3D печать - метод послойного создания физического предмета по цифровой 3D-модели.
Технологии 3D-печати:
- Лазерная стереолитография (Laser Stereolithography, SLA)
- Селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS)
- Прямое лазерное спекание металла (Direct Metal Selective Laser Melting, SLM)
- Электронно-лучевая плавка (Electron Beam Melting, EBM)
- Моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM)
- Полиструйная технология (Poly Jet, PJET)
- Технология MJM (Multi-Jet-Modeling)
- Технология склеивания порошков (Binding powder by adhesives)
- Контурное изготовление (Contour Crafting, CC)
- Моделирование методом напыления с последующим фрезерованием слоя (Drop On Demand Jet, DODJet)
- Ламинирование листовых материалов (Laminated Object Manufacturing, LOM)
- Облучение ультрафиолетом через фотомаску (Solid Ground Curing, SGC)
- Технология 3DP
- 3D-печать от Moor Technologies
Лазерная стереолитография (Laser Stereolithography, SLA)
Технология использует в качестве модельного материала специальный фотополимер – светочувствительную смолу. Основой в данном процессе является ультрафиолетовый лазер, который последовательно переводит поперечные сечения модели на поверхность емкости со светочувствительной смолой. Фотополимер затвердевает только в том месте, где прошел лазерный луч. Затем новый слой смолы наносится на затвердевший слой, и новый контур намечается лазером. Процесс повторяется до завершения построения модели. Стереолитография – наиболее популярная RP-технология для получения высокоточных моделей. Она охватывает практически все отрасли материального производства от медицины до тяжелого машиностроения. SLA-технология позволяет быстро и точно построить модель изделия практически любых размеров. Качество поверхностей зависит от шага построения. Современные машины обеспечивают шаг построения 0,025 – 0,15 мм.
SLA-технология дает наилучший результат при изготовлении мастер-моделей для последующего изготовления силиконовых форм и литья в них полимерных смол, а также используется для выращивания ювелирных мастер-моделей.
Селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS)
В технологии SLS модели создаются из порошковых материалов за счет эффекта спекания при помощи энергии лазерного луча. В данном случае, в отличие от SLA-процесса, лазерный луч является не источником света, а источником тепла. Попадая на тонкий слой порошка, лазерный луч спекает его частицы и формирует твердую массу, в соответствие с геометрией детали. В качестве материалов используются полиамид, полистирол, песок и порошки некоторых металлов. Существенным преимуществом SLS-процесса является отсутствие так называемых поддержек при построении модели. В процессах SLA и MJM при построении нависающих элементов детали используются специальные поддержки, предохраняющие свежее построенные тонкие слои модели от обрушения. В SLS-процессе в таких поддержках нет необходимости, поскольку построение ведется в однородной массе порошка. После построения модель извлекается из массива порошка и очищается.
Прямое лазерное спекание металла (Direct Metal Selective Laser Melting, SLM) - Разновидность технологии SLS. Материалом выступают металлы и сплавы в виде порошка. Для печати доступны следующие металлы и сплавы: сталь, нержавеющая сталь, инструментальная сталь, алюминий, сплав кобальт-хром, титан.
Электронно-лучевая плавка (Electron Beam Melting, EBM) - Технология, являющаяся модификацией SLS. Позволяет получать прототипы из металлического порошка, за счет его послойного плавления. Плавка расходного материала происходит в вакууме с помощью электронного луча. Модели «напечатанные» по такой технологии получаются более прочными и долговечными
Моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM) -
В данной технологии прототип создается так же из любого плавкого материала (воск, пластик, металл и т.п.) Расходник предварительно поступает в специальную экструзионную головку, в которой материал плавится и в виде тонкой проволоки выдавливается на холодную рабочую плоскость. Большая разница температур способствует быстрому застыванию слоя нового объекта. После полного затвердевания первого контура, головка наносит на платформу следующий слой.
Достоинства технологии FDM 3D-печати
• скорость и простота изготовления моделей;
• безопасность технологий. Экологическая чистота и нетоксичность моделирующих материалов;
• точность моделирования;
• простота использования и обслуживания;
• прочность деталей;
• простота утилизации.
В то же время данная технология не лишена и недостатков: между слоями образуются швы; головка экструдера должна постоянно двигаться, иначе материал застынет и засорит ее; возможно расслоение в случае температурных колебаний в течение цикла обработки.
Полиструйная технология (Poly Jet, PJET)
Принцип работы похож на стереолитографию (SLA), так как модель создается из фоточувствительной смолы. Полимерная смола предварительно расплавляется и поступает в струйную головку. Головка, перемещаясь вдоль горизонтальной оси, напыляет расплавленную смолу на рабочую плоскость. Толщина такого слоя составляет всего 16 микрон, что в пять раз меньше, чем толщина слоя при стереолитографии. Следующие за головкой УФ-лампы ускоряют затвердевание полимера. Особо сложные модели печатаются с добавлением материала поддержки в виде геля, который удаляется осле окончания работы при помощи обычной воды.
Технология MJM (Multi-Jet-Modeling)
В основе MJM – технологии 3D-печати, лежит послойное сечение СAD файла на горизонтальные слои, которые последовательно отправляются на 3D-принтер. Каждый слой формируется печатающей головкой, которая через группы сопел выпускает на горизонтальную движущуюся платформу или расплавленный (температура около 80 C) фотополимер или расплавленный воск. Фотополимер или воск расплавляются в системе подачи материала до того как попадают в печатающую головку. Если 3D-печать выполняется из фотополимера, то после печати каждого слоя, платформа, на которой выращен слой, отъезжает за печатающую головку под ультрафиолетовую лампу. Вспышка ультрафиолетовой лампы вызывает реакцию фотополимера, вследствие которой материал твердеет. После этого платформа отъезжает опять под печатающую головку и цикл формирования слоя повторяется. Печатающая головка образует новый слой. Особенностями технологии MJM является возможность воспроизводить 3D-модели с высокой точностью. В процессе 3D-печати используется материал поддержки: воск (поставляется отдельными картриджами). Если 3D-печать выполняется из фотополимера, то материал поддержки удаляется посредством высокой температуры: деталь с поддержкой помещается в печь с температурой ~60 C. Если 3D-печать выполняется из воска, то поддержка удаляется с помощью специального раствора.
Немаловажно и то, что в клей можно добавлять красящие вещества, а, следовательно, есть возможность получить не только объемную модель, но и разноцветную.
Технология склеивания порошков (Binding powder by adhesives)
Принтеры с технологией Binding powder by adhesives используют два вида материалов: крахмально-целлюлозный порошок, из которого формируется модель, и жидкий клей на водной основе, проклеивающий слои порошка. Клей поступает из печатающей головки 3D принтера, связывая между собой частицы порошка и формируя контур модели. После завершения печати излишки порошка удаляются. Чтобы придать модели дополнительную прочность, её пустоты заливаются жидким воском.
Контурное изготовление (Contour Crafting, CC)
СС – это строительная технология и её используют не 3D-принтеры. Устройство для печати более похоже на козловой кран. Вместо многотонного крюка, у которого находится распыляющая бетонную смесь головка со встроенными пневматическими формирователями поверхностей. Мгновенно застывающий бетонный раствор слой за слоем наносится на основу дома. Стены, вместе с проемами, вентиляционными отверстиями, дымоходами в прямом смысле этого слова растут на глазах. На возведение полой «коробки» одного коттеджа площадью 100 метров квадратных уходит примерно восемь часов непрерывной работы.
Моделирование методом напыления с последующим фрезерованием слоя (Drop On Demand Jet, DODJet)
В этой технологии 3D-печати используется два вида материалов – модельный и материал поддержки. Печатающая головка одновременно распыляет оба типа «расходников». Затем специальная фрезеровочная головка производит охлаждение распыленного слоя и его механическую обработку. Технология DODJet позволяет строить высокоточные модели с абсолютно гладкой поверхность. Так как распыление рабочего слоя происходит за счет механически движущийся головки, то скорость изготовления прототипа во многом зависит от сложности печатной модели.
Ламинирование листовых материалов (Laminated Object Manufacturing, LOM)
В этой технологии модель изготавливается из тонких слоев полимерной пленки. Предварительно каждый слой будущего изделия вырезается из рабочего материала лазером или механическим резаком. Готовые формы слоев размещаются в установленном порядке и склеиваются. Послойное соединение может происходить разными способами – при помощи местного нагрева, спрессовкой под давлением или обычным химическим склеиванием.
Облучение ультрафиолетом через фотомаску (Solid Ground Curing, SGC)
Облучение ультрафиолетом через фотомаску – оно же Solid Ground Curing или SGC предполагает создание готовых моделей из слоёв распыляемого на рабочую поверхность фоточувствительного пластика. После нанесения тонкого слоя пластика он через специальную фотомаску с изображением очередного сечения обрабатывается ультрафиолетовыми лучами. Неиспользованный материал удаляется при помощи вакуума, а оставшийся затвердевший материал повторно облучается жёстким ультрафиолетом. Полости готового изделия заполняются расплавленным воском, который служит для поддержки следующих слоёв. Перед нанесением последующего слоя фоточувствительного пластика предыдущий слой механически выравнивается.
Технология 3DP (послойное распределение клеящего вещества по гипсовому порошку)
Рабочая камера 3D принтера, работающего по технологии 3DP, состоит из подающей камеры, которая заполняется модельным материалом, и камеры построения, где осуществляется непосредственное выращивание модели. В процессе 3D печати печатающий блок 3D принтера сначала равномерным тонким слоем распределяет строительный материал модели по всей плоскости платформы камеры построения, а затем склеивает частицы материала между собой согласно математической 3D модели передаваемой на принтер из управляющего программного обеспечения. После нанесения связующего вещества платформа области построения опускается вниз, а платформа подающей камеры поднимается вверх на одинаковую высоту, после чего печатающая головка снова начинает свое движение.
Технология 3DP, в сравнении с другими технологиями, обладает низкой себестоимостью производства прототипа, обеспечивая при этом высокую скорость 3D-печати и качество моделей. Это достигается за счет низкой стоимости материала и его безотходного использования. Используемый материал служит как для построения модели, так и для ее поддержки во время процесса 3D-печати. Также это единственная технология, которая способна передавать цвета палитры CMYK.
3D-печать от Moor Technologies
Технология, которая позволяет печатать изделия из обычной бумаги формата А4. Резец из твердосплавной стали вырезает каждый слой будущей модели из листа бумаги. Затем слои проклеиваются обычным канцелярским клеем на водной основе.