Технологий 3д печати применяемые 2022 году

Все виды технологий 3D-печати, которые сегодня используют 3D-принтеры. Узнайте о FDM, SLA, MSLA, DLP, SLS, DMLS, SLM, EBM, распылении материалов, DOD, распылении связующего и многом другом.

Если вы новичок в прекрасном мире 3д печати, то пусть мы будем первыми, кто расскажет о всём многообразии мира 3д технологий (почти безмерная вселенная)

Проблема, с которой сталкиваются многие новички в 3д печати, заключается в том, чтобы различать различные доступные процессы и материалы. В чем разница между типами 3д печати, например, FDM и SLS? Или распыление SLS и связующего? Или ДМ и ДМЛС? Это может быть довольно запутанным, и с таким количеством различных аббревиатур, которые летают вокруг, вас простят за то, что вы перепутали тип 3D-печати с жанром танцевальной музыки.

Правда в том, что 3D-печать, также обычно называемая аддитивным производством (AD), представляет собой общий термин, который охватывает группу различных процессов 3д печати. В 2015 году был создан стандарт ISO/ASTM 52900 с целью стандартизации всей терминологии и классификации каждого из различных типов 3д принтеров.

В общей сложности на сегодняшний день выявлено и установлено семь категорий процессов аддитивного производства. Эти семь процессов 3д печати породили множество различных типов технологий 3д печати, которые сегодня используют 3д принтеры. В этой статье мы сделали все возможное, чтобы описать, что они из себя представляют, и просто объяснить, как они работают.

ПРОЦЕСС 3D-ПЕЧАТИ: ЭКСТРУЗИЯ МАТЕРИАЛА

Экструзия материала — это именно то, на что это похоже: материал выдавливается через сопло. В большинстве случаев этот материал представляет собой пластиковую нить, проталкиваемую через нагретое сопло, расплавляя ее в процессе. Принтер размещает материал на рабочей платформе по заданному пути, где нить затем охлаждается и затвердевает, образуя твердый объект. Вы также можете экструдировать металлическую пасту, биогели, бетон, шоколад и широкий спектр других материалов, но наиболее распространены пластмассы.

  • Типы технологии 3D-печати: Моделирование наплавления (FDM), иногда называемое изготовлением плавленых нитей (FFF).
  • Материалы: пластиковая нить (PLA, ABS, PET, PETG, TPU, нейлон, ASA, PC, углеродное волокно и многие другие ) и другие материалы .
  • Точность размеров: ±0,5% (нижний предел ±0,5 мм)
  • Общие области применения: электрические корпуса, проверка формы и посадки, фигурки и приспособления, модели для литья по выплавляемым моделям и т. д.
  • Сильные стороны: самый дешевый метод 3D-печати, широкий выбор материалов.

Моделирование методом наплавления (FDM)

Устройства для экструзии материалов являются наиболее доступными и доступными по цене типами технологий 3D-печати во всем мире. Возможно, вы знакомы с ними как с моделированием наплавленного осаждения или FDM. Их также иногда называют изготовлением плавленых нитей или FFF.

Обычно это работает так: катушка с нитью загружается в 3D-принтер и подается к соплу принтера в экструзионной головке. Сопло принтера нагревается до нужной температуры, после чего двигатель проталкивает нить через нагретое сопло, заставляя ее плавиться.

Затем принтер перемещает экструзионную головку по заданным координатам, укладывая расплавленный материал на рабочий стол, где он остывает и затвердевает. Когда слой готов, принтер переходит к нанесению следующего слоя. Этот процесс печати поперечных сечений повторяется, строя слой за слоем, пока объект не будет полностью сформирован.

В зависимости от геометрии объекта иногда необходимо добавить опорные конструкции, например, если модель имеет крутые выступающие части.

FDM используется в 3D-печатных зданиях путем экструдирования глины или бетона, 3D-печатных десертов путем экструдирования шоколада, 3D-печатных органов путем экструзии живых клеток в биогель, вы поняли идею. Если его можно экструдировать, его можно напечатать на 3D-принтере, ну почти.

ПРОЦЕСС 3D-ПЕЧАТИ: ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ В ВАННЕ

Полимеризация в ванне — это процесс 3D-печати, при котором источник света избирательно отверждает фотополимерную смолу в ванне. Другими словами, свет направляется точно в определенную точку на тонком слое жидкого пластика, чтобы он затвердел. Этот процесс повторяется слой за слоем, пока не будет сформирована трехмерная деталь.

Три распространенные формы полимеризации в ванне — это стереолитография (SLA), цифровая обработка света (DLP) и маскированная стереолитография (MSLA). Фундаментальное различие между этими типами технологий 3D-печати заключается в источнике света, который они используют для отверждения смолы, и мы подробно описываем каждый метод ниже.

Некоторые производители 3D-принтеров, особенно те, которые производят 3D-принтеры профессионального уровня, используют немного уникальные и запатентованные варианты полимеризации в ванне, поэтому на рынке вы можете увидеть различные типы SLA. Один из производителей, Carbon, использует технологию полимеризации в ваннах, которую он называет Digital Light Synthesis (DLS), Origin by Stratasys называет свою технологию Programmable Photopolymerization (P³), Formlabs предлагает так называемую стереолитографию с низким усилием (LFS), а Azul 3D является первой технологией, коммерциализировать форму полимеризации в ваннах для быстрой печати на больших площадях (HARP). Существует также производство металла на основе литографии (LMM), проекционная микростереолитография (PµSL) и цифровое композитное производство (DCM), которое представляет собой технологию наполненного фотополимера, которая вводит функциональные добавки, такие как металлические и керамические волокна, в жидкую смолу.

  • Типы технологий 3D-печати: стереолитография (SLA), маскированная стереолитография (MSLA), микростереолитография (µSLA) и другие.
  • Материалы: Фотополимерные смолы (литьевые, прозрачные, промышленные, биосовместимые и т. д.)
  • Точность размеров: ±0,5% (нижний предел ±0,15 мм или 5 нанометров с µSLA)
  • Общие области применения: прототипы полимеров, изготовленные методом литья под давлением; ювелирное литье; стоматологические приложения
  • Сильные стороны: гладкая поверхность, мелкие детали .

Стереолитография (SLA)

SLA исторически считается первой в мире технологией 3D-печати. Стереолитография была изобретена Чаком Халлом в 1986 году, который подал патент на эту технологию и основал компанию 3D Systems для ее коммерциализации.

В принтере SLA используются зеркала, известные как гальванометры или гальванометры, одно из которых расположено по оси X, а другое — по оси Y. Эти гальво быстро направляют лазерный луч на чан со смолой, выборочно отверждая и затвердевая поперечное сечение объекта внутри этой области здания, наращивая его слой за слоем.

В большинстве SLA-принтеров для отверждения деталей используется твердотельный лазер. Недостаток этих типов технологии 3D-печати с использованием точечного лазера заключается в том, что для отслеживания поперечного сечения объекта может потребоваться больше времени по сравнению с нашим следующим методом (DLP), при котором сразу затвердевает весь слой.

Цифровая обработка света (DLP)

Глядя на машины для цифровой обработки света, эти типы 3D-принтеров почти такие же, как SLA. Ключевое отличие состоит в том, что DLP использует цифровой световой проектор для одновременной вспышки одного изображения каждого слоя (или нескольких вспышек для более крупных частей).

Поскольку проектор представляет собой цифровой экран, изображение каждого слоя состоит из квадратных пикселей, в результате чего слой формируется из небольших прямоугольных блоков, называемых вокселами.

Свет проецируется на смолу с помощью светоизлучающих диодов (LED) экранов или источника УФ-излучения (лампы), который направляется на поверхность сборки с помощью цифрового микрозеркального устройства (DMD).

DMD представляет собой массив микрозеркал, которые контролируют, куда проецируется свет, и создают световой рисунок на поверхности сборки.

Маскированная стереолитография (MSLA)

Маскированная стереолитография использует светодиодную матрицу в качестве источника света, излучая ультрафиолетовый свет через ЖК-экран, отображающий однослойный срез в качестве маски — отсюда и название.

Как и DLP, фотошаблон ЖК-дисплея отображается в цифровом виде и состоит из квадратных пикселей. Размер пикселя фотомаски ЖК-дисплея определяет степень детализации отпечатка. Таким образом, точность XY фиксирована и не зависит от того, насколько хорошо вы можете масштабировать/масштабировать объектив, как в случае с DLP. Еще одно различие между принтерами на основе DLP и технологией MSLA заключается в том, что в последней используется массив из сотен отдельных излучателей, а не источник света с одним излучателем, такой как лазерный диод или лампа DLP.

Подобно DLP, MSLA может при определенных условиях обеспечивать более быстрое время печати по сравнению с SLA. Это связано с тем, что весь слой экспонируется сразу, а не отслеживается площадь поперечного сечения точкой лазера.

Из-за низкой стоимости ЖК-дисплеев MSLA стала популярной технологией для сегмента бюджетных настольных полимерных принтеров.

Другие технологии полимеризации в ваннах

Как мы упоминали выше, существует растущий список частных взглядов на полимеризацию в ваннах, особенно в профессиональных кругах. Вместо того, чтобы говорить о каждом по отдельности и рисковать повторяться, здесь мы собрали их в виде списка со ссылками на соответствующие сайты производителей, где вы можете прочитать больше.

ПРОЦЕСС 3D-ПЕЧАТИ: СПЛАВ ПОРОШКОВОГО СЛОЯ

Плавление в порошковом слое — это процесс 3D-печати, в котором источник тепловой энергии выборочно вызывает сплавление частиц порошка (пластика, металла или керамики) внутри области построения для создания твердого объекта слой за слоем.

Устройства для сварки в порошковом слое наносят тонкий слой порошкового материала на печатную платформу, как правило, с помощью лезвия или салфетки. Энергия сплавляет определенные точки на слое порошка, затем наносится другой слой порошка, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет изготовлен весь объект. Конечный предмет заключен в нерасплавленный порошок и поддерживается им.

  • Типы технологий 3D-печати: селективное лазерное спекание (SLS), селективное лазерное плавление (SLM), электронно-лучевое плавление (EBM), прямое лазерное спекание металлов (DMLS), Multi Jet Fusion (MJF).
  • Материалы: термопластичные порошки (нейлон 6, нейлон 11, нейлон 12 и т. д.), металлические порошки (сталь, титан, алюминий, кобальт и т. д.), керамические порошки.
  • Точность размеров: ±0,3% (нижний предел ±0,3 мм)
  • Общие области применения: функциональные детали, сложные воздуховоды (полые конструкции), мелкосерийное производство деталей .
  • Сильные стороны: функциональные детали, отличные механические свойства, сложная геометрия .

Селективное лазерное спекание (SLS)

Создание объекта с помощью технологии сплавления в порошковом слое и полимерного порошка обычно известно как селективное лазерное спекание (SLS). По мере истечения срока действия промышленных патентов эти типы технологий 3D-печати становятся все более распространенными и более дешевыми.

Сначала емкость с полимерным порошком нагревают до температуры чуть ниже точки плавления полимера. Затем лезвие или салфетка для повторного покрытия наносит очень тонкий слой порошкообразного материала — обычно толщиной 0,1 мм — на платформу сборки. Затем CO 2 или волоконный лазер начинают сканировать поверхность. Лазер выборочно спекает порошок и затвердевает поперечное сечение объекта. Так же, как и SLA, лазер фокусируется в нужном месте парой гальво.

Когда все поперечное сечение будет отсканировано, платформа для сборки опустится на один слой по высоте. Лезвие для повторного покрытия наносит свежий слой порошка поверх недавно отсканированного слоя, а лазер спекает следующее поперечное сечение объекта поверх ранее затвердевших поперечных сечений.

Эти шаги повторяются до тех пор, пока все объекты не будут полностью изготовлены. Порошок, который не был спечен, остается на месте для поддержки объекта, что уменьшает или устраняет необходимость в поддерживающих конструкциях.

Микроселективное лазерное спекание (μSLS) — это, по существу, селективное лазерное спекание (SLS) в крошечном масштабе, которое часто называют микролазерным спеканием. Хотя SLS обычно относится к процессу с пластиками, здесь µSLS чаще относится к процессу лазерного спекания с металлами. µSLS может производить настоящие трехмерные металлические детали с разрешением менее 5 мкм и производительностью более 60 мм3/час.

В µSLS слой чернил с металлическими наночастицами наносится на подложку, затем высушивается для получения однородного слоя наночастиц. Затем лазерный свет, сформированный с помощью массива цифровых микрозеркал, используется для нагрева и спекания наночастиц в желаемые узоры. Затем этот набор шагов повторяется для создания каждого слоя 3D-детали в системе µSLS.

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) / селективное лазерное плавление (SLM)

Как прямое лазерное спекание металлов (DMLS), так и селективное лазерное плавление (SLM) производят объекты аналогично SLS. Основное отличие заключается в том, что эти виды технологии 3D-печати применяются для производства металлических деталей.

DMLS не плавит порошок, а нагревает его до такой степени, что он может расплавиться на молекулярном уровне. SLM использует лазер для полного расплавления металлического порошка, образуя однородную деталь. В результате получается деталь с одной температурой плавления (что-то не из сплава).

В этом основное различие между DMLS и SLM; первый производит детали из металлических сплавов, а второй — из одноэлементных материалов, таких как титан. В отличие от SLS, процессы DMLS и SLM требуют структурной поддержки, чтобы ограничить возможность любого возможного искажения (несмотря на то, что окружающий порошок обеспечивает физическую поддержку).

Детали DMLS/SLM подвержены риску деформации из-за остаточных напряжений, возникающих во время печати из-за высоких температур, но поскольку DMLS не плавит порошок, детали могут подвергаться меньшему напряжению. После печати детали также обычно подвергаются термообработке, чтобы снять любые напряжения в деталях.

Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)

httpv://www.youtube.com/watch?v=E7—ZWPVVdQ

В отличие от других методов плавления в порошковом слое, в электронно-лучевой плавке (EBM) используется пучок высокой энергии или электроны, чтобы вызвать сплавление между частицами металлического порошка.

Сфокусированный электронный луч сканирует тонкий слой порошка, вызывая локальное плавление и затвердевание на определенной площади поперечного сечения. Эти области созданы для создания твердого объекта.

По сравнению с технологиями 3D-печати SLM и DMLS, EBM обычно имеет более высокую скорость построения из-за более высокой плотности энергии. Однако такие параметры, как минимальный размер элемента, размер частиц порошка, толщина слоя и качество поверхности, как правило, больше.

Также важно отметить, что детали EBM изготавливаются в вакууме, и этот процесс может использоваться только с проводящими материалами.

Многоструйный синтез (MJF)

Multi Jet Fusion технически представляет собой технологию 3D-печати слиянием в порошковом слое, хотя она имеет сходство со струйной обработкой связующим. MJF был представлен на рынке компанией HP в 2016 году. Компания объясняет, что ее технология основана на многолетних инвестициях HP в струйную печать, материалы для струйной печати, прецизионную недорогую механику, материаловедение и обработку изображений.

Технология получила свое название от нескольких струйных головок, которые выполняют процесс печати. Процессы повторного покрытия материала, распределения и нагрева реагентов выполняются отдельными массивами головок, которые перемещаются по печатной платформе в разных направлениях, что позволяет пользователю независимо оптимизировать оба процесса.

В процессе печати Multi Jet Fusion принтер наносит слой порошка материала на печатную платформу. После этого струйная головка проходит по порошку и наносит на него как фьюзер, так и чистящее средство.

Затем по отпечатку перемещается инфракрасный нагревательный элемент. Везде, где был добавлен плавящий агент, нижележащий слой расплавляется, а участки с детализирующим агентом остаются в виде порошка. Порошкообразные части осыпаются, что создает желаемую геометрию. Это также устраняет необходимость в опорах для моделирования, поскольку нижние слои поддерживают слои, напечатанные над ними.

HP говорит, что принтер Multi Jet Fusion отличается от большинства других технологий 3D-печати тем, что каждый новый слой материала и агента размещается, пока предыдущий слой еще расплавлен. Это позволяет обоим слоям полностью сливаться, обеспечивая повышенную долговечность печати и более мелкие детали.

Для завершения процесса печати весь порошковый слой и печатные детали в нем перемещаются на отдельную станцию ​​обработки. Здесь большая часть рыхлого нерасплавленного порошка убирается пылесосом, что позволяет использовать его повторно, а не производить лишние отходы.

ПРОЦЕСС 3D-ПЕЧАТИ: РАСПЫЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА

Распыление материала — это процесс 3D-печати, при котором капли материала выборочно наносятся и отверждаются на рабочей пластине. Используя фотополимеры или капли воска, которые затвердевают под воздействием света, объекты создаются по одному слою за раз.

Природа процесса струйной печати материалов позволяет печатать на одном и том же объекте разные материалы. Одним из применений этой техники является изготовление деталей разных цветов и текстур.

  • Типы технологии 3D-печати: Струйное распыление материала (MJ), Drop on Demand (DOD)
  • Материалы: фотополимерная смола (стандартная, литьевая, прозрачная, высокотемпературная).
  • Размерная точность: ± 0,1 мм
  • Общие области применения: Полноцветные прототипы продуктов; прототипы, изготовленные методом литья под давлением; пресс-формы для литья под давлением; Медицинские модели
  • Сильные стороны: Лучшая обработка поверхности; Доступны полноцветные и мультиматериальные
  • Недостатки: Хрупкий, не подходит для механических частей; Более высокая стоимость, чем SLA/DLP для визуальных целей

Струйная обработка материалов (МДж)

Струйная печать материалов (MJ) работает аналогично стандартному струйному принтеру. Ключевое отличие заключается в том, что вместо печати одного слоя чернил несколько слоев накладываются друг на друга для создания твердой детали.

Печатающая головка выбрасывает сотни мельчайших капелек фотополимера, а затем отверждает/затвердевает с помощью ультрафиолетового (УФ) света. После нанесения и отверждения одного слоя платформа для сборки опускается на один слой толщиной, и процесс повторяется для создания 3D-объекта.

MJ отличается от других типов технологий 3D-печати, которые наносят, спекают или отверждают строительный материал с помощью точечного нанесения. Вместо того, чтобы использовать одну точку для следования по пути, очерчивающему площадь поперечного сечения слоя, машины MJ укладывают строительный материал быстрым линейным способом.

Преимущество построчного наложения заключается в том, что принтеры MJ могут изготавливать несколько объектов в одну линию, не влияя на скорость печати. Пока модели расположены правильно, а пространство внутри каждой линии сборки оптимизировано, MJ может производить детали быстрее, чем другие типы 3D-принтеров.

Объекты, сделанные с помощью MJ, требуют поддержки, которая печатается одновременно во время сборки из растворимого материала, который удаляется на этапе постобработки. MJ — один из немногих типов технологии 3D-печати, предлагающий объекты, изготовленные из нескольких материалов и полноцветные.

Drop on Demand (DOD)

Drop on Demand (DOD) — это тип технологии 3D-печати, в которой используется пара струйных принтеров. Один откладывает строительные материалы, которые обычно представляют собой воскоподобный материал. Второй используется для растворимого вспомогательного материала. Как и в случае с типичными типами технологии 3D-печати, принтеры DOD следуют заранее определенному пути к струйному материалу при точечном нанесении, создавая площадь поперечного сечения объекта слой за слоем.

В принтерах DOD также используется летучий резак, который очищает область сборки после создания каждого слоя, обеспечивая идеально ровную поверхность перед началом следующего слоя. Принтеры DOD обычно используются для создания моделей, подходящих для литья по выплавляемым моделям или литья по выплавляемым моделям, а также для других применений при изготовлении форм.

Другие технологии струйной обработки материалов

В технологии струйной обработки материалов не так уж много вариаций, но вы можете увидеть технологию, называемую одной из следующих. Мы перечислили и связали их для ясности и дальнейшего чтения.

ПРОЦЕСС 3D-ПЕЧАТИ: РАСПЫЛЕНИЕ СВЯЗУЮЩЕГО

Распыление связующего — это процесс 3D-печати, при котором жидкий связующий агент выборочно связывает области порошкового слоя.

Распыление связующего — это технология 3D-печати, аналогичная технологии SLS, с требованием наличия начального слоя порошка на платформе сборки. Но в отличие от SLS, в котором для спекания порошка используется лазер или энергия, при распылении связующего не используется тепло, а печатающая головка перемещается по поверхности порошка, нанося капли связующего, диаметр которых обычно составляет 80 микрон. Эти капли связывают частицы порошка вместе, создавая каждый слой объекта.

После того, как слой напечатан, порошковая платформа опускается, и новый слой порошка распределяется поверх недавно напечатанного слоя. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет сформирован полный объект.

Затем объект оставляют в порошке, чтобы он вылечился и набрался прочности. После этого объект удаляется из порошкового слоя, а несвязанный порошок удаляется с помощью сжатого воздуха.

  • Типы технологии 3D-печати: Струйное нанесение связующего
  • Материалы: Песок, полимер или металлический порошок: Нержавеющая сталь/Бронза, Полноцветный песок, Кремнезем (литье в песчаные формы); Металлокерамические композиты
  • Точность размеров: ±0,2 мм (металл) или ±0,3 мм (песок)
  • Общие области применения: функциональные металлические детали; Полноцветные модели; Литье в песчаные формы
  • Сильные стороны: Низкая стоимость; Большие объемы сборки; Функциональные металлические детали, Превосходная цветопередача, Высокая скорость печати, Гибкость конструкции без поддержки
  • Слабые стороны: механические свойства хуже, чем у сплава в металлическом порошковом слое .

Струйное вяжущее вещество для песка



Устройства для струйной обработки связующего песка представляют собой недорогие типы технологии 3D-печати для изготовления деталей из песка, например, песчаника или гипса.

После печати стержни и формы удаляются из зоны сборки и очищаются от рыхлого песка. Как правило, формы сразу готовы к отливке. После литья форма разбивается, и последний металлический компонент удаляется.

Существенным преимуществом производства стержней и форм для литья в песчаные формы с помощью Binder Jetting является то, что этот процесс позволяет производить большие и сложные геометрические формы при относительно низких затратах. Кроме того, этот процесс довольно легко интегрировать в существующие производственные или литейные процессы без прерывания работы.

Струйная обработка металлического связующего

Binder Jetting также можно использовать для изготовления металлических предметов. Металлический порошок связывается с помощью полимерного связующего. Изготовление металлических объектов с помощью Binder Jetting позволяет создавать изделия сложной геометрии, выходящие далеко за рамки возможностей обычных производственных технологий.

Однако функциональные металлические предметы могут быть получены только с помощью вторичного процесса, такого как пропитка или спекание. Стоимость и качество результата обычно определяют, какой вторичный метод является наиболее подходящим для индивидуального применения. Без этих дополнительных шагов деталь, изготовленная методом струйной обработки металлическим связующим, будет иметь плохие механические свойства.

Процесс вторичной пропитки работает следующим образом: сначала частицы металлического порошка связываются вместе с помощью связующего, чтобы сформировать объект «зеленого состояния». После того, как объекты полностью затвердеют, их извлекают из рассыпчатого порошка и помещают в печь, где связующее вещество выжигается. Это оставляет объект с плотностью около 60% с пустотами повсюду.

Затем бронза используется для проникновения в пустоты за счет капиллярного действия, в результате чего получается объект с плотностью около 90% и большей прочностью. Тем не менее, объекты, изготовленные с помощью металлического Binder Jetting, обычно имеют более низкие механические свойства, чем металлические детали, изготовленные с помощью порошковой сварки.

Вторичный процесс спекания может применяться там, где металлические детали изготавливаются без инфильтрации. После завершения печати объекты в зеленом состоянии отверждаются в печи. Затем они спекаются в печи до высокой плотности около 97%. Однако неравномерная усадка может быть проблемой во время спекания и должна учитываться на этапе проектирования.

Струйное пластиковое связующее

Процесс и технология струйной обработки пластикового связующего вещества очень похожи на струйное распыление металлического связующего вещества. Он включает пластиковый порошок и жидкое связующее вещество. (Нет, вы не можете использовать одну и ту же машину и для металла, и для пластика, но, надеюсь, кто-то скоро это сделает.)

После печати пластиковые детали извлекаются из порошкового слоя и часто могут использоваться без какой-либо дальнейшей обработки, но могут быть заполнены другим материалом, отверждены, отполированы или окрашены. Они не требуют стадии спекания в печи, как в случае с металлом.

Струйное нанесение связующего с полимерами, как и с металлами, имеет ряд уникальных преимуществ по сравнению с литьем под давлением и другими технологиями 3D-печати полимеров.

ПРОЦЕСС 3D-ПЕЧАТИ: ПРЯМОЕ ОСАЖДЕНИЕ ЭНЕРГИИ

DED — это процесс 3D-печати, при котором материал подается и сплавляется с помощью мощной тепловой энергии одновременно с его осаждением.

Источником энергии, о котором идет речь, обычно является один из трех — электронный луч, лазер или плазма. Материал подается либо в форме проволоки, либо в виде порошка, чтобы источник тепла плавился, когда он выходит из сопла, образуя сложные формы.

Эту технологию можно использовать для создания печати слой за слоем, но ее также можно использовать для ремонта объектов. По этой причине DED часто используется больше для ремонта, чем для создания совершенно новых печатных изделий.

Когда материал, используемый в этом методе печати, находится в форме порошка, обычно порошок распыляют вместе с инертным газом (исторически часто называемым благородными газами), чтобы уменьшить или исключить возможность окисления. При использовании порошкового сырья также существует возможность использования нескольких порошков для смешивания материалов и достижения различных результатов.

Хотя потребность в хорошей подаче инертного газа можно рассматривать как отрицательный аспект DED, возможно, самая большая проблема этого метода заключается в том, что не весь материал используется во время процесса. Неизбежно будет некоторое количество порошка, который не попадает в цель и не расплавляется. Еще одним недостатком DED является то, что детали, изготовленные таким образом, часто требуют значительной последующей обработки.

  • Типы технологии 3D-печати: лазерное формирование сетки (LENS); Электронно-лучевое аддитивное производство (EBAM); Холодный спрей
  • Материалы: металлы в виде проволоки и порошка .
  • Размерная точность: ± 0,1 мм
  • Общие области применения:  ремонт высококачественных автомобильных и аэрокосмических компонентов, функциональных прототипов и готовых деталей .
  • Сильные стороны: Вспомогательные конструкции требуются редко; смешивание металлов; умение работать в 3-х измерениях
  • Недостатки: Плохая отделка поверхности требует последующей обработки; дорогой

Электронно-лучевое аддитивное производство (EBAM)

В EBAM мы используем электронный пучок в качестве источника энергии, и можно использовать как порошковое, так и проволочное сырье.

EBAM часто выполняется в вакууме, что снижает вероятность загрязнения конечного продукта загрязняющими веществами и игнорирует необходимость в атмосфере инертного газа. Слои создаются один за другим, при этом электронный луч создает ванну расплава и просто добавляет материал там, где его команды говорят ему.

Обычно используемые в этой процедуре металлы включают сплавы меди, титана, кобальта и никеля, но также используются чистый титан и тантал. По большей части сплав титана является наиболее часто используемым материалом с этим методом печати, производя такие детали, как медицинские имплантаты, которые вы найдете при замене тазобедренного сустава.

Лазерное формирование сетки (LENS)

3D-печать LENS происходит внутри герметичной камеры, так как металлический порошок подается через одно или несколько сопел и специально сплавляется с помощью мощного лазера. Затем объект создается слой за слоем по мере того, как сопло и лазер перемещаются, иногда в трехмерном виде.

Сама камера должна быть как можно ближе к отсутствию кислорода и влаги, чтобы обеспечить производство чистой детали. По этой причине инертный газ заполняет камеру (обычно аргон) и резко снижает количество кислорода и влаги в ней. Металлы, обычно используемые в этом процессе, включают титан, нержавеющую сталь, алюминий и медь.

Этот метод печати часто используется для ремонта высококачественных компонентов аэрокосмической и автомобильной промышленности, таких как лопатки реактивных двигателей, но его также можно использовать для производства целых компонентов. Часто отделка поверхности готовых деталей не особенно впечатляет, поэтому для получения готового компонента требуется определенная степень отделки после производства.

Холодный спрей

Можно справедливо утверждать, что 3D-печать с холодным напылением не соответствует требованиям DED. Вместо использования внешнего источника энергии, такого как электронный луч или лазер, холодное напыление работает только за счет скорости молекул металла.

Холодное напыление — это производственная технология, при которой металлические порошки распыляются со сверхзвуковой скоростью, чтобы склеить их, не расплавляя, что практически не вызывает термического напряжения. С начала 2000-х он использовался в качестве процесса нанесения покрытия, но в последнее время несколько компаний адаптировали холодное распыление для аддитивного производства, поскольку оно может наносить металл с точной геометрией до нескольких сантиметров со скоростью примерно в 50–100 раз выше, чем обычные 3D-принтеры для металла. .

Возможно, неудивительно, что этот метод 3D-печати не дает отпечатков с высоким качеством поверхности или детализацией, но для работы этой технологии не требуется такой высококачественный металлический порошок, как для других методов, и нет необходимости в инертных материалах. газы или вакуумные камеры.

Чтобы довести отпечатки до достойного стандарта, часто требуется обработка с ЧПУ, иногда в сочетании с принтером, создавая своего рода гибридный 3D-принтер / фрезерный станок с ЧПУ.

Другие технологии прямого осаждения энергии

Для описания DED использовалось несколько других терминов, некоторые из которых использовались для дифференциации из-за маркетинговых целей, а некоторые технически отличались по исполнению. Однако все нижеперечисленные элементы могут считаться DED.

Стоит также упомянуть, что существуют некоторые гибридные 3D-принтеры, сочетающие технологию DED с фрезерованием на станках с ЧПУ, одним из примеров является гибридный принтер DMG Mori Lasertec 65.

МИКРО 3D-ПЕЧАТЬ

Аддитивное производство в микромасштабе обычно относится к производству деталей, измеряемых одноразрядными микронами, с толщиной слоя 5 микрон и разрешением 2 микрона. Некоторые технологии даже позволяют печатать детали размером в нанометры (нм), что в 1000 раз меньше микрона. Для справки, средняя ширина человеческого волоса составляет 75 микрон, а диаметр нити ДНК человека составляет 2,5 нанометра.

Большая часть микро-3D-печати осуществляется с помощью полимерных принтеров или, точнее, реакций фотополимеризации со светом. Однако некоторые компании начали переходить от полимеров к металлу, включая сталь, медь и золото. Давайте рассмотрим пять основных категорий технологии микроаддитивного производства.

  • Типы технологий 3D-печати: микростереолитография (µSLA), проекционная микростереолитография (PµSL), двухфотонная полимеризация (2PP или TPP), производство металлов на основе литографии (LMM)
  • Материалы: полимер, металл, керамика
  • Размерная точность: ± 30 мкм
  • Общие области применения: пластыри с микроиглами, медицинские имплантаты, контуры .
  • Сильные стороны: прочные, но крошечные детали, более экономичные, чем традиционное микропроизводство .
  • Слабые стороны: Дорогие принтеры и материалы .

Микростереолитография (µSLA)

Этот процесс относится к семейству полимеризации в ванне. Он включает в себя воздействие на фоточувствительный материал (жидкая смола) ультрафиолетовым лазером. Общий процесс такой же, как и для большинства коммерческих полимерных принтеров: налейте смолу в резервуар, опустите платформу для сборки в смолу, лазер рисует поперечное сечение 3D-детали слой за слоем, в то время как платформа опускается в емкость. камера. Разница заключается в сложности лазеров и добавлении линз, способных генерировать почти невероятно маленькие световые точки, и специальных смол.

Проекционная микростереолитография (PµSL)

Этот метод аддитивного производства растет благодаря его низкой стоимости, точности, скорости, а также широкому спектру материалов, которые он может использовать, включая полимеры, биоматериалы и керамику. Он показал потенциал в приложениях, начиная от микрофлюидики и тканевой инженерии и заканчивая микрооптикой и биомедицинскими микроустройствами.

Процесс PµSL аналогичен µSLA, за исключением того, что вместо лазера в PµSL используется ультрафиолетовый свет от проектора. Этот метод позволяет быстро фотополимеризовать весь слой жидкого полимера с помощью вспышки УФ-излучения с микромасштабным разрешением, поэтому процесс происходит значительно быстрее. Это очень похоже на технологию 3D-печати смолой с цифровой обработкой света (DLP), которую вы увидите в 3D-принтерах таких компаний, как Carbon.

Двухфотонная полимеризация (2PP или TPP)

Эта технология показала, что обеспечивает высочайшую точность среди микро-3D-принтеров. Он используется для многообещающих медицинских инноваций, включая тканевую инженерию и медицинские имплантаты, а также для промышленных применений, включая микромеханику. Но технологии и материалы по-прежнему очень дороги, а принтеры могут работать медленнее, чем другие технологии.

В этом методе импульсный фемтосекундный лазер используется для отслеживания трехмерных рисунков в глубине ванны со специальной светочувствительной смолой. Мы не будем вдаваться в подробности науки, которая включает в себя поглощенные и генерируемые фотоны, но знайте, что технология обеспечивает разрешение менее 1 мкм, что считается технологией нанопроизводства.

Производство металла на основе литографии (LMM)

Этот метод 3D-печати металлом позволяет создавать крошечные металлические детали для применения, включая хирургические инструменты и микромеханические детали, используя некоторые из тех же принципов фотополимеризации. В LMM металлический порошок гомогенно диспергируется в светочувствительной смоле, а затем селективно полимеризуется под воздействием синего света. После печати с «зеленых» деталей удаляют полимерный компонент, оставляя полностью металлические «коричневые» детали, обработанные в процессе спекания в печи. Сырье включает нержавеющую сталь, титан, вольфрам, латунь, медь, серебро и золото.

На переднем крае технологии микрометаллической 3D-печати находится швейцарская компания Exaddon, которая разработала процесс металлической микро3D-печати, не требующий какой-либо постобработки. В этом процессе печатающее сопло подает жидкость, содержащую ионы металлов, через микроканал на поверхность печати. Эти ионы растворяются в твердые атомы металла, которые превращаются в более крупные строительные блоки (воксели), пока объект не будет завершен.

ПРОЦЕСС 3D-ПЕЧАТИ: ЛАМИНИРОВАНИЕ ЛИСТОВ

Листовое ламинирование — это форма 3D-печати, которая заключается в укладке и ламинировании листов очень тонкого материала вместе для создания 3D-объекта. Слои материала могут быть сплавлены вместе с использованием различных методов, обычно для этого используются тепло и звук. Какой метод наиболее подходит, зависит от рассматриваемого материала: бумаги, полимеров и металлов, используемых для ламинирования листов.

Эта технология является одной из менее точных технологий 3D-печати, поскольку детали, изготовленные с использованием этого метода, требуют значительной постобработки. Лазерные резаки и фрезерные станки с ЧПУ используются по мере продвижения печати для придания отпечатку желаемой формы, что может привести к большему количеству отходов, чем в других технологиях 3D-печати.

Производители используют ламинирование листов для производства экономичных, нефункциональных прототипов с относительно высокой скоростью. Эта технология также используется для производства композитных изделий, поскольку используемые материалы можно менять местами в процессе печати. Следует отметить, что многие объекты, изготовленные таким образом, недостаточно прочны, чтобы служить функциональными компонентами и лучше служить эстетическими элементами.

  • Типы технологий 3D-печати: производство ламинированных объектов (LOM), ультразвуковое уплотнение (UC)
  • Материалы: бумага, полимер и металл в листовой форме .
  • Размерная точность: ± 0,1 мм
  • Общие области применения: нефункциональные прототипы, многоцветные отпечатки, литейные формы.
  • Сильные стороны: Низкая стоимость; возможно быстрое изготовление; составные отпечатки
  • Слабые стороны: Низкая точность; больше отходов; много пост-производственной работы, необходимой для деталей

Производство ламинированных объектов (LOM)

LOM — наиболее распространенная форма 3D-печати с ламинированием листов. Листы материала укладываются слоями друг на друга и скрепляются между собой с помощью клея. Как и во многих других формах 3D-печати, слои создаются по одному, но лист не может сам по себе сформировать сложную форму, и в LOM нож (или лазер, или фрезерный станок с ЧПУ) используется для разрезания многослойного объекта на части. правильная форма.

Количество клея, наносимого во время этого процесса печати, может варьироваться: больше липкого материала наносится на области, которые в конечном итоге станут частью окончательного отпечатка, и меньше наносится на области, которые будут удалены резаком. Резак работает по ходу печати, вырезая двухмерное поперечное сечение окончательного отпечатка.

Этот метод печати имеет некоторые заметные преимущества: печать выполняется быстро и недорого, а более крупные объекты можно изготавливать с использованием этого метода. Есть и минусы, конечно.

Чаще всего отпечатки, изготовленные с использованием этой технологии, довольно прочные и сохраняют хорошие свойства с течением времени, но они требуют большей постобработки (и могут быть изменены с помощью сверления или механической обработки) и производят больше лишних отходов, чем другие методы 3D-печати.

Ультразвуковая консолидация (UC)

Ультразвуковое уплотнение (UC) — это способ 3D-печати металлических объектов, который подпадает под определение листового ламинирования. Иногда его называют ультразвуковым аддитивным производством (UAM).

Этот метод 3D-печати использует ультразвуковые вибрации и давление через сонотрод для сплавления тонких листов металла вместе при низкой температуре. Из-за такой низкой температуры металлические листы не сплавляются вместе, а скорее склеиваются из-за разрушения оксидов на поверхности металлов.

Этот метод действительно производит тепло, но оно намного ниже, чем то, что вам нужно для соединения металлов вместе только с помощью температуры, и преимущество этого метода заключается в том, что различные типы металлов могут быть связаны вместе, создавая детали из нескольких металлов без смешивания металлов. .

Как и в случае с другими методами печати с ламинированием листов, резак требуется для вырезания 2D-сечения 3D-печатной формы, а для таких металлических деталей чаще всего используется фрезерный станок с ЧПУ. Из-за процесса резки вы получаете больше отходов при использовании этого метода, чем при другой 3D-печати металлом, и резак также можно использовать для изготовления деталей и рисунков по мере формирования отпечатка. Последующая отделка часто требуется, но высокая скорость процесса и низкие температуры, при которых склеиваются металлические листы, дают ультразвуковой консолидации больше преимуществ, чем недостатков.

Другие технологии ламинирования листов

Как и в случае с подавляющим большинством других процессов печати в этом списке, на рынке существует несколько других типов технологии ламинирования листов, которые обычно подпадают под один и тот же зонтик. Здесь мы перечислили их для любопытных из вас, чтобы изучить их в качестве дальнейшего чтения.

Доступная каждому 3d печать, 3d моделирование, 3д сканирование:

контактный телефон 89531178495

Telegram: https://t.me/fidller 

E-mail: shope@fidller.com

вконтакте: https://vk.com/3d_krd_123

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

The following two tabs change content below.

Александр

Занимаюсь проектированием/ 3d печатью больше 10 лет. Со-переводчик книги "Доступная 3д печать для науки, образования и устойчивого развития". По всем вопросам писать в телеграм - https://t.me/fidller