3D-печать воском

Всё, что вам нужно знать о 3D-печати воском для изготовления ювелирных изделий, стоматологических работ и промышленного литья по выплавляемым моделям.

Для чего нужна 3D-печать с использованием воска и выжегаемых материалов

Металлурги тысячелетиями использовали пчелиный воск, вырезая вручную модели инструментов и других предметов. Восковая модель заключена в материал, который затвердевает вокруг нее. Когда воск расплавляется, затвердевшая оболочка становится формой, в которую заливается жидкий металл.

Сегодня этот процесс называется, как его называют ювелиры, литьем по выплавляемым моделям. Он не так уж сильно изменился, разве что стал значительно быстрее и более настраиваемым благодаря 3D-печати воска и воскоподобным выжегаемым материалам.

Вместо того чтобы делать модель или шаблон с помощью литья под давлением или резьбы из возка, вы проектируете детали с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования (CAD) и 3D-печатаете их непосредственно в воске. Существуют программы, специально предназначенные для литья в промышленности, стоматологии и ювелирном деле, поэтому вам не понадобятся глубокие дизайнерские навыки. Вы также можете перепроектировать существующую деталь, отсканировав ее в 3D и загрузив в программу CAD.

3D-печать позволяет сделать каждую деталь индивидуальной (без необходимости изготовления новых форм, что требуется при литье под давлением), можно объединить детали в 3D-печатной модели вместо того, чтобы собирать несколько деталей, отлитых под давлением. Например, если речь идет о небольших деталях для ювелирных изделий, можно напечатать сразу весь шаблон дерева без какой-либо сборки.

3D-печать восковых моделей становится предпочтительным методом в ряде отраслей промышленности.

Изготовление деталей без инструментов

Устранение этапа литья под давлением (или вырезания) не только означает, что вы можете пройти путь от цифрового дизайна до конечной металлической детали за несколько дней, а не недель, но и устраняет огромную часть затрат. Производитель 3D-принтеров компания 3D Systems утверждает, что стоимость форм для литья снижается на 95 %.

Кроме того, используя один и тот же файл, можно за один день изготовить 3D-отпечаток, который также будет служить прототипом для оценки формы и посадки. Ваш 3D-принтер не ограничивается изготовлением восковых моделей. В зависимости от модели, вы также можете изготовить инструменты, оснастку и приспособления для вашего цеха или литейного производства из прочных промышленных полимеров.

Технология 3D-печати для восковых форм

Существует три различных типа 3D-печати, используемых для изготовления восковых форм. Для ювелирных изделий и малотиражной 3D-печати наиболее типичен настольный принтер с ванночкой для полимеризации, поскольку он позволяет создавать тонко детализированные модели. Под полимеризацией в ванночке мы подразумеваем стереолитографию (SLA), стереолитографию с маской (MSLA) или прямую обработку светом (DLP). Подробнее об этой технологии, ее подкатегориях и лучших 3D-принтерах читайте в нашем руководстве по ювелирным 3D-принтерам. Полимеризация в ванночке также может использоваться для изготовления больших восковых форм для промышленности или скульптуры с помощью принтеров промышленного размера. Этот процесс требует некоторых этапов постобработки и очень важно следовать рекомендациям производителя материала по подготовке модели к литью по выплавляемым моделям.

Струйное нанесение материала — это еще одна технология 3D-печати, которая позволяет наносить воскоподобный материал, мгновенно затвердевающий под воздействием ультрафиолетового света. Как правило, она намного быстрее, чем полимеризация в ванночке. Один из видов струйной печати материала называется DOD. Эта технология использует две печатающие головки для нанесения двух различных материалов: один из них — основной материал детали, а другой — растворимый вспомогательный материал, который растворяется в жидком растворе, оставляя после себя только гладкую модель. Это еще больше упрощает процесс, поскольку отпадает необходимость в ручном удалении поддержки.

В рамках этой технологии существуют промышленные машины, способные печатать десятки моделей одновременно или очень большие модели, такие как ProJet MJP 2500W Plus от 3D Systems. Этот принтер с максимальным объемом печати 294 x 211 x 144 мм является одним из самых быстрых и производительных 3D-принтеров, специально разработанных для ювелирного производства. А благодаря недавно представленному режиму печати ZHD машина способна печатать с толщиной слоя 8 мкм, обеспечивая лучшее в своем классе качество поверхности.

Воскоподобные модели также можно изготовить на классическом FDM 3D-принтере, используя воскоподобный филамент, который позволяет FDM-принтерам производить отливки в форме. Это самый экономичный вариант, но модели потребуют некоторой постобработки, например, шлифовки для удаления линий слоев филамента.

Всё о 3D-печати воском

Здесь же мы говорим о воске, смоле для литья и других материалах, используемых для литья. Не все они одинаковы.

Можно печатать и на чистом воске, но новые материалы, такие как литьевые смолы, отличаются повышенной прочностью в процессе литья и более чистым выгоранием, а также другими свойствами.

Например, полиметилметакрилат (PMMA) — это акриловый пластик с отличными характеристиками выгорания, который часто используется в промышленном литье. Эти материалы не всегда подходят для прямой замены воска, поскольку некоторые из них могут негативно взаимодействовать с фосфатными и гипсовыми инвестиционными материалами. Убедитесь, что материал для литья соответствует материалу для инвестиций.

На что обратить внимание при выборе воска и материалов для литья

Ваш 3D-принтер может быть совместим только с воском, изготовленным производителем 3D-принтера, как в случае с принтерами Formlabs или недавно снятой с производства компанией Solidscape. Если ваш принтер совместим с материалами сторонних производителей, вот на что следует обратить внимание при покупке материалов для литья.

• Время расплавления. Сколько времени требуется вашему восковому или смоляному материалу, чтобы полностью расплавиться или выгореть в форме? Два часа, 5 часов?
• Уровень зольности. Восковые материалы с низким содержанием золы или без золы практически не оставляют пепла или копоти внутри формы после выгорания, в то время как другие могут потребовать тщательной очистки формы.
• Низкая усадка. Все воски и литьевые материалы дают небольшую усадку и вам необходимо это учитывать, поэтому важно знать коэффициент усадки, который должен быть указан в технических характеристиках материала.
• Низкое водопоглощение. Большинство выжигаемых фотополимерных смол впитывают влагу, если их оставить под открытым небом, поэтому для начала лучше выбрать материал с небольшой влагостойкостью и хранить его в сухом прохладном месте.

Восковая выжигаемая смола для SLA, LCD и DLP 3D-принтеров

При покупке воска или выжигаемой фотополимерной смолы ищите тот, который рекомендует производитель вашего принтера, или тот, который имеет профиль печати для вашей марки принтера. Это позволит сэкономить количество проб и ошибок, необходимых для печати моделей с высокой детализацией и строгими допусками.

Чтобы вставить таблицу в запись или страницу, добавьте блок “Таблица TablePress” в редакторе блоков и выберите нужную таблицу.

Бренд и материал	Технология	Цена	Применение	Процесс
Phrozen Wax-like Castable Resin	SLA	17000 руб. / 0,5 кг.	ювелирные изделия, искусство, стоматология	выплавляемый воск
eSun Castable for Dental (for Jewelry)	SLA	12000 руб. / 1 кг.	ювелирные изделия, искусство, стоматология	выплавляемый воск
Siraya Tech Castable	DLP, LCD	6500 руб. / 1 кг.	ювелирные изделия, искусство	выплавляемый воск
Formlabs Castable Wax Resin	SLA	51790 руб. / 1 кг.	ювелирные изделия, искусство	выплавляемый воск

Восковой филамент для FDM-принтеров

Для вашего 3D-принтера FDM также доступны восковые и литьевые филаменты. Они разработаны таким образом, что при использовании для литья форм обладают лучшими характеристиками, чем обычный PLA. Хотя вы можете использовать недорогой PLA, PLA, как известно, оставляет пепел и остатки в форме и не плавится равномерно.

Лучшие восковые принтеры для любой отрасли

Восковая 3D-печать может использоваться в любой отрасли, связанной с литьем металла или пластика. У каждой из них свои спецификации и соответственно свои требования к принтерам, которые они предпочитают использовать. Требования к отливке металлических украшений значительно отличаются от производства медицинских приборов или, скажем, пресс-форм для пропеллеров самолетов. Вот несколько советов по выбору лучшего принтера, разбитых по отраслям.

Ювелирные изделия

Печать ювелирных изделий требует, чтобы принтер смог создавать тонко детализированную мастер-модель из воска или несколько детальных моделей одновременно. Для быстрого создания различных итераций скорость работы принтера будет очень важна, особенно если речь идет о массовом производстве самого продаваемого дизайна.

Большинство ювелиров выбирают технологии на основе смолы, включая SLA, LCD или DLP, благодаря высокому разрешению печати и наличию воска и литьевых смол, которые не выгорают при очистке.

Струйная обработка материалов — еще одна технология на основе смолы, которая в целом быстрее SLA и LCD, особенно при крупносерийном производстве. При струйной обработке материалов, например в 3D-принтерах серии ProJet 2500W компании 3D System, толщина слоя достигает 8 микрон, что позволяет добиться чрезвычайно тонкого разрешения деталей. Если вы пытаетесь выбрать лучший принтер для изготовления ювелирных изделий, наша статья Лучшие 3D-принтеры для ювелиров поможет вам определиться.

Стоматология

Работа в стоматологической отрасли немного сложнее, чем в других профессиях. Любой практикующий стоматолог или специалист зуботехнической лаборатории знает, что существует разница между моделями зубов для ознакомления пациентов и деталями зубов для использования пациентами.

Если ваша цель — распечатать достаточно точные модели полости рта пациента, полученные с помощью 3D-сканирования или слепка, чтобы, например, объяснить пациенту суть процедуры, то в специализированном стоматологическом принтере нет необходимости. Однако в реальном мире у стоматологов возникает необходимость в создании «восковых моделей» — 3D-печатных моделей, точно соответствующих зубам и деснам пациента — при лечении своих пациентов. И если вы хотите печатать биосовместимые стоматологические детали — все, что будет соприкасаться с полостью рта или кожей пациента — вам необходимо использовать биосовместимые материалы, сертифицированные регулирующими органами вашего региона, а также одобренное программное обеспечение и 3D-принтеры.

Такие принтеры, как AccuFab-L4D и AccuFab-D1s компании Shining 3D, Einstein Series компании Desktop Health, IMD компании Carima и несколько DLP-принтеров компании Rapid Shape, способны создавать восковые фигуры и другие стоматологические изделия. J5 DentaJet и новый J3 DentaJet от Stratasys поставляются с полным набором биосовместимых стоматологических смол. Кроме того, Separator DM наносит покрытие на стоматологические модели автоматически, чтобы упростить процесс отделения акрилового устройства от модели, а затем удаления воска и остатков.

3D-печать форм для литья в промышленности

В ряде отраслей промышленности детали должны изготавливаться методом литья. От аэрокосмической до автомобильной, от военной до медицинской, многие отрасли промышленности обратились к использованию 3D-печати для производства форм, стержней и форм, чтобы оптимизировать и модернизировать свой рабочий процесс и сократить расходы. Когда речь заходит о принтерах для печати воска и материалов для литья, выделяются несколько производителей 3D-принтеров, а именно 3D Systems, Voxeljet и Eplus3D.

Компания 3D Systems производит восковой 3D-принтер и объединила все свои методы и ресурсы для литья по выплавляемым моделям в так называемую цифровую литейную мастерскую. Идеально подходит для промышленного изготовления деталей. 3D Systems также предлагает процесс под названием QuickCast со специальным материалом Accura Fidelity на своих 3D-принтерах для стереолитографии (SLA) со стилем сборки, доступным с программным обеспечением компании для аддитивного производства 3D Sprint Pro. Компания утверждает, что этот процесс позволяет создавать сложные мастер-шаблоны в часах, которые имеют большой размер, но при этом достаточно легкие и прочные, чтобы использоваться в процессе литья по выплавляемым моделям.

Литейные заводы, такие как Walla Walla Foundry в штате Вашингтон, обратились к возможностям Voxeljet VX1000 по созданию шаблонов для отливки статуй. Для создания бронзовой статуи The Embrace в Бостоне были напечатаны сотни моделей из литьевого материала. Это была 3D модель, распечатанная по частям, а затем отлитая.

Принтер EP-C7250 компании Eplus3D использует то, что компания называет «смоляным песком», для печати песчаных форм для литья металлических деталей, таких как блоки цилиндров, головки цилиндров, турбины и крыльчатки со сложной структурой. Принтер использует селективное лазерное спекание (SLS), имеет огромный размер и может быстро печатать песчаные слепки и формы из порошкового воска, полистирола или смоляного песка для создания форм для традиционного процесса литья.

Это не единственные два производителя. Для получения более подробной информации о литье ознакомьтесь с нашей статьей: 3D-печать шаблонов, стержней и форм для литья металла.