Различные виды технологий 3D-печати

Существуют различные методы 3D-печати, которые были разработаны для создания 3D-объектов. Некоторые из них распространены в наши дни, а некоторые уже отошли на второй план.

Семь разных типов 3D-принтеров

1. FDM - моделирование методом послойного наплавления.
2. SLA – стереолитография.
3. DLP - цифровая обработка света.
4. SLS - селективное лазерное спекание.
5. SLM - селективное лазерное плавление.
6. LOM - производство ламинированных изделий.
7. EBM - цифровое плавление луча.

FDM - Моделирование методом послойного наплавления

Технология FDM (англ. - fused deposition modeling) - является самой популярной технологией, используемой я как в в 3D-принтерах, так и в 3D-ручках.

FDM - это процесс 3D-печати, разработанный американцем Скоттом Крампом, а затем внедренный компанией Stratasys Ltd. в 1980-х годах. Для печати трехмерных объектов используются термопластичные материалы промышленного класса. Он популярен для производства функциональных прототипов, концептуальных моделей и вспомогательных средств. Это технология, которая может создавать точные детали и имеет исключительное соотношение прочности и веса.

Перед началом процесса FDM-печати с помощью специализированных программ или слайсеров¹ «нарезают» модели САПР² на слои, подбирая способ, которым экструдер принтера будет печатать каждый слой. Разрезанные данные САПР передаются через компьютер или флеш-накопитель на принтер, который затем печатает объект. Затем принтер нагревает термопласт до температуры плавления и выдавливает его через сопло на печатную платформу послойно создавая 3D-объект по заранее определенному шаблону, определяемому 3D-моделью и программным обеспечением. Когда тонкий слой пластика связывается с предыдущим, он плавится и затвердевает.

В дополнение к термопласту принтер может также печатать различными вспомогательными материалами, например, в качестве поддержки при печати деталей с навесными частями или полостями. После завершения процесса печати вспомогательный материал растворяется в воде или специальном растворе.

Как и многие другие 3D-технологии, напечатанный объект нуждается в постобработке. На необработанных деталях могут быть видны линии слоев. Это потребует ручной шлифовки и отделки после печати для получения 3D-объекта с ровной и гладкой поверхностью. Затем объекты также могут быть окрашены, покрыты лаком либо металлическим напылением Готовые 3D-изделия функциональны и долговечны, благодаря чему FDM-технология печати широко используется во многих отраслях.

Общее время, необходимое для печати, зависит от размера объекта и его сложности. Небольшие объекты могут быть выполнены относительно быстро, в то время как более крупные требуют больше времени.

Технология FDM сегодня широко распространена и используется в таких отраслях, как автомобилестроение, производство упаковок для продуктов питания и в производстве игрушек. Также FDM используется для создания прототипов и в производстве конечных продуктов. Эта технология считается простой в использовании, экологически чистой и дает возможность пользователям 3D-принтеров работать с широким выбором различных 3D-нитей. Благодаря использованию FDM-печати стало возможным создавать объекты со сложной геометрией и полостями.

Стереолитография (SLA)

SLA (Stereolithography) - лазерная стереолитография — технология 3D-печати, основанная на послойном отверждении жидкого материала под действием лазерного луча.

SLA-принтер принимает CAD-модель, а затем излучает ультрафиолетовый свет в емкость с жидким фотополимером, который затвердевает под воздействием лазерного луча. После того, как пластик затвердеет, ступень принтера опускается в резервуар на доли миллиметра, и лазер формирует следующий слой, пока печать не закончится. По завершению печати деталь погружают в ванну со специальным раствором для удаления лишних элементов. Затем, изделие помещают в ультрафиолетовую печь для окончательного отвердевания. После чего, при необходимости, вручную удаляются поддерживающие структуры.

Лазерная технология позволяет создавать самые точные отпечатки с высоким разрешением. Также стоит отметить, что SLA-печать намного быстрее, чем FDM или SLS-печать. Тем не менее, есть некоторые недостатки печати с использованием принтера SLA. Помимо внушительной стоимости, принтеры SLA имеют тенденцию печатать в гораздо меньшем объеме, чем принтеры FDM и даже некоторые принтеры SLS, и вы будете довольно ограничены в выборе материала, который можно использовать.

Более того, с принтерами SLA необходимо обращаться осторожно, поскольку смола, используемая для создания отпечатков высокого разрешения, очень токсична и не рекомендуется для неопытных пользователей. Но если данные предостережения не являются для вас критичными, SLA-печать будет наиболее привлекательной для тех, кто хочет создавать объекты большего размера с высоким качеством поверхности.

Цифровая обработка света (DLP)

DLP (digital light processing) цифровая обработка света - является старейшей из технологий 3D-печати, созданной инженером по имени Ларри Хорнбек из американской компании Texas Instruments в 1987 году. Технология схожа с SLA (см. Выше), учитывая, что она также работает с фотополимерами. Жидкая пластиковая смола, используемая принтером, попадает в контейнер из прозрачной смолы. Однако есть одно существенное различие между ними – это источником света. В то время как в SLA используется ультрафиолетовый свет, в DLP используется более традиционный источник - обычные дуговые лампы. Этот процесс приводит к довольно впечатляющим скоростям печати. Когда света много, смола быстро затвердевает (мы говорим о секундах). По сравнению с SLA-печатью, DLP обеспечивает более быстрое время печати для большинства деталей. Также DLP-принтер работает быстрее за счет того, что он выстраивает целые слои сразу. А при SLA-печати лазер должен вытягивать каждый из слоев, и на это, соответственно, требуется больше времени.

Еще одним плюсом технологии DLP-печати является то, что она надежна и производит модели с высоким разрешением. Это также экономично, благодаря возможности использовать более дешевые материалы в т.ч.и для сложных и детализированных объектов. Это не только уменьшает отходы, но и снижает расходы на печать.

Селективное лазерное спекание (SLS)

SLS-технологию разработал в середине 1980-х годов американский бизнесмен, изобретатель и преподаватель по имени доктор Карл Декард.

Это технология 3D-печати, которая использует мощные CO2-лазеры для слияния частиц. Лазер спекает порошковый металлический материал в слое порошка, без опор (возможно использование и других материалов - белый нейлоновый порошок, керамика и даже стекло). Это метод, в котором лазер используется в качестве источника питания для формирования прочных 3D-отпечатанных объектов. SLS не требует использования опорных структур, поскольку печатаемый объект окружен не спеченным порошком, остатки которого необходимо будет вручную удалить после завершения процесса печати.

SLS производит прочные, высокоточные детали и дает возможность использовать широкий выбор материалов. Это идеальная технология для производства готовых деталей и прототипов. SLS-технология схожа с технологией SLA по скорости и качеству. Основное различие заключается в материалах, так как SLS использует порошкообразные вещества, тогда как SLA использует жидкие смолы.

Именно широкий выбор доступных материалов делает технологию SLA несколько популярней для печати объектов.

Технологии - SLM, LOM и EBM.

Последние три типа технологий 3D-печати - селективное лазерное плавление (SLM), производство ламинированных объектов (LOM) и цифровое плавление лучей (EBM).

За последние два десятилетия эти технологии либо вышли из моды, либо оказались экономически нежизнеспособными. Таким образом, вы не найдете современных 3D-принтеров, использующих технологии SLM, LOM или EBM.

SLM (Selective Laser Melting) - селективное лазерное плавление. Представляет собой метод аддитивного производства для 3D-печати металлических сплавов. Детали создаются путем плавления частиц металлического порошка.

Как и в процессе SLS, металлическая деталь будет создаваться слой за слоем в соответствии с вашей 3D-моделью. Все это происходит внутри рабочей камеры с инертным газом. Селективное плавление каждого слоя достигается с помощью мощного лазера и с двумя сканирующими зеркалами .

Для селективного лазерного плавления требуются опорные конструкции, чтобы закрепить детали и подвесные элементы на строительной платформе. Опоры также обеспечивают передачу тепла от места плавления, уменьшая тепловое напряжение и деформацию. Опоры удаляются после печати, как часть производственного процесса.

LOM (Sheet Lamination Manufacturing) - изготовление ламинированных объектов. Этот метод 3D-печати был разработан калифорнийской компанией Helisys Inc. (ныне Cubic Technologies). В устройстве LOM используется непрерывный лист материала - пластик, бумага или (реже) металл, который протягивается через платформу при помощи системы подающих роликов. Во время процесса печати слои пластика или бумаги сплавляются или ламинируются вместе с использованием тепла и давления, а затем режутся до нужной формы с помощью управляемого лазера или лезвия с компьютерным управлением. Лазер также «нарезает» любой лишний материал в виде штриховки, что облегчает его удаление после полной печати объекта.

EBM (Electron Beam Melting) – электронно-лучевая плавка. Технология, при которой порошковый металл плавится в вакуумной камере с помощью электронного пучка. Объекты изготавливаются послойно в вакуумной камере. Он использует источник энергии электронного пучка, генерируемого электронно-лучевой пушкой, для плавления металлического порошка. Порошок выбрасывается из картриджей и распределяется по строительной платформе с помощью ролика, затем весь слой порошка нагревается до 700-900C. После завершения процесса печати может потребоваться последующая термообработка, как, например, горячее изостатическое прессование (HIP) для титановых сплавов с целью повышения прочности.