Основные типы технологии 3D -печати

3D-печать оказала влияние на многие отрасли промышленности, позволив создавать прототипы, индивидуальные продукты и даже сложные медицинские имплантаты. Несмотря на то, что существует несколько методов 3D-печати, каждый из которых обладает своими преимуществами и оптимальными вариантами применения, важно понимать основные типы. В этой статье мы рассмотрим основы, области применения, плюсы и минусы наиболее распространённых технологий 3D-печати. ​​К ним относятся моделирование методом послойного наплавления (FDM), стереолитография (SLA), цифровая обработка света (DLP), селективное лазерное спекание (SLS), струйная печать материалов (Material Jetting), струйная печать по требованию (Drop on Demand), струйная печать с использованием связующего в песке (Sand Binder Jetting), струйная печать с использованием связующего в металле (Metal Binder Jetting), прямое лазерное спекание металлов (DMLS), селективная лазерная плавка (SLM) и электронно-лучевая плавка (EBM). Понимая эти методы, вы сможете выбрать подходящую для ваших задач 3D-печать.

Краткая сравнительная таблица:

Технология	Использованные материалы	Приложения	Преимущества	Недостатки
ФДМ	Пластики	Прототипы, модели	Дешево, просто	Более низкое качество
Соглашение об уровне обслуживания (SLA)	Смолы	Гладкие прототипы	Отличные детали	Дороже
СЛС	Полимерные порошки	Функциональные части	Прочные, долговечные детали	Дорогой
Струйная обработка материалов	Фотополимеры	Детали из разных материалов/цветов	Прекрасные детали, множество материалов	Ограниченное количество материалов
Министерство обороны США	Фотополимеры, воск	Модели, прототипы	Способность работать с несколькими материалами	Более медленная скорость
Струйное нанесение связующего (песок)	Песок, связующее	Формы для литья металла	Сложные конструкции	Ограниченное применение
Струйное нанесение связующего (металл)	Металлический порошок, связующее	Металлические детали	Гибкость дизайна	Требуется постобработка
ДМЛС	Металлические порошки	Функциональные металлические детали	Высокая прочность, сложная геометрия	Дорогие, ограниченные материалы
EBM	Металлические порошки	Высокопроизводительные компоненты	Превосходная сила	Очень дорого
ДЛП	Смолы	Гладкие прототипы	Высокая точность	Ограниченное количество материалов, дороговизна

Моделирование методом послойного наплавления (FDM)

Как работает FDM 3D-печать

ФДМ — одна из самых популярных и доступных технологий 3D-печати. ​​Процесс основан на подаче твёрдой пластиковой нити через нагретое сопло. Сопло расплавляет пластик и наносит его слой за слоем на рабочую платформу, создавая 3D-объект на основе цифрового дизайна.

Распространенные приложения

Технология FDM/FFF широко используется для прототипирования, разработки продукции, производства инструментов и приспособлений, а также создания концепт-моделей, арт-проектов и предметов для хобби. Она может использовать различные термопластичные материалы, такие как PLA, ABS, PETG, а также специальные нити.

Преимущества

• Доступная стоимость входа для настольные 3D-принтеры
• Широкий выбор материалов для различных применений
• Относительно простой и безопасный процесс

Недостатки

• Более низкое разрешение и качество поверхности по сравнению с некоторыми другими методами
• Видимые линии слоев на отпечатках
• Потенциальные проблемы как деформация и нанизывание

В целом, FDM/FFF обеспечивает хороший баланс между расходы, простота использования и универсальность для множества применений делают его популярным выбором в 3D-печати.

Стереолитография (SLA)

Процесс печати SLA

SLA — это технология 3D-печати, использующая ванну с жидкой фотополимерной смолой и ультрафиолетовый (УФ) лазер для послойного создания деталей. Лазерный луч прослеживает каждый слой по поверхности смолы, вызывая её выборочное затвердевание и формирование трёхмерного объекта.

Ключевые приложения

Технология SLA широко используется для создания высокоточных прототипов, моделей для литья по выплавляемым моделям и конечных деталей в таких отраслях, как стоматология, ювелирное дело и производство товаров. Способность создавать гладкие поверхности и воспроизводить сложные детали делает её подходящей для этих целей.

Преимущества

• Высокая точность и правильность
• Превосходное качество поверхности
• Возможность печати сложных геометрических форм и мелких деталей

Недостатки

• Более дорогие принтеры и материалы по сравнению с FDM 3D-печатью
• Ограниченный ассортимент материалов, в основном фотополимерные смолы
• Часто требуется последующая обработка, например удаление поддержек.
• Потенциальные проблемы со здоровьем и безопасностью при работе с жидкими смолами

Несмотря на более высокую стоимость, технология SLA обеспечивает превосходное качество печати и разрешение детализации, что делает ее ценной для различных задач прототипирования и мелкосерийного производства в различных отраслях.

Цифровая обработка света (DLP)

Как работает DLP-печать

ДЛП — ещё одна технология 3D-печати, использующая фотополимеры, но вместо лазера здесь используется проектор, который проецирует изображение каждого слоя на всю поверхность ванны со смолой. Это позволяет быстро и мгновенно затвердеть всему слою объекта.

Ключевые приложения

Технология DLP идеально подходит для создания высокоточных прототипов, литейных моделей, стоматологических моделей и мелкосерийного производства готовых деталей. Благодаря своей скорости она подходит для задач, требующих ускоренного выполнения заказов.

Плюсы и минусы

Преимущества

• Более высокая скорость печати по сравнению с SLA
• Высокая точность и разрешающая способность
• Может печатать сложные геометрические фигуры

Недостатки

• Дороже, чем FDM-принтеры
• Ограниченные возможности материалов на основе фотополимеров
• Требует осторожного обращения со смолой
• Может потребоваться дополнительная отделка/последующее отверждение

DLP обеспечивает чрезвычайно высокое разрешение при относительно высокой скорости, но при более высокой стоимости, чем FDM. Это отличный выбор для сложных прототипов, литья и специализированных производственных задач.

Селективное лазерное спекание (SLS)

Процесс SLS-печати

Селективное лазерное спекание (SLS) — это процесс 3D-печати, при котором с помощью мощного лазера мелкие частицы полимерного порошка сплавляются в твердую структуру.Лазер выборочно сканирует и спекает (сплавляет) порошок слой за слоем на основе 3D-модели.

Производственные приложения

Метод SLS широко используется для создания функциональных прототипов и производства готовых деталей в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и здравоохранение. Способность создавать прочные и термостойкие детали делает его пригодным для промышленного применения.

Преимущества

• Не требуется никаких опорных конструкций.
• Производит высокопрочные, функциональные детали
• Можно использовать различные полимерные материалы

Недостатки

• Дорогие промышленные принтеры
• Пористая поверхность может потребовать последующей обработки.
• Строгие требования к условиям эксплуатации
• Отходы материала из неспеченного порошка

Несмотря на более высокую стоимость, SLS обеспечивает превосходные механические свойства, идеально подходящие для изготовления прочных прототипов и деталей конечного использования, где прочность и термостойкость имеют решающее значение.

Струйная обработка материала (МДж)

Процесс печати MJ

Печать MJ, также известная как ПолиДжет Многоструйная печать (MultiJet) — это технология 3D-печати, при которой жидкие фотополимерные материалы выборочно наносятся струей и послойно отверждаются под действием ультрафиолетового излучения. Печатающие головки одновременно наносят основной и вспомогательный материалы.

Типичные применения

MJ превосходен в производстве высокодетализированных прототипов, концептуальных моделей и готовых деталей для таких отраслей, как дизайн продукции, производство, стоматология, медицина и ювелирное дело. Возможность печати различными материалами и цветами за один цикл делает его универсальным.

Преимущества

• Возможность печати на нескольких материалах и в нескольких цветах
• Высокая точность и разрешение мелких деталей
• Гладкая поверхность часто требует минимальной последующей обработки.

Недостатки

• Более дорогие принтеры и материалы
• Вспомогательный материал должен быть удален
• Ограниченные возможности материала по сравнению с некоторыми технологиями

Благодаря возможности многоматериальной печати и высокой точности Material Jetting удовлетворяет разнообразные потребности в прототипировании и производстве, где важными требованиями являются сложные детали, текстуры и цвета.

Доставка по требованию (DOD)

Процесс печати Министерства обороны США

3D-печать Drop on Demand (DOD) Технология основана на выборочном нанесении капель жидких материалов, таких как фотополимеры или воск, на рабочую платформу. Капли выбрасываются через небольшие сопла, пока печатающая головка перемещается по платформе слой за слоем, создавая 3D-объект.

Промышленное и коммерческое использование

DOD обычно используется для визуализации моделей, концептуальных прототипов, литейных форм и мелкосерийного производства. Он находит применение в таких отраслях, как обрабатывающая промышленность, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, ювелирное дело и дизайн продукции.

Преимущества

• Возможность печати на нескольких материалах и цветах
• Гладкая поверхность с меньшей потребностью в последующей обработке
• Экономически эффективно для мелкосерийного производства

Недостатки

• Более низкие скорости по сравнению с некоторыми технологиями
• Ограниченные материальные возможности
• Часто требуются опорные конструкции

Благодаря возможности печати на различных материалах и доступной стоимости при небольших объемах производства DOD представляет собой универсальное решение для создания подробных моделей, прототипов и мелкосерийной продукции в различных секторах.

Струйная обработка связующего песка

Как работает струйная обработка связующего песка

Песок Струйная подача связующего Это процесс 3D-печати с использованием двух материалов: песка и жидкого связующего. Слои песка наносятся и выборочно соединяются путем нанесения связующего в нужных областях на основе данных 3D-модели. В результате послойного создания песчаных форм или стержней создаются сплошные песчаные формы или стержни.

Приложения

Технология струйной печати песчано-связующего материала (SBJ) в основном используется в литейном производстве и при литье металлов для быстрой 3D-печати песчаных форм и стержней для литья металлов. Она позволяет создавать сложные геометрические формы и ускоряет производство по сравнению с традиционными методами формования.

Преимущества

• Экономически эффективное производство песчаных форм/стержней
• Позволяет печатать сложные геометрические фигуры
• Экологически чистый, так как используется натуральный песок.

Недостатки

• Печатные формы имеют ограниченную прочность и требуют отверждения.
• Разрешение может быть ниже, чем у некоторых других процессов 3D-печати.
• Применение в основном ограничивается производством песчаных форм/стержней

Хотя применение технологии Sand Binder Jetting ограничено литейным производством, она предлагает экономически эффективное решение для аддитивного производства, позволяющее быстро создавать сложнейшие песчаные формы и стержни для литья металлов.

Струйная обработка металлического связующего

Как работает струйная обработка металлического связующего

Технология струйной обработки металлическим связующим позволяет создавать детали послойно, используя двухкомпонентную систему металлического порошка. Тонкие слои металлического порошка наносятся, а жидкое связующее избирательно соединяется с ними на основе данных 3D-модели, образуя «сырую деталь». Эта «сырая» деталь проходит дальнейшую обработку, включая удаление связующего, спекание и инфильтрацию, для получения конечного плотного металлического компонента.

Приложения

Эта аддитивная технология находит применение в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская, для производства металлических деталей и компонентов сложной геометрической формы. Она позволяет изготавливать по индивидуальному заказу металлические детали, инструменты и функциональные прототипы.

Преимущества

• Производит металлические детали высокой плотности и высокого качества с хорошими свойствами материала.
• Обеспечивает свободу дизайна и геометрическую сложность, которую трудно преодолеть с помощью традиционных методов.
• Экономичность по сравнению с некоторыми другими процессами 3D-печати по металлу

Недостатки

• В настоящее время имеется ограниченный выбор совместимых материалов.
• Требуются дополнительные этапы постобработки, такие как удаление связующего и спекание
• Качество конечной детали может варьироваться в зависимости от параметров процесса.

Сочетая в себе гибкость проектирования, экономическую эффективность и возможность создания металлических деталей полной плотности, технология Metal Binder Jetting становится все более привлекательным выбором для требований промышленного производства металлических деталей.

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)/селективное лазерное плавление (SLM)

Процесс печати DMLS/SLM

DMLS и SLM Это аналогичные процессы аддитивного производства, при которых металлические детали изготавливаются послойно с помощью мощного лазера. Тонкие слои мелкодисперсного металлического порошка равномерно распределяются, и лазер выборочно плавит или спекает частицы порошка, основываясь на данных 3D-модели, сплавляя металл и формируя деталь.

Ключевые приложения

Технологии DMLS/SLM широко применяется в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, автомобильной, медицинской и стоматологической промышленности благодаря своей способности производить сложнейшие и прочные металлические компоненты с превосходными механическими свойствами и высоким разрешением. В аэрокосмической промышленности они используются для изготовления лёгких конструкционных деталей и компонентов двигателей. В автомобильной промышленности они позволяют создавать функциональные прототипы и серийные детали. Медицинские применения включают изготовление индивидуальных имплантатов и хирургических шаблонов. В стоматологии DMLS/SLM находит применение в производстве коронок, мостов и каркасов съёмных частичных зубных протезов.

Преимущества:

• Производит прочные металлические детали высокой плотности с хорошими свойствами материала
• Позволяет создавать сложные геометрические формы, трудно поддающиеся традиционному производству
• Детали практически не требуют постобработки

Недостатки:

• Дорогой промышленные принтеры и металлические порошки
• Ограниченный выбор материалов по сравнению с некоторыми технологиями
• Необходимые опорные конструкции, которые необходимо удалить
• Высокое потребление энергии

Технологии DMLS и SLM, обеспечивающие исключительную свободу проектирования в сочетании с возможностью создания прочных функциональных металлических деталей, представляют собой универсальные решения для производства высокопроизводительных компонентов в различных отраслях.

Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)

Как работает EBM

EBM — это процесс 3D-печати Технология использует сфокусированный электронный луч в высоком вакууме для выборочного плавления слоёв металлического порошка в соответствии с цифровой 3D-моделью. Электронный луч нагревает и плавит частицы металлического порошка, заставляя их сплавляться и затвердевать, образуя послойно нужную деталь.

Высокопроизводительные приложения

Технология EBM идеально подходит для производства высококачественных, полностью плотных металлических деталей с превосходными механическими и термическими свойствами. Она находит применение в отраслях, требующих высокопроизводительных компонентов, таких как аэрокосмическая промышленность (детали авиационных двигателей и структурные элементы), автомобильная промышленность (высоконапряжённые компоненты, такие как лопатки турбин), медицина (индивидуальные ортопедические и стоматологические имплантаты), а также энергетика (детали газовых турбин и оборудования для генерации электроэнергии).

Преимущества

• Создает детали со снятым напряжением и превосходными механическими свойствами
• В большинстве случаев нет необходимости в опорных конструкциях
• Высокая скорость печати по сравнению с некоторыми процессами 3D-печати по металлу
• Можно использовать ряд высококачественных металлических материалов

Недостатки

• Чрезвычайно дорогое промышленное оборудование и эксплуатационные расходы
• Требуются высокоспециализированные объекты и квалифицированные операторы
• Ограниченная совместимость материалов по сравнению с некоторыми технологиями
• Ограничения по размеру детали из-за размеров рабочей камеры

Несмотря на высокие затраты и особые эксплуатационные требования, технология EBM обеспечивает уникальные преимущества при производстве прочных, высоконадежных металлических деталей для требовательных применений в различных отраслях промышленности, где требуются высокопроизводительные компоненты.

Воплотите свои проекты в жизнь с помощью 3D-печати

В этой статье рассматривается широкий спектр процессов 3D-печати — от настольных FDM и SLA для доступного прототипирования до промышленной SLS для производства долговечных деталей. Многокомпонентные технологии позволяют создавать сложные разноцветные объекты. Прямое лазерное спекание металлов и струйная печать связующим позволяют создавать высокопроизводительные металлические компоненты с гибкими возможностями проектирования.Специализированные процессы, такие как электронно-лучевая плавка, позволяют создавать чрезвычайно прочные детали для требовательных отраслей. По мере развития 3D-печати, появления более совершенных материалов, более высоких скоростей и точности, её внедрение в потребительском и промышленном секторах будет расти. Выберите правильную технологию 3D-печати, чтобы воплотить свои идеи в реальность.

Читать далее

• ABS или PLA: какой из них лучше подойдет для ваших нужд 3D-печати?
• Есть ли запах у 3D-печати? Что нужно знать
• Руководство по материалам для 3D-печати: инновационное производство
• Советы и рекомендации для успешной FDM 3D-печати