3D печать

Shutterstock 676361872

Трехмерная печать представляет собой послойное создание физического объекта на базе виртуальной трехмерной модели. Согласно стандарту ISO/ASTM 52900 3D-печать – это изготовление объектов путем нанесения материала печатной головкой, с помощью сопла или другой технологии печати.

Современные устройства способны создавать не только предметы обихода, но и собственные детали, продукты питания, человеческие ткани и органы.

К аддитивному производству (АП) относятся различные процессы. Изделия можно создавать послойно путем: экструзии, разбрызгивания (струйного напыления), UV-отверждения, ламинирования, сплавления или размягчения и ротационной сварки материалов.

Основные технологии, применяемые при создании изделий на аддитивных установках

Стереолитография (STL) – технология послойного выращивания физических трехмерных объектов из фотополимеризующейся композиции (ФПК), изобретенная в 1948 году Чарльзом Халлом, основателем компании 3D System. Первое промышленное устройство трехмерной печати – установка для стереолитографии – было выпущено в 1987 г, объект на котором выращивался из жидкой ФПК, наносимой послойно на подвижную платформу, погружаемую в ванну с ФПК. Следующая модель установки SLA-250 была запущена в серийное производство в 1988 году.

Масочная стереолитография (SGC) – нанесение тонких слоев фотополимерной смолы с последующим облучением материала ультрафиолетом по физическому фотошаблону или «маске» соответствующего контура.

Технология много струйного моделирования (MJM) – запатентованный метод компании 3D Systems, сочетающий черты таких методов, как струйная трехмерная печать (3DP), моделирование методом послойного наплавления (FDM/FFF) и стереолитография (SLA). Построение слоев производится с помощью специальной печатной головки, оснащенной массивом сопел, их количество варьируется. Материалы: термопластики, воски и фотополимерные смолы.

Полноцветная струйная печать (CJP, ColorJet Printing) – разновидность струйной трехмерной печати (3DP), фирменная технология компании 3D Systems. Построение модели выполняется путем склеивания специального порошка на основе гипса.

Цифровая светодиодная проекция (DLP) - метод использует цифровые светодиодные проекторы (DLP). Основное преимущество DLP метода над SLA – более низкая стоимость используемых проекторов по сравнению с лазерными излучателями.

Струйная трехмерная печать (3DP) – один из старейших методов послойного построения объектов. Расходные материалы – различные порошки.

Выборочное лазерное спекание (SLS, Selective Laser Sintering) – последовательное спекание слоев порошкового материала с помощью лазеров высокой мощности.

Выборочная лазерная плавка (SLM/DMP, Selective Laser Melting / Direct Metal Printing) – селективное плавление металлических порошков лазерами высокой мощности.

Лазерная стереолитография (SLA или SL) – производство прототипов и готовых изделий из жидких фотополимерных смол. Отвердевание происходит за счет облучения ультрафиолетовым лазером или другим схожим источником энергии.

Выборочное тепловое спекание (SHS) – плавка слоев термопластического или металлического порошка с помощью теплового излучателя.

Изготовление объектов методом ламинирования (LOM) – формирование моделей из послойного склеивания листового материала (бумаги, пластика, металлической фольги) с формированием контура каждого слоя с помощью лазерной резки.

Электронно-лучевая плавка («Electron Beam Melting» или EBM) – производство металлических изделий. Источник энергии для плавки расходных материалов – электронный излучатель.

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS). В качестве нагревательного элемента для спекания металлического порошка используются оптоволоконные лазеры относительно высокой мощности.

Электронно-лучевая плавка (EBF3) – производство произвольных форм высокой точности. Метод использует электронные пучки высокой мощности для последовательного наплавления материалов в форме металлической проволоки и предполагает пониженный расход материала, а также отсутствие необходимости механической обработки.

Моделирование методом послойного наплавления (Fused deposition modeling, FDM) – нанесение последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. Как правило, в качестве материалов для печати выступают термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков.

Ламинирование методом селективного осаждения (SDL) или 3D печать на бумаге. В технологии для резки используются лезвия, а принтер склеивает только те части модели, которые необходимо.

Многоструйное моделирование MJP (MultiJet Printing) – послойное построение объекта из воска или фотополимера. Технология позволяет изготавливать высокоточные детали и модели любой сложности. Одна из особенностей MJP – наличие поддержек для элементов, не имеющих опоры.

Continuous Liquid Interface Productiongo technology (CLIP) – для отвердения фоточувствительного материала (особого вида смолы) используется свет и кислород. Его использование позволяет управлять проведением фотохимической реакции с одновременным ускорением процесса печати. При этом нет послойного строения создаваемого объекта, он получается цельным, единым. Устройство может контролировать точное количество кислорода, попадающего в емкость со смолой. После этого кислород действует как ингибитор в процессе прохождения фотохимической реакции, оставляя жидкими необходимые части объекта. Свет позволяет затвердевать только тем частям системы, куда не попадает кислород.

Основные материалы для 3D печати

Воск, пастообразные пластики, УФ- и фотоотверждаемые жидкие фотополимеры, керамонаполненные жидкие фотополимеры, гипсовый порошок, полистирол в виде порошка, стеклонаполненные, угленаполненные и металлонаполненные полиамиды в виде порошка, металлические сплавы в виде порошка и др.

Применение 3D технологий

3D-печать активно используется в авиакосмической, автомобильной, нефтегазовой промышленности, в судостроении, медицине, ювелирном деле и многих других отраслях.

В 2015 году компания MX3D начала инновационный проект по строительству моста методом 3D печати в Амстердаме. Ключевую роль в проекте выполняет промышленный робот, который в стандартной комплектации используется на сборочных линиях автопрома.