Типы 3D-принтеров: Полный обзор

Знакомьтесь с 7 основными типами и более чем 20 подтипами технологий 3D-печати, включая FDM, SLS, MJF, SLA, SLM и многие другие методы аддитивного производства.

Если вы новичок в удивительном мире 3D-печати, позвольте нам первыми тепло приветствовать вас. Вы обнаружите, что это увлекательно, полезно, вдохновляюще и прибыльно.

Многие новички в 3D-печати сталкиваются с проблемой различения различных типов процессов 3D-печати. Непосвященные люди думают, что 3D-печать — это нити пластика, выдавливаемые из горячего сопла и укладываемые в форму, но на самом деле это гораздо больше.

Фактически, 3D-печать, также называемая аддитивным производством, — это общий термин, охватывающий несколько совершенно разных процессов, в которых используются совершенно разные станки и материалы.

Просто подумайте о некоторых вещах, которые сегодня печатаются на 3D-принтере, от подставок для карандашей до ракетных двигателей, и вы поймете, что эти технологии находятся в разных мирах, но имеют общие ключевые элементы.

Например, вся 3D-печать начинается с цифровой модели, поскольку эта технология по своей сути является цифровой. Детали или продукты начинают свое существование в виде электронных файлов, разработанных с помощью программного обеспечения автоматизированного проектирования (CAD) или полученных из цифрового хранилища деталей. Затем файл проекта проходит через специальное программное обеспечение для подготовки к печати, которое разбивает его на слои. Это программное обеспечение, которое часто является уникальным для типа 3D-печати и даже для конкретной марки 3D-принтера, преобразует данные разбитой на слои модели в инструкции по траектории для 3D-принтера.

В этом удобном руководстве вы узнаете о различиях между технологиями и о том, для чего обычно используется каждая из них. Мы также предоставляем ссылки на более подробные статьи на сайте, где вы сможете углубить свои знания, а также приводим список некоторых из лучших 3D-принтеров.

Почему 7 типов?

Типы аддитивного производства можно разделить по тому, что они производят или какой тип материала используют, но для придания структуры этой технологии во всем мире Международная организация по стандартизации (ISO) разделила их на семь общих типов:

1. Экструзия материала
2. Полимеризация в ванночке
3. Плавление порошкового слоя
4. Напыление материала
5. Напыление связующего вещества
6. Направленное осаждение энергии
7. Ламинирование листов

Но даже эти семь категорий 3D-печати с трудом охватывают растущее разнообразие подтипов и гибридов технологий. Ниже мы расскажем обо всех них!

Экструзия материала

Экструзия материала, иногда называемая MEX — это именно то, что подразумевает само название: материал выдавливается через сопло. Обычно это пластиковая нить, проталкиваемая через нагретое сопло, которое в процессе почти плавит ее. Принтер наносит материал на платформу для печати по траектории, определенной программным обеспечением для подготовки к печати. Затем нить остывает и затвердевает, образуя твердый объект. Это наиболее распространенная форма 3D-печати.

На первый взгляд это может показаться простым, но, учитывая, что практически нет ограничений на материалы, которые можно экструдировать, включая пластик, металлические пасты, бетон, биогели и широкий спектр продуктов питания, это чрезвычайно широкая категория. 3D-принтеры этого типа могут стоить от 100 долларов до семизначных сумм.

Среди новых подходов можно выделить жидкое аддитивное производство (LAM), термин, придуманный компанией German RepRap для описания процесса экструзии жидкого силикона, который затем отвердевает под воздействием тепла галогенной лампы, и гравитационное производство от бостонской компании Levity, которая экструдирует детали внутри чана с многоразовым гелем для поддержки.

• Подтипы экструзии материалов: моделирование методом наплавления (FDM), 3D-печать конструкций, микро-3D-печать, био-3D-печать, моделирование методом наплавления гранул (FGM)
• Материалы: пластмассы, металлы, продукты питания, бетон, силикон и многие другие
• Точность размеров: ±0,5% (нижний предел ±0,5 мм)
• Общие области применения: прототипы, корпуса электрооборудования, испытания формы и посадки, приспособления и оснастка, модели для литья по выплавляемым моделям, дома и т. д.
• Преимущества: самый дешевый метод 3D-печати, широкий выбор материалов.
• Недостатки: часто более низкие свойства материалов (прочность, долговечность и т. д.) и, как правило, не такая высокая точность размеров, как у некоторых других методов.

Моделирование методом наплавления (FDM)

3D-принтеры FDM представляют собой многомиллиардный рынок с тысячами машин, от базовых моделей для детей до сложных версий для производителей. Иногда можно услышать, как принтеры FDM называют 3D-принтерами с технологией плавления филамента (FFF) или «филамент», что подчеркивает, что принтер использует полимерный материал в виде нити. Существует также технология FGF (печать с использованием гранул), которая является разновидностью FDM, в которой используются не нити, а полимерные (или металлические) гранулы, которые плавятся внутри экструдера. Эти гранулы или пеллеты часто дешевле филамента, но чаще используются в профессиональной 3D-печати.

FDM, как и все технологии 3D-печати, начинается с цифровой модели, которая затем преобразуется в инструкции для 3D-принтера. В 3D-принтерах FDM с нитью в 3D-принтер загружается катушка пластиковой нити (или несколько катушек одновременно), которая подается к соплу принтера в экструзионной головке. Сопло или сопла принтера нагреваются до желаемой температуры, в результате чего нить размягчается, так что при экструзии последовательные слои соединяются, образуя твердую деталь.

Когда вместо нити используются пластиковые гранулы, они перемещаются из бункера в экструдер, а затем плавятся, как нить, и остальная часть процесса остается прежней.

Когда принтер перемещает печатающую головку по заданным координатам на столе принтера или, если говорить более технически, по плоскости XY — он приступает к нанесению первого слоя. Затем экструзионная головка поднимается на следующий уровень (плоскость Z) или стол опускается, и этот процесс печати слоев повторяется, создавая слой за слоем, пока объект не будет полностью сформирован.

В зависимости от геометрии объекта иногда необходимо добавлять поддержки, чтобы удерживать модель во время печати, например, если модель имеет крутые нависающие части. Эти поддержки удаляются после печати. Некоторые материалы поддержек можно растворить в воде или другом растворе для более легкого и быстрого удаления.

FDM в основном является технологией для пластика, но, как мы уже упоминали, практически все можно расплавить и экструдировать, включая керамику, шоколад, гончарные материалы, такие как глина и даже стекло.

3D-печать металлом по технологии FDM уникальна тем, что в качестве материала для нее используется филамент или гранулы, наполненные более чем на 80 % металлическим порошком. После полной печати деталь еще не готова к использованию. В ходе последующей обработки в печи филамент плавится, и остается только металл.

3D-биопечать

3D-биопечать (также называемая био-3D-печатью) — это аддитивный производственный процесс, при котором материалы, называемые биочернилами, наносятся через сопло или иглу слой за слоем. В нем используются биологические материалы, такие как живые клетки, питательные вещества и биомолекулы, которые обычно смешиваются с носителями, такими как коллаген, желатин, гиалуронан, шелк, альгинат или наноцеллюлоза, для построения трехмерных структур, имитирующих естественные ткани. Эти носители действуют как каркасы, которые помогают клеткам расти, организовываться и получать питательные вещества.

Проще говоря, биопечать — это форма 3D-печати, которая позволяет создавать структуры от костных материалов и кровеносных сосудов до живых тканей и, потенциально, функциональных органов. Она широко используется в медицинских исследованиях и здравоохранении, включая тканевую инженерию, тестирование и разработку лекарств, а также регенеративную медицину.

Точное определение 3D-биопечати по-прежнему развивается по мере прогресса технологии. Многие биопринтеры работают аналогично традиционной 3D-печати на основе экструзии (например, экструзия материала), но экструзия — не единственный метод, используемый в биопечати.

Некоторые виды 3D-печатных продуктов из культивированного мяса также производятся с помощью био-3D-принтера.

3D-печать в строительстве

3D-печать в строительстве — это быстро развивающаяся область экструзии материалов. Эта технология предполагает использование чрезвычайно крупногабаритных 3D-принтеров, высота которых часто достигает десятков метров, для экструзии строительных материалов, таких как бетон, из сопла. Эти машины обычно представляют собой системы с портальным или роботизированным манипулятором.

Сегодня технология строительной печати используется для 3D-печати домов, архитектурных элементов и инфраструктурных проектов, от колодцев до стен. Сторонники этой технологии утверждают, что она может значительно изменить всю строительную отрасль, поскольку снижает потребность в рабочей силе и сокращает количество строительных отходов.

В мире существуют сотни домов, напечатанных на 3D-принтере, и в настоящее время ведутся исследования по разработке технологии 3D-строительства, которая будет использовать материалы, найденные на Луне и Марсе, для строительства жилых помещений для будущих экспедиционных команд. Печать с использованием местной почвы вместо бетона также привлекает внимание как более экологичный метод строительства.

Полимеризация В Ванночке

Полимеризация в ванночке (также называемая фотополимерная 3D-печать) — это семейство процессов 3D-печати, в которых используется источник света для избирательного отверждения (или затвердевания) фотополимерной смолы, обычно содержащейся в ванночке. Фотополимеры — это полимеры, реагирующие на свет.

В этих процессах свет точно направляется на определенную точку или область жидкого пластика в соответствии с соответствующим срезом цифровой 3D-модели. Когда свет попадает на смолу, она затвердевает. После отверждения первого слоя платформа для построения перемещается вверх или вниз (в зависимости от принтера) на небольшое расстояние (обычно от 0,01 до 0,05 мм), и отверждается следующий слой, соединяясь с предыдущим. Этот процесс повторяется слой за слоем до тех пор, пока не сформируется 3D-деталь.

После завершения процесса 3D-печати объект очищается для удаления остатков жидкой смолы и подвергается постобработке (под воздействием солнечного света или в УФ-камере) для улучшения механических свойств детали. Без этих этапов постобработки деталь не пригодна для использования.

Тремя наиболее распространенными формами полимеризации в ванне являются стереолитография (SLA), цифровая обработка светом (DLP) и жидкокристаллический дисплей (LCD), также известный как маскированная стереолитография (MSLA). Основное различие между этими типами технологий 3D-печати заключается в источнике света и способе его использования для отверждения смолы.

Некоторые производители 3D-принтеров, особенно те, которые производят профессиональные 3D-принтеры, разработали уникальные и запатентованные варианты полимеризации в ванне, поэтому на рынке можно встретить разные названия технологий. Один из производителей промышленных 3D-принтеров, Carbon, использует технологию полимеризации в ванне, которую он называет Digital Light Synthesis (DLS), Origin by Stratasys называет свою технологию Programmable Photopolymerization (P³), Axtra3D использует Hybrid PhotoSynthesis (HPS), а Formlabs предлагает то, что он называет Low Force Stereolithography (LFS).

Существуют также литографическое производство металлов (LMM), проекционная микростереолитография (PµSL) и цифровое композитное производство (DCM), которое представляет собой технологию заполненного фотополимера, при которой в жидкую смолу добавляются функциональные добавки, такие как металлические и керамические волокна.

• Типы технологий 3D-печати: стереолитография (SLA), жидкокристаллический дисплей (LCD), цифровая обработка света (DLP), микростереолитография (µSLA) и другие.
• Материалы: фотополимерные смолы (литейные, прозрачные, промышленные, биосовместимые, с металлическим наполнителем, керамические и т. д.)
• Точность размеров: ±0,5% (нижний предел ±0,15 мм или 5 нанометров с µSLA)
• Распространенные области применения: прототипы полимеров, похожие на литьевые формы, и детали конечного использования, литье ювелирных изделий, стоматология, потребительские товары
• Преимущества: гладкая поверхность, мелкие детали

Стереолитография (SLA)

SLA имеет историческое значение как первая в мире технология 3D-печати. Стереолитография была изобретена Чаком Халлом, который получил патент на свое изобретение в 1986 году и основал компанию 3D Systems для его коммерциализации. Сегодня эта технология доступна для любителей и профессионалов от широкого круга производителей 3D-принтеров.

Современный SLA-принтер использует зеркала, известные как гальванометры (или гальво), для быстрого наведения лазерного луча (или двух и более) на емкость со смолой, выборочно отверждая и затвердевая поперечное сечение объекта внутри рабочей зоны, создавая его слой за слоем.

По мере отверждения каждого слоя в нужных местах платформа для построения перемещается вверх или вниз (практически незаметно), чтобы извлечь отвержденный слой смолы и освободить место для другого жидкого слоя, который затем будет отвержден лазером.

Большинство принтеров SLA используют твердотельный лазер для отверждения деталей. Недостатком этой версии полимеризации в ванне является то, что точка лазерного луча может занимать больше времени для прослеживания поперечного сечения объекта по сравнению с нашим следующим методом (DLP), который использует вспышку света для отверждения всего слоя сразу. Однако лазеры могут производить более сильный свет, который требуется для некоторых инженерных смол, и лазеры используются в 3D-принтерах большого формата, поскольку расстояние между источником лазера и смолой не является столь важным фактором, как в других типах технологий.

Хотя SLA чаще всего используется для обозначения метода полимеризации в ванне с использованием лазеров, вы можете услышать, как этот термин используется для обозначения 3D-печати смолой в целом.

Микростереолитография (µSLA)

Как и следует из названия, эта версия SLA из семейства полимеризации в ванне печатает детали в микромасштабе, то есть с разрешением от 2 микрон (мкм) до 50 микрон. Для сравнения: средняя ширина человеческого волоса составляет 75 микрон. Это одна из так называемых технологий «микро-3D-печати». µSLA предполагает воздействие ультрафиолетового лазера на светочувствительный материал (жидкую смолу). Отличие заключается в использовании специальных смол, сложности лазеров и добавлении линз, которые генерируют невероятно маленькие точки света.

Двухфотонная полимеризация (TPP)

Еще одна технология микро-3D-печати, TPP (также известная как 2PP), может быть отнесена к категории SLA, поскольку в ней также используются лазер и светочувствительная смола. Она позволяет печатать детали даже меньшего размера, чем µSLA, до 0,1 микрона.

TPP использует импульсный фемтосекундный лазер, сфокусированный в узкой точке в емкости со специальной смолой. Эта точка затем используется для отверждения отдельных 3D-пикселей, также известных как воксели, в смоле. Последовательно отверждая эти нано- и микрометровые воксели слой за слоем по заранее определенному пути, можно создавать 3D-объекты. Они могут иметь размеры в несколько миллиметров, сохраняя при этом нанометровое разрешение.

В настоящее время TPP используется в научных исследованиях, медицине и производстве крошечных деталей, таких как микроэлектроды и оптические датчики.

Цифровая обработка света (DLP)

В 3D-печати DLP используется цифровой световой проектор (вместо лазера) для одновременной экспозиции одного изображения каждого слоя (или нескольких экспозиций для более крупных деталей) на слое смолы, отверждая его за один этап.

DLP (чаще, чем SLA) используется для производства больших объемов деталей в одной партии, поскольку каждый слой занимает одинаковое количество времени, независимо от количества деталей в сборке, что делает его в целом более быстрым, чем лазерный метод в SLA.

Поскольку проектор представляет собой цифровой экран, изображение каждого слоя состоит из квадратных пикселей, в результате чего слой формируется из небольших прямоугольных блоков, называемых вокселями. Свет проецируется на смолу с помощью светодиодных (LED) экранов или источника ультрафиолетового света (лампы), который направляется на поверхность сборки с помощью цифрового микрозеркального устройства (DMD).

DMD находится между источником света и смолой и состоит из массива микрозеркал, которые контролируют место проецирования света и генерируют световой узор на поверхности построения. Это позволяет создавать различные точки света (и полимеризации) смолы в разных местах одного слоя.

Современные DLP-проекторы обычно имеют тысячи светодиодов размером в микрометры в качестве источников света. Их состояния «включено» и «выключено» управляются индивидуально и позволяют повысить разрешение по осям XY.

Не все DLP-3D-принтеры одинаковы, и существует огромная разница в мощности источника света, линзах, через которые он проходит, качестве DMD и множестве других деталей и компонентов, из которых состоит машина стоимостью 300 долларов по сравнению с принтером стоимостью более 200 000 долларов.

Компания Axtra3D запатентовала технологию Hybrid PhotoSynthesis (HPS), которая сочетает в себе лазеры для высокой детализации 3D-печати там, где это необходимо, с проектором для более быстрой печати внутренних секций или там, где мелкие детали не так важны.

DLP «сверху вниз»

В некоторых 3D-принтерах DLP источник света установлен в верхней части принтера и светит вниз на емкость с смолой, а не вверх. Эти принтеры проецируют изображение слоя сверху, отверждая по одному слою за раз, а затем отвержденный слой опускается обратно в ванночку. Каждый раз, когда платформа-стол опускается, устройство для повторного покрытия, установленное на верху ванночки, перемещается вперед и назад над смолой, чтобы выровнять новый слой.

Производители утверждают, что этот метод обеспечивает более стабильное производство деталей для больших отпечатков, поскольку процесс печати не противоречит силе тяжести. При печати снизу вверх существует ограничение на вес, который можно подвесить вертикально к платформе. Резиновая ванночка также поддерживает отпечаток во время печати, что снижает потребность в поддержках.

Проекционная микростереолитография (PµSL)

Являясь самостоятельным типом полимеризации в резервуаре, мы добавим PµSL сюда в качестве подкатегории DLP. Это еще одна технология микро-3D-печати.

PµSL использует ультрафиолетовый свет от проектора для отверждения слоев специально разработанной смолы в микромасштабе (разрешение 2 микрона и высота слоя до 5 микрон). Эта технология аддитивного производства набирает популярность благодаря своей низкой стоимости, точности, скорости и разнообразию материалов, которые можно использовать, включая полимеры, биоматериалы и керамику. Она продемонстрировала свой потенциал в таких областях, как микрофлюидика, тканевая инженерия, микрооптика и биомедицинские микроустройства.

Литографическое производство металлов (LMM)

Еще один отдаленный родственник DLP, этот метод 3D-печати с использованием света и смолы позволяет создавать крошечные металлические детали для различных применений, включая хирургические инструменты и микромеханические детали. В LMM металлический порошок равномерно диспергируется в светочувствительной смоле, а затем выборочно полимеризуется под воздействием синего света, проецируемого с помощью проектора. После печати из «зеленых» деталей удаляется полимерный компонент, в результате чего остаются полностью металлические «коричневые» детали, которые доводятся до готовности в процессе спекания в печи. В качестве сырья используются нержавеющая сталь, титан, вольфрам, латунь, медь, серебро и золото.

Жидкокристаллический дисплей (LCD)

Жидкокристаллический дисплей (LCD), также называемый маскированной стереолитографией (MSLA), очень похож на описанный выше DLP, за исключением того, что вместо цифрового микрозеркального устройства (DMD) он использует ЖК-экран, что заметно снижает цену 3D-принтера.

Как и DLP, фотомаска ЖК отображается в цифровом виде и состоит из квадратных пикселей. Размер пикселей фотомаски ЖК определяет детализацию печати. Таким образом, точность XY фиксирована и не зависит от того, насколько хорошо вы можете увеличить или масштабировать объектив, как в случае с DLP.

Еще одно отличие принтеров на основе DLP от LCD-технологии заключается в том, что последняя использует массив из сотен отдельных излучателей, а не одноточечный источник света, такой как лазерный диод или лампа DLP.

Подобно DLP, LCD при определенных условиях может обеспечить более быструю печать по сравнению с SLA. Это связано с тем, что весь слой экспонируется сразу, а не прослеживается поперечное сечение с помощью лазерной точки.

Благодаря низкой стоимости LCD-устройств эта технология стала лучшим выбором для бюджетного сегмента настольных смоляных принтеров, но это не означает, что она не используется в профессиональной сфере. Некоторые производители промышленных 3D-принтеров расширяют границы этой технологии с впечатляющими результатами.

Струйная Печать Материалами

Струйная печать — это процесс 3D-печати, при котором крошечные капли материала наносятся на рабочую пластину, а затем затвердевают или отвердевают. С помощью фотополимеров или капель воска, которые отвердевают под воздействием света, объекты создаются послойно.

Характер процесса струйной печати позволяет печатать различные материалы в одном объекте. Одно из применений этой техники — изготовление деталей с несколькими цветами и текстурами.

• Типы технологий 3D-печати: струйная печать материалами (M-Jet), струйная печать наночастицами (NPJ), PolyJet, Plastic Freeforming.
• Материалы: фотополимерная смола (стандартная, литейная, прозрачная, высокотемпературная), воск, металлические или керамические частицы, взвешенные в смоле.
• Точность размеров: ±0,1 мм
• Общие области применения: полноцветные прототипы продуктов, прототипы, похожие на литьевые формы, литьевые формы с небольшим тиражом, медицинские модели, мода
• Преимущества: текстурированная поверхность, полноцветная печать и возможность использования нескольких материалов
• Недостатки: ограниченный выбор материалов, не подходит для изготовления сложных механических деталей, более высокая стоимость по сравнению с другими технологиями на основе смолы для визуальных целей

Сплавление Порошкового Слоя

Сплавление порошкового слоя (PBF) — это процесс 3D-печати, при котором источник тепловой энергии выборочно плавит частицы порошка (пластика, металла или керамики) внутри рабочей зоны, создавая твердый объект слой за слоем.

3D-принтеры с технологией плавления порошкового слоя наносят тонкий слой порошкового материала на печатную платформу, обычно с помощью лезвия, ролика или скребка. Энергия, обычно от лазера, плавит определенные точки на порошковом слое, затем наносится другой порошковый слой и плавится с предыдущим слоем. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет изготовлен весь объект. Готовый объект заключается в корпус и поддерживается на платформе из неплавленного порошка.
Процесс плавления металлического порошка с помощью лазера (Источник: GE Additive)

Хотя процесс варьируется в зависимости от того, является ли материал пластиком или металлом, PBF создает детали с высокими механическими свойствами, включая прочность, износостойкость и долговечность, для конечного использования в потребительских товарах, машинах и инструментах. Хотя 3D-принтеры в этом сегменте становятся все более доступными (начальные цены колеблются около 25 000 долларов), они по-прежнему считаются профессиональной или промышленной технологией.

Подтипы обычно характеризуются используемым материалом и типом источника энергии.

• Типы технологий 3D-печати: селективное лазерное спекание (SLS), лазерная плавка порошкового слоя (LPBF), плавка электронным пучком (EBM)
• Материалы: пластиковые порошки, металлические порошки, керамические порошки
• Точность размеров: ±0,3% (нижний предел ±0,3 мм)
• Общие области применения: функциональные детали, сложные каналы (полые конструкции), производство мелких партий деталей.
• Преимущества: функциональные детали, отличные механические свойства, сложные геометрические формы.
• Недостатки: более высокая стоимость оборудования, часто высокая стоимость материалов и более низкая скорость изготовления.

Направленное Энергетическое Осаждение

Направленное энергетическое осаждение (DED) — это процесс 3D-печати, при котором металлический материал подается и плавится под воздействием мощной энергии одновременно с его осаждением. Это одна из самых широких категорий 3D-печати, включающая в себя длинный список подкатегорий в зависимости от формы материала (проволока или порошок) и типа энергии (лазер, электронный пучок, электрическая дуга, сверхзвуковая скорость, тепло и т. д.).

По сути, это любой способ контролируемого нанесения металла слоями (кроме экструзии), который имеет много общего со сваркой.

Эта технология используется для послойного построения отпечатка, но чаще всего она используется для ремонта или добавления элементов к металлическим объектам путем нанесения материала непосредственно на существующую металлическую деталь. За этим процессом обычно следует обработка на станке с ЧПУ для достижения более жестких допусков. Использование DED с ЧПУ настолько распространено, что существует подтип 3D-печати, называемый гибридной 3D-печатью, в котором, как вы уже догадались, используются гибридные 3D-принтеры, содержащие DED и ЧПУ в одной станке.

Эта технология ценится как более быстрая и дешевая замена литью и ковке металлических деталей в небольших количествах, а также для критически важных ремонтов в морской нефтегазовой промышленности, аэрокосмической отрасли, энергетике и коммунальном хозяйстве.

Подкатегории DED можно разделить по типу исходного сырья или по типу источника энергии. Мы решили сгруппировать их по типу энергии, чтобы подчеркнуть различия, которые источники энергии вносят в конечные продукты.

Когда материал, используемый в этом методе печати, находится в виде порошка, его обычно распыляют вместе с инертным газом, чтобы уменьшить или исключить возможность окисления. При использовании порошкового сырья также существует возможность смешивания нескольких порошков для получения различных результатов. Когда сырьем является проволока (более дешевый вариант), эта технология сравнивается с роботизированной сваркой, но она гораздо более сложна.

• Подтипы направленного осаждения энергии: лазерное осаждение порошка, аддитивное производство с использованием дуговой проволоки (WAAM), осаждение энергии электронным пучком проволоки, холодное распыление
• Материалы: широкий спектр металлов в виде проволоки и порошка.
• Точность размеров: ±0,1 мм.
• Общие области применения: ремонт высококачественных автомобильных/аэрокосмических компонентов, функциональные прототипы и готовые детали.
• Преимущества: высокая скорость наплавки, возможность добавления металла к существующим компонентам.
• Недостатки: невозможность изготовления сложных форм из-за невозможности создания опорных конструкций, в целом низкое качество поверхности и точность.

Струйная Печать с Использованием Связующего Вещества

Струйная печать с использованием связующего вещества — это процесс 3D-печати, при котором жидкое связующее вещество выборочно связывает участки слоя порошка. В этой технологии используется порошковый материал (металл, пластик, керамика, дерево, сахар и т. д.) и жидкость, наносимая струйными принтерами.

Независимо от того, используется ли металл, пластик, песок или другой порошковый материал, процесс струйной печати с использованием связующего вещества остается практически неизменным. Сначала лезвие или валик для повторного нанесения покрытия распределяет тонкий слой порошка по платформе для печати. Затем печатающая головка с струйными соплами проходит над платформой, выборочно нанося капли связующего или плавящего вещества для соединения частиц порошка. Когда слой готов, платформа для построения перемещается вниз, и лезвие или валик наносит новое покрытие на поверхность. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет готова вся деталь. Детали покрыты слоем порошкового материала и их необходимо извлечь. Излишки порошка собираются и могут быть использованы повторно.

Отсюда, в зависимости от материала, требуется последующая обработка, за исключением песка, который обычно готов к использованию в качестве сердечника или формы прямо из принтера. Когда порошок является металлическим или керамическим, последующий процесс, включающий нагревание, расплавляет связующее вещество, оставляя только металл. Последующая обработка пластиковых деталей может включать этап отверждения и часто включает нанесение покрытия для улучшения качества поверхности. Вы также можете полировать, окрашивать и шлифовать детали, изготовленные методом струйной печати с использованием полимерного связующего вещества.

Долгое время распыление связующего считалось «холодной» технологией, потому что, в отличие от использования лазеров или электронных лучей на порошкообразном металле или полимере, в процессе до последующей обработки не используется тепло. Однако это может измениться, когда речь заходит о распылении полимерного связующего.

Все больше принтеров используют порошковый полимер и жидкость, распыляемую струйными головками, но они включают тепловой компонент, который плавит или сплавляет частицы полимера. Полученная деталь намного прочнее, чем деталь, изготовленная из просто склеенного порошка, поэтому неудивительно, что такие компании, как HP, Stratasys и Voxeljet, предпочитают разделять процессы струйной печати с использованием жидких и тепловых полимерных связующих веществ. Однако, если рассматривать струйную печать связующим веществом в самом широком смысле как технологию использования порошка и жидкости, то запатентованная технология, о которой мы расскажем ниже, подходит под это определение.

Струйная печать с использованием связующего вещества отличается высокой скоростью и производительностью, поэтому позволяет изготавливать большие объемы деталей с меньшими затратами по сравнению с другими методами аддитивного производства. Печать с использованием металлического связующего вещества, применяемая с широким спектром металлов, популярна для производства конечных потребительских товаров, инструментов и запасных частей. Струйная печать с использованием холодного полимерного связующего вещества имеет ограниченный выбор материалов и позволяет изготавливать детали с низкими структурными свойствами, но в вариантах с нагревом обычно используются нейлон и ТПУ.

• Подтипы технологии 3D-печати: струйная печать с использованием металлического связующего, струйная печать с использованием полимерного связующего, струйная печать с использованием песчаного связующего, Multi Jet Fusion, высокоскоростное спекание, селективное поглощение и плавление.
• Материалы: песок, полимеры, металлы, керамика и т. д.
• Точность размеров: ±0,2 мм (металл) или ±0,3 мм (песок)
• Общие области применения: функциональные металлические детали, полноцветные модели, песчаные отливки и формы.
• Преимущества: низкая стоимость, большие объемы сборки, функциональные металлические детали, превосходная цветопередача, высокая скорость печати, гибкость дизайна без поддержки.
• Недостатки: для металлов это многоэтапный процесс, а полимерные детали, изготовленные с помощью холодного процесса, не обладают высокой механической прочностью.

Листовая Ламинация

Листовая ламинация технически является одной из форм 3D-печати, хотя и значительно отличается от вышеупомянутых технологий. Она заключается в укладке и ламинировании листов очень тонкого материала для получения 3D-объекта или стопки, которая затем разрезается механически или с помощью лазера для придания окончательной формы.

Слои материала могут быть соединены между собой с помощью различных методов, включая тепло и звук, в зависимости от используемого материала. Материалы варьируются от бумаги или полимеров до металлов.

После ламинирования деталей лазер вырезает или обрабатывает нужную форму, что приводит к большему количеству отходов, чем при других технологиях 3D-печати.

Производители используют ламинирование листов для изготовления экономичных нефункциональных прототипов с относительно высокой скоростью. Это также перспективная технология для производства электрических батарей, которая может использоваться для изготовления композитных изделий, поскольку используемые материалы можно менять местами в процессе печати.

• Типы технологий 3D-печати: изготовление ламинированных объектов (LOM), ультразвуковое уплотнение (UC)
• Материалы: бумага, полимер и металл в листовом виде.
• Точность размеров: ±0,1 мм.
• Общие области применения: нефункциональные прототипы, многоцветная печать, литейные формы.
• Преимущества: возможность быстрого производства, композитные отпечатки.
• Недостатки: низкая точность, больше отходов, для некоторых деталей требуется последующая обработка.