Процеси в 3D принтиране.

Интересувате се от 3D принтиране?

Бързо научете за най-популярните процеси и материали, както и инструменти за вземане на решения. Те ще са ви от полза да изберете оптималния процес на 3D печат за вашето приложение.

Различните видове 3D принтиране.

Стандартът ISO / ASTM 52900 категоризира всички различни видове 3D печат под една от следните седем групи:

Екструзия на материал (FDM): Материалът се разпределя избирателно, през накрайник или отвор;

Полимеризация на ват ( SLA & DLP ): Течният фотополимер във вана се втвърдява селективно, чрез UV светлина;

Прахообразно легло Fusion ( SLS , DMLS & SLM ): Високо енергиен източник селективно предпазва праховите частици;

Материално струяне (MJ): Капки материал се отлагат селективно и се втвърдяват;

Binder Jetting (BJ): Течният свързващ агент селективно свързва участъците на праховия слой;

Директно отлагане на енергия (LENS, LBMD): Високоенергийният източник разпалва материал, докато се отлага;

Ламиниране на листа (LOM, UAM): Листата се свързват и се оформят пласт по пласт;

Процеси в 3D принтиране.
Процеси в 3D принтиране.

Инфографиката с всички налични в момента технологии за 3D принтиране илюстрира седемте категории 3D печат. Изобразени са основните материали, с които всяка група може да отпечата и най-популярните производители на принтери.

Следващите раздели ще запознаят с основните принципи на работа и предимствата на шестте основни 3D процеса на печат днес.

След като сте запознати с тях, ще може да вземете образовани решения за това коя технология на 3D печат е най-подходяща за вашето конкретно приложение.

Моделиране на стопено отлагане (FDM).

В FDM макарата с нишка се зарежда в принтера и след това се подава към екструзионната глава, която е снабдена с нагреваема дюза. След като дюзата достигне желаната температура, мотор задвижва нишката през нея, като я разтопява.

Принтерът придвижва екструзионната глава, като полага разтопения материал на точно определени места, където се охлажда и втвърдява (като много прецизен пистолет за горещо лепило). Когато слоят е завършен, платформата за сглобяване се премества надолу и процесът се повтаря, докато частта е завършена.

След отпечатването частта обикновено е готова за използване, но може да изисква известно последващо обработване. Такова е нужно за премахване на носещите конструкции или изглаждане на повърхността.

Процеси в 3D принтиране.Моделиране на стопено отлагане (FDM).
Процеси в 3D принтиране. Моделиране на стопено отлагане (FDM).

FDM е най-рентабилният начин за производство на потребителски термопластични части и прототипи. Освен това има най-кратки срокове за доставка – бързо, поради високата наличност на технологията. За FDM се предлага широка гама от термопластични материали, подходящи, както за прототипиране, така и за някои функционални приложения.

Като ограничения FDM има най-ниската точност на размери и разделителна способност в сравнение с другите технологии за 3D принтиране. Частите от FDM имат видими линии, така за обработка на гладка повърхност, често се изисква последващо третиране. Освен това механизмът за адхезия на слоя прави частиците на FDM по своята същност анизотропни. Те са по-слаби в една посока и като цяло са неподходящи за критични приложения.

Стереолитография и цифрова обработка на светлината (SLA & DLP).

Стереолитография и цифрова обработка на светлината (SLA & DLP).
Стереолитография и цифрова обработка на светлината (SLA & DLP).

SLA и DLP са подобни процеси, където се използват източник на ултравиолетова светлина за втвърдяване на течна смола във вана слой по слой. SLA използва едноточков лазер за втвърдяване на смолата, докато DLP използва цифров проектор за светлина, за да създаде изображение на всеки слой наведнъж.

След отпечатване, частта трябва да бъде почистена от смолата и изложена на UV източник, за да се подобри нейната здравина. След това носещите конструкции се отстраняват, ако се изисква висококачествено покритие на повърхността, се извършват допълнителни етапи за последваща обработка.

SLA / DLP може да произвежда части с много висока точност в размерите, сложни детайли и много гладка повърхностна, идеални за визуални прототипи. Налична е и широка гама от специални материали, като прозрачни, гъвкави, подлежащи на леене и биосъвместими смоли или материали, пригодени за конкретни индустриални приложения.

По принцип SLA / DLP частите са по-чупливи от FDM, така че не са най-подходящи за функционални прототипи. Също така SLA частите не трябва да се използват на открито, тъй като механичните им свойства и цвят се влошават, когато са изложени на UV лъчение от слънцето. Поддържащите структури винаги се изискват в SLA / DLP. Това може да доведе до малки дефекти в повърхностите, с които попадат в контакт.

Селективно лазерно синтероване (SLS).

Селективно лазерно синтероване (SLS).
Селективно лазерно синтероване (SLS).

Процесът SLS започва с нагряване на кошче от полимерен прах до температура точно под точката на топене на материала. След това острие или валяк нанася много тънък слой прах – обикновено с дебелина 0,1 мм – върху платформата за изграждане.

CO2 лазер сканира повърхността на праховия слой и избирателно синтерова частиците, свързвайки ги заедно. При сканиране на цялото напречно сечение строителната платформа се движи надолу, процесът се повтаря. Резултатът е кошче, напълнено с части, заобиколени от несинтерован прах.

След отпечатване кошчето трябва да се охлади, преди частите да бъдат извадени от неинтеризирания прах и почистени. Някои стъпки, след обработка могат да бъдат използвани за подобряване на визуалния им вид, като например полиране.

SLS частите имат много добри, почти-изотропни механични свойства, така те са идеални за функционални части и прототипи. Тъй като не се изискват никакви подпорни конструкции (неинтеризираният прах действа като опора), проектите с много сложна геометрия могат лесно да бъдат произведени. SLS е отличен и за производство на малки до средни партиди (до 100 части). Така кошчето може да бъде напълнено по целия си обем и множество части да бъдат отпечатани в един производствен цикъл.

SLS принтерите обикновено са индустриални системи от висок клас.

Това ограничава достъпността на технологията и увеличава нейната цена в пъти. SLS частите имат естествено зърнеста повърхност и известна вътрешна порьозност. Ако е необходима гладка повърхност или водонепроницаемост, са важни и допълнителните етапи за последваща обработка. Тук големите плоски повърхности и малките дупки се нуждаят от специално внимание, тъй като са податливи на термично изкривяване и презимуване.

Материалът струя (PolyJet).

Материалът струя (PolyJet).
Материалът струя (PolyJet).

Material Jetting работи по подобен начин на стандартния мастиленоструен печат. Тук няколко слоя материал се нанасят един върху друг, за да се създаде твърда част.

Множество печатащи глави струят стотици малки капчици фотополимер, върху изграждащата платформа. Така се втвърдяват от източника на UV светлина. След завършване на пласта, платформата за сглобяване се премества надолу по един слой и процесът се повтаря.

Носещите конструкции винаги се изискват от Material Jetting. Водоразтворимият материал се използва като опора, която лесно да се разтвори по време на последващата обработка. Тя се отпечатва едновременно със структурния материал.

Material Jetting е най-прецизната технология за 3D печат. Това е един от малкото процеси за 3D печат, който предлага много материали и пълноцветен печат. Материалите със струйни части имат много гладка повърхност – сравнима с леенето под налягане и много висока точност на размерите, което ги прави идеални за реалистични прототипи и части, които се нуждаят от отличен визуален външен вид.

Материалът Jetting е един от най-скъпите процеси за 3D принтиране. Тази висока цена го прави финансово неприложим за някои моменти. Освен това частите, произведени с Material Jetting, не са най-подходящи за функционални приложения. Подобно на SLA / DLP, материалите, използвани при този процес, са терморегулатори. Така произведените части са склонни да бъдат чупливи. Освен това са фоточувствителни и техните свойства ще се влошават с течение на времето при излагане на слънчева светлина.

Директно лазерно синтероване и селективно лазерно топене (DMLS & SLM).

Директното лазерно синтероване на метали (DMLS) и селективното лазерно топене (SLM) произвеждат части по подобен начин на SLS. Тук, лазерният източник селективно свързва праховите частици слой по слой. Основната разлика е, че DMLS и SLM произвеждат части от метал.

Разликата между DMLS и SLM процесите е фин: SLM постига пълно разтопяване на праховите частици, докато DMLS загрява металните частици до степен, която вместо тях се съединява на молекулно ниво.

Поддържащите структури винаги се изискват при DMLS и SLM. Това е нужно, за да се сведе до минимум изкривяването, причинено от високите температури, необходими за предпазване на металните частици. След отпечатване, металните опори трябва да бъдат премахнати ръчно или чрез обработка с ЦПУ. Също така може да се използва обработка за подобряване на точността на критичните характеристики (например дупки). Накрая, частите са подложени на термична обработка, за да се елиминират всички остатъчни напрежения.

Директно лазерно синтероване и селективно лазерно топене (DMLS & SLM).
Директно лазерно синтероване и селективно лазерно топене (DMLS & SLM).

DMLS / SLM е идеален за производство на метални части със сложна геометрия, които традиционните производствени методи не могат да произведат.

DMLS / SLM частите могат да бъдат (и трябва да бъдат) топология оптимизирана, за да се увеличи максимално тяхната ефективност, като в същото време се намали теглото и количеството на използвания материал. DMLS / SLM частите имат отлични физически свойства, често надминаващи здравината на грубия метал. Много метални сплави, които са трудни за обработка с други технологии, са налични в DMLS / SLM.

Разходите, свързани с DMLS / SLM 3D печат, са високи. Частите, произведени с този процес, обикновено струват между 5 000 и 25 000 долара. Поради тази причина DMLS / SLM трябва да се използва само за производство на места, които не могат да бъдат произведени по друг начин. Освен това размерът на сглобяване на съвременните метални системи за 3D печат е ограничен. При него необходимите точни производствени условия са трудни за поддържане при по-големи обеми на изграждане.

Binder Jetting.

Binder Jetting е гъвкава технология с разнообразни приложения, вариращи от евтин метален 3D печат, до пълноцветно прототипиране и производство на големи форми за пясъчно леене.

В Binder Jetting тънкият слой прахови частици (метал, акрил или пясъчник) първо се нанася върху платформата за изграждане. Тогава капчици лепило се изхвърлят от мастиленоструйна печатаща глава, за селективно свързване на праховите частици и изграждане на част слой по слой.

След приключване на отпечатването, частта се отстранява от праха и се почиства.

На този етап той е много крехък и изисква допълнителна последваща обработка. За метални части, това включва термично синтероване (подобно на метално леене под налягане) или инфилтрация с метал с ниска точка на топене (например бронз), докато пълноцветните части са инфилтрирани с цианоакрилатно лепило.

Binder Jetting.
Binder Jetting.

Binder Jetting може да произвежда метални части и пълноцветни прототипи с част от цената съответно на DMLS / SLM или Material Jetting. Могат да бъдат произведени и много големи части от пясъчник с Binder Jetting. Това се дължи на процесът, който не е ограничен от топлинни ефекти (например изкривяване). Тъй като по време на принтиране не са необходими опорни структури, металните части за Binder Jetting могат да имат сложни геометрии, подобно на SLS. Възможно е производството на партиди с ниска до средна степен, като се запълни целия обем на сглобяване.

Детайлите за метално свързващо вещество имат по-ниски механични свойства в сравнение с насипния материал поради тяхната порьозност. Поради специалните изисквания за последваща обработка на Binder Jetting се прилагат специални дизайнерски ограничения. Например, малки детайли, които не могат да бъдат отпечатани, тъй като частите са много крехки и могат да се счупят. Металните части могат също да се деформират по време на стъпката на синтероване или инфилтриране, ако не се поддържат правилно.

Как да изберете правилния 3D процес на принтиране.

Избирането на оптималния процес на 3D принтиране за конкретно приложение може да бъде трудно. Често има повече от един процес, който е подходящ и всеки от тях предлага различни предимства, като по-голяма точност на размерите, превъзходни свойства на материала или по-добро покритие на повърхността.

Поради тази причина сме подготвили инструменти за вземане на решения и обобщени указания, които ще ви помогнат да изберете правилния процес на 3D печат.

Като цяло има три основни неща, които винаги трябва да вземате предвид:

Свойства на материала: якост, твърдост, ударна якост и др.

Функционални и визуални дизайнерски изисквания: гладка повърхност, здравина, устойчивост на топлина и др.

Възможности в процеса за 3D принтиране: точност, наличен обем на печат, височина на пласта и т.н.

Процеси в 3D принтиране.
Процеси в 3D принтиране.

Имайки предвид тези съображения, идентифицирането на най-доброто решение за вашето приложение ще е повече от ясно.

Подготвили сме и други подробни ръководства, за да ви помогнем с техническите подробности или да намерите решение за всяка нужда, разгледайте и останалите теми.

Ако статията Ви е харесала, може да я споделите с приятели.
Share on Facebook
Facebook
Share on LinkedIn
Linkedin
Tweet about this on Twitter
Twitter
Pin on Pinterest
Pinterest

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *