Технологии 3D печати

Существует несколько технологий печати, используемых 3D принтерами, но их важно систематизировать, чтобы лучше понимать особенности каждой из них. Далее будет описано, какие материалы применимы в каждом случае, основные принципы технологий  и вопросы выбора той или иной технологии для изготовления определенных объектов и деталей.

Вообще все 3D принтеры можно условно разделить на 2 крупные категории, включающие более мелкие:

• Первые что-то выливают, распыляют или выдавливают;
• Вторые работают на базе склеивания или спекания определенных частиц.

Из большой категории выдавливающих, выливающих или распыляющих можно выделить несколько видов оборудования.

Принтеры FDM

Принтеры FDM осуществляют выдавливание определенного материала послойно посредством сопла-дозатора, пока не будет получен конечный результат. К данной категории принадлежат устройства таких видов, как:

• Кулинарные принтеры, работающие с сыром, тестом, глазурью;
• Stratasys-принтеры,
• Мейкерботоподобные
• Медицинские принтеры, применяющие «живые» чернила, то есть медицинский гель с помещенным в него комплексом живых клеток.

Принтеры с технологией Polyjet

Технология Polyjet разработана израильской компанией в 2000 году. Ее суть состоит в том, что происходит выстреливание фотополимера тонкими соплами, аналогично струйной печати. Материал моментально полимеризуется на поверхности объекта под ультрафиолетовым воздействием. Polyjet позволяет печатать разными материалами и веществами.

У данной технологии имеется ряд преимуществ:

• Слой по толщине может составлять до 16 микрон;
• Высокая скорость печати, обеспечиваемая за счет того, что жидкость максимально быстро наносится.

У технологии Polyjet есть и недостатки:

• Можно использовать исключительно фотополимер. Это вещество представляет собой дорогостоящий узкоспециализированный пластик, который достаточно хрупок и очень чувствителен к ультрафиолету.

Данная технология нашла применение в медицине и изготовлении прототипов в промышленных объемах.

Технология LENS

При использовании данной технологии происходит выдув материала в порошкообразной форме ил сопла, а далее он оказывается под лазерным лучом, сфокусированным в определенной точке. Частично порошок не попадает в зону обработки, а часть, оказывающаяся под лазерным лучом, спекается моментально, формируя трехмерный объект слой за слоем. Для печати стальных и титановых объектов используется именно такая технология. Именно этот способ печати объектов открыл двери большой промышленности для самой технологии 3D. Смешивание порошков разных материалов происходит на лету, что позволяет получать особые сплавы.

Технология LOM

Из тонких листов ламинированного материала вырезаются определенные элементы объекта, которые посредством специальной технологии склеиваются в цельный трехмерный объект. Этот процесс предполагает послойное наложение листа за листом до получения цельного крупного объекта. После этого происходит спекание и спрессовывание листов. Этот способ позволяет получить пластиковую, алюминиевую или бумажную 3D модель. Алюминиевые модели производятся из тонкой фольги, вырезаемой в соответствии с предопределенными контурами, а потом спекаемой слой за слоем посредством ультразвуковой вибрации.

Спекание и склеивание

Общая категория устройств, которые создают объекты посредством спекания или склеивания, может быть разделена на несколько видов приборов.  

SL (Stereolithography) Стереолитография

Имеется ванна малых габаритов, наполненная жидким полимером. Лазерный луч скользит по поверхности, и в месте его прохода происходит полимеризация вещества. После готовности одного слоя происходит перемещение платформы с деталью, заполнение пустоты жидким полимером, запекается следующий слой и так далее. Иногда случается наоборот: платформа с деталью движется вверх, при этом лазер помещен снизу.

Печать таким способом предполагает проведение постобработки объекта – избавление от лишнего материала, поддержку, шлифовку поверхности. В зависимости от конечных свойств объекта, может потребоваться запекание модели с использованием ультрафиолетовой духовки.

Фотополимер может оказаться токсичным, что требует соблюдения определенных мер безопасности при работе с ним, то есть требуются респираторы и защитные средства. Такой принтер достаточно проблематично содержать и обслуживать в домашних условиях.

LS (laser sintering)

Технология лазерного спекания имеет много общего с предыдущей, но жидкий полимер в данном случае заменен порошком, спекаемым посредством лазера. У данного способа имеются преимущества:

• Деталь не повредится при печати, так как порошок служит надежной поддержкой для нее;
• В продаже легко найти нужные материалы в порошковой форме. Допускается использование стального, бронзового, нейлонового, титанового порошков и прочих составов.

Имеются у данной технологии и вполне определенные недостатки:

• В результате поверхность изделия получается пористой;
• Существуют взрывоопасные порошки, поэтому их хранение происходит в камерах, заполненных азотом;
• Процесс спекания требует высокотемпературного воздействия, поэтому детали обычно остывают длительное время. В зависимости от толщины слоев и размеров деталей некоторые способны остывать до суток.

3DP (three dimensional printing)  

Технология предполагает, что на материал в форме порошка наносится клей, связывающий гранулы, поверх снова наносится порошок и так далее. В результате этого получается материал, схожий с гипсом.

Преимущества:

• Добавление красок в клей дает эффект в виде цветных объектов;
• Технология дешевая и энергоэффективная в сравнении с остальными;
• Подходит для офисного и домашнего пользования;
• Порошок для печати может быть любым: стекло, древесные опилки, переработанная резина, костный порошок и прочее;
• Может использоваться для печати съедобных объектов.

Недостатки:

• Поверхность в результате получается грубая, с разрешением примерно 100 микрон;
• Для придания объекту необходимых свойств его требуется спекать в специальных условиях.

Теперь, когда вам известно о технологиях 3D печати, вы можете определить тип оборудования, который вам необходим для решения поставленных задач.