 |
Материалы в аддитивном производстве
|
|
|
|
Материалы в аддитивном производстве
К наиболее распространенным в аддитивном производстве материалам относятся фотополимеры – вещества, изменяющие свои свойства и агрегатное состояние при попадании на них ультрафиолетовых лучей (светочувствительная смола). Многообразие свойств делает эти материалы по-настоящему универсальными. Фотополимерные модели могут иметь различные цвета, быть эластичными и жесткими, матовыми и прозрачными, композитными, термостойкими, биосовместимыми, схожими по свойствам с полипропиленом и ABS-пластиками и обладать многими другими характеристиками. Благодаря такому разнообразию они используются в широком спектре отраслей – от производства обуви до авиакосмической промышленности.
Нитевидные или прутковые расходные материалы. Материалы этого типа делятся на полимеры и металлы. Чаще всего применяют: ABS (Акрилнитрил-бутадиен-стирол), полимер полимолочной кислоты (PLA) и т. д. Печать металлической проволокой – более специфический тип аддитивного производства. Именно применение металла считается наиболее перспективным направлением в авиастроении и космическом производстве.
Листовые и пленочные материалы. Данный тип материалов также делится на полимеры (ПВХ-пленки) и металлы (фольга, листовой прокат). Используется не так часто, как сырье иного типа, и принтеры для работы с ними более редки. В основном, функция подобной печати у принтеров используется как дополнительная.
К сыпучим материалам для 3Д-печати относят пески, полимеры и металлопорошки. Пески: кварцевые, циркониевые, керамические и хромированные пески, в основном, используют для печати форм, в которых выполняется металлическое литье.
|
|
|
Сыпучие полимеры – полиамид, полистирол, PMMA (Полиметил/метакрилат) и др. Они используются производственными лазерными SLS-принтерами, создающими изделия с особыми характеристиками: гибкие, прочные, со стойкостью к смене температур и износу. Металлопорошки делятся на алюминиевые, медные, титановые, серебряные, хром- кобальтовые и др. Самый распространенный способ печати такими материалами – использование SLM-принтеров. Чаще всего применяются данные аддитивные технологии в машиностроении.
Рис. 2. Классификация аддитивных технологий по материалу
https: //extxe. com/9643/klassifikacija-i-terminologija-additivnyh-tehnologij/
В зависимости от сферы применения, профессиональной или промышленной, фотополимерные смолы используются в двух типах 3D-принтеров – на базе технологии многоструйной печати (MJP) или лазерной стереолитографии (SLA).
В первом случае жидкий фотополимер, подаваемый в аддитивную установку, накладывается тонкими слоями и приобретает прочность под действием ультрафиолетовой лампы. Во втором – материал находится в специальной ванне принтера и затвердевает под лучом лазера.
Преимущества фотополимеров в сравнении с другими материалами для 3D-печати:
1. Высокая детализация и идеально гладкие поверхности напечатанных объектов.
2. Возможность выращивать геометрически сложные изделия.
3. Превосходные физико-механические свойства готовых моделей и прототипов.
4. Большой выбор материалов для 3D-печати с различными свойствами.
5. Простота постобработки – их легко склеивать, шлифовать, окрашивать и проводить различные манипуляции.
6. Точность. Напечатанные на фотополимерном 3D-принтере объекты сложной геометрии могут иметь очень тонкие части – до 0, 025 мм
Также есть материалы, которые не входят в основную классификацию, но используются все активнее. Аддитивные технологии в строительстве подтверждают эту тенденцию. К примеру, разработчики работают над повышением эффективности 3D-устройств для печати бетоном.
|
|
|
Металл для аддитивных установок выпускается в виде мелкодисперсных сферических гранул с величиной зерна от 4 до 80 микрон. На данный момент доступно более 25 видов материалов и их количество увеличивается. Применяются металлические порошки при изготовлении функциональных деталей, технических прототипов, штампов, прессовых вставок, элементов пресс-форм для литья и т. д.
К преимуществам 3D-печати металлами относят:
- более высокие показатели плотности: в 1, 5 раза выше, чем при литье;
- возможность создания миниатюрных и геометрически сложных объектов и других неповторимых форм в виде закрытых бионических структур;
- широкий выбор металлических сплавов, как стандартных, так и специальных;
- сокращение циклов производства и ускорение выхода готовой продукции.
Нитевидные и прутковые материалы делятся на полимеры и металлы.
Основные виды полимеров – это ABS (Акрилнитрил-бутадиен-стирол), который является - аморфный термопластик с хорошими физическими свойствами и высокой стойкостью к химическому воздействию. Это недорогой материал для использования в помещениях. Раньше (ABS) был самым популярным материалом для 3D-печати. Он дешевый, прочный, слегка гибкий, легкий и легко выдавливаемый материал, хорошо подходит для 3D печати. Это тот же пластик, из которого делают LEGO и велосипедные шлемы.
PLA (полиактид) твёрже ABS, что делает напечатанные объекты немного более хрупкими. Широкая цветовая гамма, возможность изготовления полупрозрачных деталей и гладкая поверхность привлекают пользователей, печатающих выставочные модели или небольшие изделия для использования в быту. Полиэтилен терефталат (PET) превосходит ABC и PLA прежде всего по характеристикам прочности и гибкости. Настройка печати достаточно проста и неприятные запахи отсутствуют. Материал полиэтилен терефталат можно использовать повторно.
При печати в домашних условиях возможно создавать практические металлические объекты при помощи филамента, в который добавлены металлические порошки (их процент варьируется от 50 до 85%). Ими можно печатать даже при «умеренных» температурах от 190 до 200 градусов Цельсия.
|
|
|
АВС-полимеры и их преимущества:
· Недорогой
· Легко поддается обработке обычными инструментами
· Легко поддается окраске посредством наполнения ингредиентом
· Низкая масса
· Хорошая стойкость к химическому воздействию
· Прекрасные изоляционные свойства
· Высокая прочность, долговечность, стойкость к ударным нагрузкам
· Подходит для движущихся частей, автомобильных деталей, корпусов электроники и игрушек.
Но ABS имеет несколько существенных недостатков, поэтому он потерял популярность. Во-первых, он требует более высокой температуры, достигая точки плавления в диапазоне 210 ° С - 250 ° С. Кроме того, его использование требует обязательного наличия подогреваемой платформы, чтобы пластик не деформировался при частичном остывании в процессе печати.
Другим недостатком этого материала являются интенсивные испарения, которые возникают во время печати и могут быть опасны для людей и животных испытывающих трудности с дыханием. 3D-принтер должен находиться в хорошо вентилируемой зоне, вдыхать ABS вредно.
Полимер полимолочной кислоты (PLA) обогнал ABS в популярности и стал любимым материалом для многих 3D-энтузиастов. Это биоразлагаемый термопластик из возобновляемых ресурсов. PLA-материалы являются гораздо более экологически чистыми, чем другие пластмассы.
Другая интересная особенность PLA - то, что он не пахнет неприятно при печати и намного безопаснее для применения в помещении. Плюс, пластик не сокращается так резко, когда остывает, так что вам не обязательно нужна платформа с подогревом на 3D-принтере (хотя это всё равно полезно). PLA твёрже ABS, что делает напечатанные объекты немного более хрупкими, материал плавится в диапазоне 180 ° С - 230 ° С.
Преимущества PLA:
• Прочный, удобный для пользователей, долговечный
• Идеален для печати маленьких игрушек
• Более высокая скорость печати, более плавный переход между слоями
• Малая усадка при охлаждении, меньшая деформация по сравнению с ABS
• Платформа с подогревом не обязательна
• Простота печати
Недостатки PLA:
• Гибкость низкая, прочность на изгиб небольшая
• Более хрупкий, чем ABS
• Не растворим
• Общий температурный диапазон печати составляет 180 ° C - 230 ° C
|
|
|
