Q2
Коробка Qidi
Комплексное руководство по 3D -печатным материалам
Технология 3D-печати В последние годы 3D-печать произвела революцию в производстве и дизайне продукции. Также известная как аддитивное производство, 3D-печать позволяет создавать объекты слой за слоем из таких материалов, как пластик, металл, керамика и композиты. По мере развития возможностей Оборудование и материалы для 3D-печати продолжают совершенствоватьсяВсё больше отраслей внедряют эту технологию. Однако с таким разнообразием доступных сейчас машин и материалов новичкам может быть сложно разобраться в ней. Цель данного руководства — предоставить всесторонний обзор распространённых технологий и материалов 3D-печати.
Типы технологий 3D-печати и предпочтительные материалы
Существует несколько методов сплавления материалов в процессе наслаивания при 3D-печати:
- Моделирование методом послойного наплавления (FDM) Принтеры выдавливают нагретые термопластичные нити через сопло на рабочую пластину. Обычно используются пластики ABS и PLA.
- Стереолитография (SLA) Затвердевает жидкая смола, превращаясь в твёрдый пластик, с помощью ультрафиолетового лазерного луча, направляемого сканирующими зеркалами. Смолы разработаны с учётом низкой вязкости и быстрого отверждения.
- Селективное лазерное спекание (SLS) Спекание тонкодисперсных пластиковых, керамических или металлических порошков с помощью мощного лазера. Опорные конструкции не требуются, и можно создавать сложные внутренние элементы.
- Дпрямой Ми др. Ласер Синтеринг (ДМЛС) — это аналогичная технология порошковой обработки, специально разработанная для обработки высокопрочных металлических сплавов.
Другие методы, такие как струйная печать материалом и связующим, позволяют печатать в полном цвете или использовать экзотические сплавы металлов. Возможности продолжают расширяться по мере развития технологий 3D-печати и материалов.
Пластики в 3D-печати
Инженеры-материаловеды продолжают расширять возможности термопластиков для FDM-печати. Вот некоторые из них: усовершенствованные нити способный печатать долговечные конечные продукты:
- ASA (акрилонитрилстиролакрилат)обеспечивает устойчивость к ультрафиолетовому излучению, близкую к ABS, а также устойчивость к погодным условиям на открытом воздухе.
- ПК (поликарбонат)Для производства сверхпрочных пластиковых деталей, способных в некоторых случаях заменить обработанные металлические детали, необходимо знание технологии печати для обеспечения хорошей межслоевой адгезии.
- ТПУ (термопластичный полиуретан) и гибкие нити ТПЭпозволяют создавать резиноподобные отпечатки с исключительной гибкостью для таких применений, как носимые устройства или специальные ручки.
- ПЭЭК (полиэфирэфиркетон)ПЭЭК выдерживает агрессивные химические вещества и процедуры стерилизации, что делает его пригодным для производства медицинских приборов и научных инструментов. Однако непомерно высокая цена филамента ПЭЭК серьёзно ограничивает его применение за пределами промышленности.
3D-печать металлами
До недавнего времени металлы были исключительно областью применения дорогостоящих промышленных SLS- или DMLS-принтеров в аэрокосмической и медицинской отраслях. Широко используются нержавеющая сталь, титан, никель и алюминиевые сплавы. Компактные 3D-принтеры для металла, предназначенные для мастерских, университетов и дизайн-студий, теперь расширяют доступ к ним благодаря более низкой стоимости оборудования. Большинство из них используют метод связанного осаждения металла для экструзии композитных нитей, содержащих до 70% металлического порошка.
1. Нержавеющая сталь – высокая прочность и коррозионная стойкость
Печать на нержавеющей стали Обеспечивает исключительную размерную стабильность деталей, эксплуатируемых на открытом воздухе или подвергающихся воздействию химических веществ. Адгезия слоя связанного металла позволяет печатать даже мосты или нависающие элементы без опор.После спекания детали можно подвергать механической обработке, нарезанию резьбы и полировке, что позволяет получить свойства, напоминающие свойства традиционно производимой нержавеющей стали.
2. Титан – чрезвычайно легкий и прочный
Авиационно-космическая промышленность часто работает с титановыми сплавами, поскольку по соотношению прочности к весу они превосходят алюминий. 3D-печать сложных титановых деталей Цельные изделия позволяют избежать сварных соединений, которые ослабляют обработанные титановые конструкции. Высокая стоимость титанового порошка остается препятствием за пределами таких отраслей, как автоспорт, где требуются лёгкие металлические компоненты.
3. Алюминий – доступный альтернативный металл
Алюминий широко используется благодаря своей лёгкости и коррозионной стойкости. 3D-печать металлом позволяет объединять алюминиевые детали, изготовленные ранее в виде сборных узлов. Прототипы оснастки, компоненты робототехники и конструкторские модели — всё это выигрывает от Алюминий, напечатанный на 3D-принтере. По мере дальнейшего снижения стоимости принтеров малый бизнес может использовать быструю алюминиевую оснастку, не завися от внешних поставщиков.
3D-печать керамики и экзотических материалов
Техническая керамика из оксида алюминия, диоксида циркония и карбида кремния требует чрезвычайно высоких температур и точной обработки инструментами для эффективной обработки. Такие детали, как керамические рабочие колеса насосов и системы наведения ракет, ранее невозможно было изготовить вне специализированных литейных цехов. 3D-печать устраняет эти барьеры с помощью технологий спекания сложных керамических компонентов в порошковом слое.
Кроме того, возможности выходят за рамки одной лишь керамики. По мере того, как всё больше исследований изучают использование металлических и керамических порошков с струйным нанесением связующего, даже редкие и драгоценные материалы, такие как серебро или золото, можно печатать на 3D-принтере. Эта технология может облегчить создание индивидуальных медицинских имплантатов или электронных устройств с интегрированными токопроводящими дорожками, напечатанными из настоящей медной или графеновой пасты. Мы только начинаем исследовать потенциальные возможности Керамика, напечатанная на 3D-принтере, стекло и экзотические материалы.
Композитные материалы и 3D-печать
В то время как пластмассы, металлы и керамика по-прежнему остаются традиционными материалами, используемыми в производстве, композиты, сочетающие полимеры с другими армирующими элементами, обеспечивают превосходные механические характеристики, недостижимые с помощью обычных методов.
1. Композитные материалы из углеродного волокна, напечатанные на 3D-принтере
FDM-печать с углеродное волокно заполняет детали легким и жестким полимером. Жесткие нити требуют использования сопел из закаленной стали для печати износостойких компонентов, которые прочнее нейлона и приближаются к алюминию. Области применения варьируются от индивидуальных рам квадрокоптеров до высокопроизводительных автомобильных деталей.
2. Композиты с металлическим и древесным наполнителем
Метод послойного наплавления также позволяет легко комбинировать стандартные АБС- и ПЛА-пластики с металлическими порошками или древесной массой для изменения эстетических, термических и функциональных свойств. Отпечатки с добавлением латуни, меди и бронзы визуально напоминают обработанный металл, сохраняя при этом лёгкость пластика. Древесный наполнитель даже позволяет воссоздать реалистичные узоры волокон для прототипов мебели.
Как выбрать идеальные материалы для 3D-печати
В связи с тем, что сегодня доступно так много машин и материалов для любых задач и бюджетов, для надлежащего соответствия технологии печати целям дизайна и требованиям к материалам необходимо провести исследование и учесть следующие ключевые факторы:
- Функциональность детали — будет ли она подвергаться нагрузкам или суровым условиям окружающей среды?
- Необходимая точность размеров и печати
- Механические свойства, такие как жесткость, износостойкость или температурные ограничения
- Стоимость материалов: экзотические нити могут иметь более высокую цену.
- Простота последующей обработки — подложки для печати с некоторых материалов легче удалять.
- Модель и характеристики вашего 3D-принтера. Возможности обработки материалов могут различаться.
Сравнение популярных материалов для 3D-печати по ключевым характеристикам
| Материал | Характеристики | Параметры печати | Расходы |
|---|---|---|---|
| НОАК | Средняя прочность, низкая гибкость, умеренная долговечность | 180-230°С | Низкий |
| АБС | Прочный, умеренно гибкий, очень долговечный | 210-250°С | Середина |
| ПЭТГ | Прочность и гибкость, высокая долговечность | 230-260°С | Середина |
| ТПУ | Средняя прочность, очень высокая гибкость, умеренная долговечность | 220-250°С | Средний-высокий |
| Нейлон | Высокая прочность и гибкость, превосходная долговечность | 240-260°С | Высокий |
| PEEK | Чрезвычайно прочный, минимально гибкий, очень долговечный | 360-400°С | Очень высокий |
| Смола | Прочность и долговечность зависят от типа, неэластичный, отверждается под воздействием УФ-излучения | Н/Д | Высокий |
Приобретение опыта остаётся критически важным перед началом работы над сложными изделиями. Постоянные инновации в области материалов также ежегодно расширяют возможности 3D-принтеров. Использование количественных данных, таких как паспорта безопасности или технические паспорта, помогает инженерам и конструкторам выбирать и оценивать оптимальный материал для каждой конкретной задачи.
Постобработка 3D-печатных объектов
Только что отпечатанный материал, только что с платформы, редко удовлетворяет требованиям сразу после изготовления. Различные методы финишной обработки повышают прочность, эстетику и функциональность:
- Удаление опорных конструкций– Отломите опоры или растворите их в химических ваннах.
- Шлифовка и опиливание– Сглаживает поверхностные переходы между слоями, видимые на отпечатках.
- Грунтовка и покраска– В частности, SLA-отпечатки необходимо сглаживать, герметизировать и красить, чтобы скрыть неровности печатного слоя, обнаруживаемые после шлифовки.
- Соединение частей- Склеивание компонентов с использованием растворителей, эпоксидных смол или сварочных швов MABS.
- Металлические принты– Требуются циклы удаления связующего и спекания для сжигания полимеров и сплавления порошков в твердые металлы.
Будущее материалов для 3D-печати
3D-печать продолжает расширяться, переходя от узкоспециализированного быстрого прототипирования к производству готовых изделий в различных отраслях. Благодаря экономии масштаба, снижению стоимости принтеров и более широкому ассортименту материалов, будущее полностью распределённого производства по запросу представляется вполне реальным. Однако истинное устойчивое развитие зависит от перестройки цепочек поставок для экономии ресурсов по мере развития технологий.
Прорывы в возобновляемые биопластики и зеленая химия Можно минимизировать отходы и потребление энергии при синтезе материалов для 3D-принтеров. При разработке новых композитов или технических полимеров также необходимо уделять больше внимания возможности вторичной переработки. Благодаря совместным усилиям компаний, исследователей и регулирующих органов 3D-печать может обеспечить экологически безопасный и равноправный доступ к промышленным товарам во всем мире.
Вынос
По мере того, как принтеры и материалы совершенствуются, предлагая всё большую точность, прочность и функциональность при меньших затратах, возможности безграничны. Зная основные методы, материалы и методы постобработки, описанные здесь, инженеры могут использовать 3D-печать для создания совершенно новых продуктов и новых направлений бизнеса. Поддержание ответственных и устойчивых методов работы по мере дальнейшего распространения 3D-печати обеспечит развитие этой технологии в направлении справедливого и процветающего будущего во всем мире.
