Технологии 3d печати

Технологии 3d печати 3d печать
3d принтер обзор технологий

Технологии 3d печати

В этой статье мы рассмотрим основы технологии 3d печати (но не все), с точки зрения рабочего процесса и материалов. О принципах работы 3D-принтеров в целом и о том, как они появились, вы можете прочитать здесь.

FDM (Fused Deposition Modeling) или FFF (Fused Filament Fabrication)

Технология ориентации слоев материала для матрасов. Это самая распространенная на рынке. технология Материалом обычно служит пластиковая нить определенного диаметра (чаще всего 1,75 мм). Самые популярные пластики — ABS и PLA.

Все начинается с обработки трехмерной цифровой модели: формат STL загружается в программное обеспечение принтера, где выбираются настройки и подготавливается модель («Slice by layer»). к печати (‘Slice by Mattress’). При необходимости для выступающих элементов создаются необходимые поддерживающие конструкции. для печати Выступающие элементы. 3d печать Получаются путем выдавливания («экструзии») непрерывного слоя расплавленного термопластичного материала, который застывает сразу после выдавливания. Матка печатающей головки (база) представляет собой трехмерную модель. Печатающая головка перемещается на двух уровнях, а печатная платформа — на одном. Конфигурации могут быть разными, но наиболее популярной является геометрия, при которой печатающая головка с экструзией движется на горизонтальном уровне по двум осям, а платформа движется вниз на высоту слоя, которая определяется при подготовке модели. По мере движения вниз материал (и поддерживающая структура) послойно укладывается на матрас печатной платформы, и материал практически мгновенно остывает. По завершении печати платформа опускается вниз, и готовую модель можно извлечь и восстановить.

FFF является наиболее доступным по цене (как оборудование, так и услуги). технологией 3d печати При этом он имеет множество технических особенностей:

(1) Прежде всего, стоит отметить сами слои — они часто заметны на ощупь и всегда визуально. На сложных (например, овальных) поверхностях небольшие изменения высоты особенно заметны. Слоистость также влияет на прочностные характеристики изделия. Прочность параллельных слоев в пять раз ниже, чем прочность.

(2) На долговечность также влияют параметры заливки. По умолчанию модель (как правило) печатается с внешним контуром (более 0. 8 — 1. 2 мм), на котором нанесены сетчатые структуры различных рисунков (обычно квадратных или шестиугольных). Это регулируемый параметр заполнения, среднее минимальное значение которого составляет 10 %; если выбрано 10 %, то сетчатая структура занимает 10 % внутренней поверхности модели. Чем выше параметр заполнения, тем прочнее модель. Однако не рекомендуется заполнять модель на 100 %, так как некоторые тесты/исследования показывают, что самые прочные модели имеют заполнение 75 %. Это объясняется тем, что в модели остается свободное пространство для поглощения вибрации под нагрузкой.

3) Точность. Точность размеров, а также усадка материала, технологии направление материала от матраса к матрасу. Точность размеров может быть в среднем в пределах +-1 мм, в зависимости от используемого оборудования, материалов и параметров. печати . Например, сопротивление ABS-пластика находится в пределах 0,6 мм на 200 мм и редко превышает 0,2-0,4 мм. Это очень хорошо подходит для описываемых материалов. технологии . Усадка происходит из-за быстрого (неравномерного) охлаждения материала и проявляется в виде деформации уже напечатанного нижнего слоя модели. Это особенно заметно при печати кубиков размером 10/10/10 см. Угол рядом с печатной платформой изгибается вверх. Уменьшение зависит от материала, конфигурации и установки модели на платформе. печати Размещение модели на платформе. Существует несколько способов сбалансировать или минимизировать усадку, но многие модели (особенно полные) все равно имеют такую же усадку, как и раньше. при печати Полные модели) подвержены некоторой степени усадки.

4) Материалы. Материалы, используемые при этом. технологии В основном это термопластичные материалы, количество которых постоянно расширяется. На сегодняшний день существует около десятка различных видов и модификаций пластиков. 3d печати Однако львиная доля по-прежнему принадлежит пластику живота и PLA. Такое разнообразие объясняется различными свойствами пластиков, касающимися как технологического процесса, так и конечного продукта. 3д печати Причем именно готового продукта.

Конечно, об этом никогда нельзя сказать. о технологии Послойная выкладка из матраса, но основные моменты уже объяснены. Все эти моменты необходимо учитывать как при разработке 3D-модели, так и при подготовке модели к печати и выборе материала.

Часто для улучшения внешних качеств (а в некоторых случаях и выносливости) используется последующая обработка.

SLS (selective laser sintering — выборочное лазерное спекание) относиться к классу Powder Bed Fusion (слияние слоев порошка)

Технология, основанная на непрерывном спекании слоев порошкообразных материалов с помощью мощных лазеров. В качестве материалов обычно выступают полиамиды и их модификации, а также различные металлы (см. технология DMLS).

Все начинается с обработки трехмерной цифровой модели: формат STL загружается в программное обеспечение принтера, где выбираются настройки и подготавливается модель («Slice by layer»). к печати (Модель затем подготавливается («нарезается слоями»). Поскольку модель строится послойно, ее положение (ориентация) на печатной платформе имеет решающее значение для конечной поверхности модели. Так, на поверхностях со сложной геометрией (например, эллиптических формах) лишь небольшие изменения высоты (угла наклона поверхности) приведут к образованию «лестницы» слоев. Обычно толщина слоев составляет около 0,1 мм. После загрузки подготовленного задания в принтер начинается процесс 3д печати .

3D-принтер, задание по технологии SLS представляет собой герметичную камеру с лотком, заполненным порошком, выравнивателем слоев, местом для подачи нового порошка (с одной стороны лотка с выравнивателем) и местом для утилизации излишков порошка (с другой стороны лотка). (диск). В камере также находится сканирующая лазерная головка.

Во время процесса подготовки. к печати Чтобы ускорить/ускорить процесс, камера нагревается до температуры, близкой к температуре плавления порошка. печати Это снижает потребление энергии и уменьшает искажение модели из-за разницы температур. После нагрева лазерная головка начинает сканировать поверхность порошка и выборочно спекать контуры, соответствующие подготовленной 3D-модели. Когда слой готов, диск опускается до толщины слоя (0,1 мм), подается новый порошок и равномерно распределяется по напечатанному слою выравнивателем. И печать Так продолжается (слой за слоем) до завершения работы. Порошок вокруг контура спекания остается на месте и действует как поддерживающий материал, что является самым большим преимуществом данного продукта. технологии — Никакой опорной конструкции не требуется. Это позволяет создавать практически неограниченные по сложности модели.

По окончании процесса. печати После того как камера остынет, выньте модель и продуйте ее сжатым воздухом, чтобы удалить оставшуюся пыль. После продувки модель можно подвергнуть последующей обработке для улучшения ее физических и эстетических свойств. Она может быть окрашена.

По цене SLS находится между FFF (FDM) и MJM и может быть сравнима с более дешевыми фотополимерами. по технологии SLA. Эта технология имеет множество особенностей.

1) Слои. Обычно высотой 0,1 мм и, если не считать небольших отклонений, возникающих при возведении лесов (см. выше), обычно не заметны. Прочность до и после слоя практически одинакова. При использовании материалов, содержащих добавки (например, стекло или углерод-наполненный полиамид), начинает проявляться разница в прочности вдоль слоя, которая может достигать 50 %.

2) Поверхность. После. печати Поверхность изделия слегка шероховатая и почти однородная по всем поверхностям. Поверхность можно сгладить, но возможности «ручной обработки» очень ограничены, так как отламываются или отрезаются только части детали. Материал (полиамид) изготовлен из спеченного порошка и имеет пористую структуру, которая, если ее не трогать, приводит к деформации и разрушению поверхности при контакте с водой или длительном воздействии высокой влажности. Поверхность материала может деформироваться и разрушаться при длительном воздействии воды или высокой влажности. Это также следует учитывать при покраске (не рекомендуется использовать краски на водной основе).

3) Точность. Как правило (в зависимости от оборудования и материала) в диапазоне 0,1 мм — 0,3 мм. Как правило, точность редко превышает 0. 2 мм. И. в технологии В FFF (FDM) существует проблема усадки (искажения) из-за неравномерного охлаждения слоев, которая в данном случае несколько иная. Стоит избегать вертикального расположения больших (продольных/плоских) сечений и уменьшать площадь поверхности слоев, размещая такие модели по диагонали или горизонтали. Кроме того, при печати больших (> 100/150 мм) плоскостей в тонких толщинах (до 2-3 мм) вероятность деформации очень высока (90 %). В таких случаях необходимо предусмотреть жесткие ребра. 3) Материал.

4) Материал. Используются порошковые материалы, чаще всего полиамид. Обычно он изготавливается на основе нейлона. Существует несколько марок полиамида (в зависимости от конкретного химического состава и добавок). Для придания изделию особых свойств могут использоваться специальные добавки, такие как стекло, углеродное волокно или алюминий.

SLA (стереолитография) или DLP (Направленная световая обработка)

Технология изготовления протезов основана на принципе отверждения фотополимерных смол с помощью лазерного освещения (SLA) и проекционного освещения (DLP). Материалами служат фотополимерные смолы различного состава и свойств.

Все начинается с редактирования цифровой 3D-модели: модель в формате STL загружается в программное обеспечение принтера, где выбираются настройки (например, толщина слоя) и происходит подготовка модели. к печати («Нарезать по матрасу»). Важным параметром является ориентация модели на платформе. Это важно не только для внешнего вида отдельных частей модели (расслоение или «елочка»), но и для монтажа и успешности опорного материала. печати Таким образом. Последний пункт в значительной степени зависит от оборудования и материалов данного типа, однако для позиционирования модели в соответствии с требованиями можно использовать дорогие промышленные установки. печати . Однако общая рекомендация заключается в том, чтобы позиционировать модель под углом примерно 45 градусов ко всем осям.

После того как модель подготовлена и код загружен в принтер, принтер начинает работать. Принтер состоит из диска (куда помещается полимер), в большинстве оборудования диск оснащен автоматической системой подачи и дозирования материала. Вручную дозируйте нужное количество материала. Затем принтер начинает проецировать лазерный луч через весь слой, либо через контур слоя (SLA) на поверхность фотополимера (SLA), либо через весь слой. После завершения работы платформа поднимается на высоту матраса, и специальная планка выравнивает поверхность следующего слоя, который затем освещается.

После создания модели 3D-принтер извлекает ее (обычно вместе с платформой), в ней остается много лишней смолы. Чтобы удалить смолу, модель (обычно) помещают в резервуар со специальной жидкостью, где она промывается. После промывки модель (обычно) помещают в специальную «печь», где происходит световая обработка (ультрафиолетовым светом) или нагрев. Такая обработка помогает облепить модель и может значительно повысить ее природные свойства, например, прочность.

По окончании обработки модель очищается от несущей конструкции (что можно сделать и раньше) и может подвергаться постобработке.

3d печать по технологии SLA (DLP) находится в ценовой категории за пределами FFF и SLS, обычно уступая MJM. 3д печати Металл. Стоимость в первую очередь зависит от типа оборудования и используемых материалов. Например, предложения 3d печать от 130 руб. по технологии SLA … Технология имеет множество особенностей:

(1) Различия между SLA и DLP. Основные отличия. технологий Он является источником освещения: в то время как SLA использует лазер (отмеченный на модели), который движется по контуру и постепенно освещает матрас, DLP использует «проектор», освещающий весь матрас (или более крупные компоненты). В результате SLA более точен для небольших элементов, а DLP быстрее.

2) Поверхности. Самым большим преимуществом является качество поверхности благодаря техническим особенностям и возможности использовать малую толщину слоя (0-0). печати При малой толщине слоя (до 0. 15 мм) поверхность может быть гладкой (насколько это возможно, 3д печати ) и высокой детализацией (минимальные размеры элементов). Однако, например. для технологии FFF, требуются опорные конструкции под выступающей частью. По внешнему виду они обычно отличаются от кронштейнов FFF технологии FFF и представляют собой тонкие стержни с заостренными краями, которые выходят непосредственно на поверхность модели. При отсутствии небольшой поддержки 3д печати пластика может привести к незначительной деформации (или отсутствию искажений) модели, в то время как для SLA (DLP) наличие опор FFF может привести к незначительной деформации (или отсутствию искажений) модели. 3d печати по технологии Для SLA (DLP) наличие опор во всех необходимых точках является критическим. Отсутствие опор в тех точках, где они необходимы, часто приводит к дефектным моделям.

Опоры оставляют следы (небольшие). Последующая обработка может быть использована для придания поверхности желаемого вида.

(3) Точность. Этот параметр сильно зависит от типа оборудования и используемого материала и находится в диапазоне 0,1-0,3 мм. Мы предлагаем. 3d печать по технологии SLA с точностью до 0. 25 мм на рабочую камеру. Помимо точности, стоит подчеркнуть настраиваемый параметр толщины слоя (z), который варьируется от 0. 025 до 0. 3 мм. Меньшая высота слоя значительно увеличивает время (и стоимость). 3д печати Однако они способствуют получению более гладких поверхностей и мелких деталей высочайшего качества. В качестве издержек можно упомянуть деформации при печати (и как следствие несовершенства), большие плоские поверхности (особенно тонкие) подвержены деформации. Стоит избегать мест, где в поверхности слоя имеются большие пересекающиеся участки. По возможности их следует уменьшить путем угловой или вертикальной переориентации модели.

4) Материалы. В качестве материалов используются разнообразные полимеры в жидкостях с различными свойствами. В качестве примера можно привести термостойкие полимеры, прочные полимеры, полупрозрачные полимеры и полимеры горения. Ассортимент постоянно расширяется, и и без того широкий спектр возможностей для реализации этого продукта постоянно пополняется. технологии .

MJM (много струйное моделирование)

Технология протезирования, основанная на принципе нанесения материала с помощью печатающей головки с различными соплами (96-446 сопел). В качестве материала используется твердый пластик, застывающий при постепенном охлаждении, жидкий полимер, обработанный ультрафиолетовым излучением, или жидкий полимер, отверждаемый.

Все начинается с обработки трехмерной цифровой модели: формат STL загружается в программное обеспечение принтера, выбираются настройки (толщина матраса, материал и т. д.) и модель подготавливается («Slice by layer»). к печати (‘Slice by mattress’). Важным параметром является ориентация модели на платформе. Это важно для внешнего вида отдельных частей модели (слоистой или «елочкой»).

После того как модель подготовлена и код загружен в принтер, принтер приступает к работе.

После того как модель построена, ее (обычно вместе с платформой) извлекают из 3D-принтера и помещают в специальную камеру, где с нее снимают платформу и удаляют постобработку и поддерживающие конструкции.

1) Матрасы: толщина слоев может быть очень маленькой, начиная от 0. 016 мм (16 микрон). Однако даже такие слои могут быть заметны. Когда модель устанавливается задом наперед. при печати (например, изменив уровень оси Z на небольшой угол). Однако это наименьшая возможная форма, и слои обычно незаметны.

2) Поверхность. Поверхность, как и в. при технологии SLA, достигается как можно более гладкая. Это достигается на высоте матраса и с высокой точностью (максимально возможной). Погрешности не превышают 0,035 мм. При использовании расплавленного воскового опорного материала поверхность под опорной конструкцией после удаления (автоматически в специальной камере) не отличается от остальной поверхности.

3) Точность. 3d печать по технологии MJM является самым дорогим из существующих. Допуск размеров не превышает 0,035 мм (35 микрон) на одну камеру конструкции. Как и в других случаях. технологиях возникают проблемы с деформациями модели. Они могут несколько отличаться в зависимости от материала, но в основном деформации подвержены тонкие плоские стенки без армирования.

(4) Материал. В качестве основных материалов используются различные фотополимеры и полимеры на основе воска с различными механическими свойствами. Например, легкоплавкие воски с низким содержанием золы используются, в основном, в ювелирном деле. 3д печати . При этом огромное количество полимерных протезов имеет максимально возможное 3d печати качество и точность поверхности и используется в основном для создания основной модели мачты.

Оцените статью