Существующие технологии 3d печати. Часть 1.

В серии статей мы рассказывали о технологии 3d сканирования, для чего она нужна и какие 3d сканеры бывают. Познакомившись с трехмерным сканированием давайте посмотрим на один из следующих этапов после сканирования, а именно на 3d печать. Мы рассмотрим какие технологии бывают и какие 3d принтеры существуют.

На данный момент существуют следующие технологи 3d печати:

• Цветная трехмерная печать (Full color 3d printing);
• Метод многоструйного моделирования (MJM — Multi-Jet Modelling);
• Выборочное лазерное спекание (SLS — Selective Laser Sintering);
• Стереолитография (SLA — Stereolithography);
• Метод послойного наплавления (FDM — Fused Deposition Modeling);
• Прямое лазерное спекание металлов (DMLS — Direct Metal Laser Sintering);
• Электронно-лучевая плавка (Electron Beam Melting);
• Выборочная лазерная плавка (Selective Laser Melting);
• Технология PolyJet.

Цветная трехмерная печать

Из всех перечисленных технологий является единственной, которая позволяет получить объект во всех цветовых диапазонах. Процесс окрашивания осуществляется прямо во время печати. В результате получаются фотореалистичные изделия. Поэтому данная технология интересна дизайнерам, а также может использоваться в декоре и сувенирной продукции.

Основным материалом является порошок на основе гипса. Модель создается послойно, начиная от основания и заканчивая самой верхней точкой. Каждый слой формируется из мелкодисперсного гипсового порошка. Этот порошок распределяется тонким слоем при помощи ролика, а печатающие головки размещают подкрашенный клей в определенных местах. Таким образом печатается один слой. Затем платформа перемещается вниз и ролик опять распределяет порошок, и процесс повторяется заново.

По окончании печати модель получается хрупкой. Чтобы укрепить, ее смачивают в цианоакрилате. Также на нее распыляется защитный слой, чтобы краска не выгорала под воздействием УФ лучей. Иногда, для защиты поверхности от царапин, наносят тонкий слой (0,089 — 0,102 мм) воска. Полученное изделие имеет точность минимум 0,1 мм.

Изделия напечатанные по данной технологии не используются в механизмах, т.к. имеют очень низкую жесткость. А также они боятся воды, т.к. цвет может потускнеть. Если говорить о производителях, то основным является компания 3d Systems, которая поглотила фирму ZCorporation. Данная технология считается самой быстрой в прототипировании.

Метод многоструйного моделирования (MJM)

Данная технология также основана на послойном нанесении материала. Но ее особенностью является наличие необычной печатающей головки. Эта головка содержит не 1 или 2 сопла, а намного больше. Число этих сопел начинается от 96 для младших моделей и доходит до 448 в самых продвинутых и дорогих моделях. Сопла располагаются в несколько рядов.

Основным материалом в этой технологии является воск. Используется два вида воска: легкоплавкий воск для создания поддержки и твердый воск для основного изделия. При использовании двух видов воска применяются уже 2 печатающие головки.

Весь процесс печати протекает в ультрафиолетовой ванне. Чтобы придать дополнительную прочность изделию при погружении в ванну, используют фотополимер.

Данная технология запатентована компанией 3d Systems. Они могут предложить различные модели 3d принтеров, которые печатают различными материалами под названием Visijet. Спектр этих материалов большой: от более гибкого до более твердого, светлый или темный, обычный или термостойкий. Из всех технологий имеет самую высокую точность — 0,025 — 0,050 мм.

Выборочное лазерное спекание (SLS)

Изделие также создается послойно. Основой процесса является послойное наплавление порошка. Слой порошка наносится на рабочую зону и равномерно раскатывается по всей площади, затем лазер запекает только те участки, которые соответствуют сечению модели на данном слое. При этом весь процесс протекает при температуре плавления используемого порошка.

Разнообразие применяемых материалов достаточно обширно. Это и пластик в виде порошка, и металл, и керамика, стекло, нейлон.

Особенностью данного метода является то, что при изготовлении изделия не требуется применять поддерживающие структуры. Их роль выполняет не расплавленный порошок, окружающий печатающееся изделие. Он и не дает изделию разрушаться. После печати можно проводить финишную обработку. Например полировку изделия.

По сравнению с технологией MJM она не является запатентованной компанией 3d Systems. Поэтому в мире кроме 3d Systems, SLS принтеры продает компания  EOS (Германия). Они являются основными поставщики.

Данная технология применяется в изготовлении силовых установок, в авиастроении, машиностроении, космонавтике. А также добирается до сфер искусства и дизайна.

Стереолитография (SLA)

В отличие от других технологий, стереолитография в качестве материала использует не порошки, а фотополимеры в жидком состоянии. Процесс создания изделия по этому методу достаточно сложный. Берется емкость с жидким фотополимером и в нее помещается сетчатая платформа. На этой платформе будет осуществляться выращивание изделия.

В начальном состоянии платформа расположена так, что ее покрывает тонкий слой полимера — от 0,05  до 0,15 мм. Этот полимер и формирует примерную толщину слоя печати. Затем в действие приводится лазер, который воздействует на те участки полимера, которые соответствуют стенкам конечного изделия. В результате воздействия полимер затвердевает. После чего платформа опускается на величину слоя, щетка смачивает участки, которые остались сухими и процесс повторяется заново.

В завершении, готовое изделие погружается в ванну со специальными составами для очистки. А потом окончательное облучение светом для финального затвердевания. Как и другие технологии 3d печати, SLA использует поддерживающие структуры.

Преимуществом данного метода является скорость печати. Изделия получаются в течении дня, а с более сложными формами — до нескольких дней. По сравнению с размерами изготавливаемых изделий (до 500 мм) это крошечные сроки изготовления.

Метод послойного наплавления (FDM)

Данная технология одна из самых простых и легко понимаемых. Весь процесс похож на выдавливание крема из кулинарного шприца. Только вместо шприца используется печатающая головка с соплом, а вместо крема разогретый полимерный материал.

Головка свободно перемещается по вертикали и в плоскости рабочей площадки. Материал проходит через разогретое сопло, становясь пластичным. Это позволяет ему как-бы “прилипать” к слою пластику, уже находящегося в рабочей зоне. Головка перемещается согласно программе, формируя сечение изделия на определенной, заданной высоте. Это тоже метод послойного изготовления изделия.

Данный метод 3d печати также использует поддерживающие структуры, которые удаляются после окончания печати. В качестве материалов используется термопластичные пластики. Чаще это ABS и PLA пластики. Но также можно печатать и поликарбонатами, поликапролактонами и др.

Продолжение читайте во второй части статьи.