разнообразных материалов, однако, в основе любого из них лежит принцип послойного «выращивания» твердого физического изделия. В настоящее время существуют основные методы 3d печати, которые применяются для создания объектов. Рассмотрим каждый из них подробнее.

FDM (Fused Deposition Modeling) / FFF (Fused Filament Fabrication)

Создание трехмерного объекта методом послойного наплавления полимерной нити. Принцип работы этих двух технологий практически идентичен. FDM – это самый популярный и наименее затратный способ 3д печати деталей и прототипов из термопластов. Для данного вида 3д печати доступен широкий спектр термопластичных материалов, подходящих, как для прототипирования, так и для некоторых функциональных деталей.

• возможность печатать несколькими цветами и материалами одновременно;
• низкая цена;
• высокая производительность и скорость;
• имеется возможность применять больше материалов для изготовления;
• доступность технологии 3d печати и оборудования;
• возможность создать гибкие, мягкие, твердые, ударопрочные детали со сложной геометрией и высоким разрешением.

• видимый шов между слоями;
• при печати нависающих частей необходимо создание поддержек;
• колебания температуры во время печати, которые могут привести к расслоению;
• меньшая точность, по сравнению с фотополимерными и лазерными технологиями 3D-печати.

SLA (Stereolithography) / DLP (Digital Light Processing)

Лазерная стереолитография (SLA) - одна из технологий быстрого прототипирования, и DLP - альтернативный метод SLA, где вместо лазерных установок используются светодиодные проекторы. В качестве материала применяется жидкий фотополимер. Лазерный луч (в случае SLA) или проектор (DLP) направляется на исходное сырье, что приводит к его затвердеванию. Затем печатная платформа поднимается и процесс повторяется, пока, слой за слоем, деталь не вырастает до конца. Модель, напечатанная из фотополимера, прекрасно поддается окрашиванию, склеиванию и обработке.

• высочайшая точность;
• возможность создания мельчайших и тонкостенных объектов;
• легко производить постобработку изделий;
• образуется минимальное количество отходов;
• практически идеальная поверхность.

• высокая стоимость 3д-принтеров;
• низкая производительность;
• невозможность использования нескольких материалов сразу;
• невозможна цветная печать.

SLS / SLM

Рассмотрим два типа лазерной 3д-печати – первый: селективное лазерное спекание (SLS) и второй: выборочная лазерная плавка (SLM). Они являются взаимозаменяемыми терминами, которые относятся к технологии 3d печати, использующей в качестве материала специальный порошок. Лазер делает твердым слой порошка в соответствии с заданной программой последовательностью. Когда лазер взаимодействует с поверхностью порошка, он спекает или плавит частицы друг с другом, образуя твердое тело. По мере того, как каждый слой завершается, слой порошка постепенно опускается, и новый материал, который подается, разравнивается для следующего слоя.

• высокая точность построения;
• хорошие физические качества готового изделия;
• подходит для широкоформатной печати;
• не требует изготовления поддержек при печати;
• безотходное производство.
• большой выбор материалов печати;
• возможность построения изделий со сложной геометрией или высоким уровнем детализации.

• высокая стоимость оборудования и материалов печати (по сравнению с другими технологиями);
• дороговизна технологии;
• не подходит для начинающих специалистов в области 3д-печати;
• грубая поверхность готового изделия, которая требует пост-обработки.

DMLS (Direct Metal Laser Sintering)

Прямое лазерное спекание металла (DMLS) производит детали аналогично SLS/SLM: лазерный источник выборочно связывает частицы порошка слой за слоем. Отличается он тем, что с помощью этой технологии производят детали из металла. Вид 3d печати технологией DMLS нагревает металлические частицы до такой степени, что они сливаются вместе на молекулярном уровне.

• Идеально подходит для изготовления металлических деталей со сложной геометрией;
• готовые детали обладают лучшими физическими свойствами;
• многие металлические сплавы, которые трудно обрабатывать с помощью других технологий, например, даже металлические супер-сплавы, доступны в DMLS;
• низкая стоимость печати;
• безотходное производство.

• в сравнении с аналогичными методами скорость печати ниже;
• ограниченное количество 3d принтеров технологии печати DMLS;
• ограниченный размер изделий в результате печати.

EBM (Electron Beam Melting)

Электронно-лучевая плавка - это технология аддитивного производства, которая используется для создания высокопрочных металлических изделий, сопоставимых с теми, что были получены в результате литья. В качестве расходного материала выступает чистый металлический порошок. Печать осуществляется с помощью специального устройства: в вакуумной камере. В данном случае используются электронные излучатели, которые служат источниками мощной энергии, используемой для плавки металла или стали. Так называемые «электронные пушки» выпускают электронные пучки высокой мощности, которые сплавляют металлический порошок.

В основе метода лежит наслоение расходного материала, выполняется нанесение слоя металлического порошка, и электронные пучки, повторяя контур модели, сплавляют материал. Далее следует повторение алгоритма действий, пока не будут созданы все слои и не получится готовый трехмерный объект в соответствии с математической трехмерной моделью.

• Высокая плотность объекта;
• высокая прочность изделий;
• ускоренный процесс печати;
• можно использовать не спеченный порошок повторно;
• требуется меньшее количество опор

• маленький объем печати;
• выбор материала ограничен (только титан или хром-кобальтовые сплавы);
• высокая стоимость в данной технологии печати 3д принтеров и материалов.

EBF3 (Electron Beam Freeform Fabrication)

Производственная электронно-лучевая плавка – это технология изготовления изделия произвольной формы в вакууме, методом электронно-лучевой плавки. Главная особенность в том, что в качестве расходного материала используется проволока из того или иного металла. Осуществляется данный процесс 3д-печати по аналогии с EBM, а отличие состоит в том, что металл подается в зону электронно-лучевого плавления в виде проволоки, а не порошка.

• Точные результаты печати, благодаря использованию специальных магнитных зеркал;
• недорогие и доступные материалы, что в свою очередь может помочь сократить статьи расходов для предприятий;
• прочность изделий на уровне литых;
• скорость печати.

• Достаточно дорогое оборудование;
• ограничения в геометрии моделей.

FSAM (Friction Stir Additive Manufacturing)

Ротационная сварка трением – достаточно редкий способ производства 3D-объектов, хотя и используемый, при котором нагрев и смешивание материалов осуществляется при помощи вращения. Расходный материал подается из центра вращающейся головки, и под давлением “втирается” в поверхность подложки или предыдущего слоя.

• За счет высокого давления спекание происходит при температурах ниже плавления материала;
• отсутствует пористость, растрескивание, остаточное напряжение, коробление
• возможность сменять материалы;
• создание градиентных деталей, с отличающимися физическими свойствами на разных уровнях.
• расход в стружку выходит в разы меньше, чем при фрезеровании из заготовок простых геометрических форм, что особенно важно при работе с дорогими материалами.

• Не достигается высокая точность печати;
• детали получаются «грубыми»;
• требуется механическая постобработка.

CJP (Continuous Jet Printing)

CJP – это цветной тип 3д печати и один из методов струйной 3D-печати. Изначально эта технология называлась «3D Printing» или «3DP». Однако, после того, как в ней начали использоваться разноцветные связующие материалы, ей присвоили другое, более конкретное название. Метод цветной струйной печати включает постепенное нанесение порошкообразных материалов слой за слоем вместе со связующим полимером. Особенность этой технологии 3д печати заключается в возможности использования полимеров разного цвета, что позволяет получить модель с красочными деталями и дизайном.

• Относительно невысокая стоимость производства;
• более высокая точность в воспроизведении геометрии;
• возможность создавать многоцветные изделия;

• Поверхность получается средней прочности;
• имеют немного шершавую гигроскопичную поверхность изделия.

MJM (Multi Jet Modeling)

Метод многоструйного моделирования - основа данной технологии в уникальной печатающей головке. В ней содержатся тонкие сопла в количестве до 448 штук максимум. Принцип этого процесса заключается в послойном нанесение материала на рабочую зону. Количество сопел может варьироваться, от чего зависит подача основного и вспомогательного материалов. В данном 3d печати типе используется воск или фотополимерные смолы. Они распыляются в соответствии с заданным алгоритмом послойно, при этом каждый из них закрепляется ультрафиолетовой лампой.

Поддерживающий материал необходим для заполнения пустот, помогая сохранить целостность конструкции печатающегося объекта. После того, как моделирование закончилось, поддерживающий материал может быть удален. В нескольких случаях моделирование может выполняться на основе особого прозрачного или полупрозрачного пластика, стойкого к механическим воздействиям и высоким температурам.

• Универсальность (для создания изделий расходные материалы могут использоваться различные);.
• возможность производства объемных моделей, которые будут отличаться большой точностью;.
• возможность создания объектов со сложной геометрией, при этом толщина слоя минимальна;.
• высокая скорость печати, так как жидкость можно наносить очень быстро;.
• полное соответствие детали заданным параметрам..

• Стоимость 3D-принтеров;.
• изделие во время печати нуждается в дополнительной поддерживающей конструкции и термообработке в печи после завершения печати..

LOM (Laminated Object Manufacturing)

Эта технология аддитивного производства подразумевает печать объектов методом ламинирования. В этом процессе происходит склеивание листов бумаги, пластика, металлической фольги, композитов, керамики или полимерной пленки. После чего выполняется формирование контура при помощи работы лазерной резки или режущего инструмента. Таким образом, этот процесс трехмерного ламинирования не имеет ничего общего с другими известными методами 3д-печати.

• Высокая скорость печати;
• просто в обращении с материалом;
• маленькая себестоимость печати;
• резка очень быстрая за счет того, что траектория разрезания - это контур объекта, а не площадь поперечного сечения.

• Низкая прочность моделей.

Заключение

3D-печать обрела свою популярность на рынке многие годы назад, и часто используется в самых распространенных сферах деятельности, таких как: промышленность, организации массового производства, небольшие компании, медицина и другие проекты и разработки..

Наши услуги

Компания Cybercom работает с различными областями аддитивных технологий и предлагает широкий спектр услуг по 3d-печати. Рассчитать стоимость и сроки выполнения работ, а также узнать об условиях выполнения технического задания и поставленных задач Вы можете, обратившись к нам по телефону +7 (495) 620-58-78 или по электронной почте. Контакты представлены на нашем сайте..