 |
Виды печати в аддитивном производстве
|
|
|
|
Виды печати в аддитивном производстве
Итак, полимеры ABS и PLA – являются абсолютными лидерами использования на рынке аддитивных технологий, которые используют пользователи для собственных нужд или малыми предприятиями.
В свою очередь, 3D оборудование для печати металлическими составами активно используется в промышленности, но настольные принтеры для работы с металлом по доступной цене на рынке представлены в небольшом количестве. Причин для этого несколько:
- дороговизна реализации технологии лазерного спекания;
- быстрое и неравномерное охлаждение смеси;
- появление в материале полостей и трещин при затвердевании.
Для изготовления металлических изделий предлагается использовать сплавы алюминия. В бытовых условиях составы непригодны для работы. Чтобы приспособить к печати недорогой, доступный материал, необходимо его предварительно покрыть частицами гидрида циркония и тогда на выходе получаются легкие и прочные модели.
Рассмотрим более подробно применение прутковых и нитевидных филаментов с добавлением металла.
В домашних условиях можно использовать для послойного наплавления, сделанные из металла с примесью пластика. Такой материал легче плавится и может использоваться любым современным FDM-принтером. Готовая распечатка получит металлический внешний вид и приближенный к оригиналу вес. Предметы напечатанные при помощи 3D- принтера с использованием металла+PLA, будут выглядеть и ощущаться, как если бы они были сделаны из бронзы, латуни или меди, и могут быть отполированы или искусственно состарены как перечисленные металлы.
Получение металлических 3D–распечаток – дело более сложное, чем обычно, поэтому приходится дорабатывать сопла 3D–принтера, особенно, если речь идет о принтере начального уровня. Металлический филамент быстро его изнашивает. Сопла придется заменять чаще, потому что металлический филамент очень абразивен. И надо позаботиться о конечной доводке поверхности (чистке, зачистке, смазке, покрытии воском или грунтом), чтобы напечатанный металлический объект приобрел нужный вид. Цена на катушки с металлическим филаментом практически в три раза выше, чем на катушки с пластиком.
|
|
|
Рассмотрим процесс 3D-печати с использованием листовых и пленочных материалов. Процесс печати производится посредством связи принтера с персональным компьютером. Для начала работы необходимо создать трехмерное изображение на ПК. В принтере устанавливаются специальные листы, которые могут быть практически из любого материала от обычной бумаги до керамики. Все зависит от модели 3d-принтера. Чаще используется обычная полимерная пленка, так как она дешевле и ее толщина от 0, 15 мм, что влияет на точность деталей полученного изделия. В местах, где склеивание не требуется, происходит нанесение специального вещества – антиклея при помощи фломастеров и карандашей, имеющих диаметр от 0, 3 до 6 мм. После этого наносится следующий слой пленки и посредством валика, который прокатывается по ним, производя давление и нагрев. Это приводит к спеканию двух слоев между собой. Далее, лазером или специальным ножом прибор обрезает все лишние детали и процесс повторяется. После завершения процесса полученную деталь надо забрать из 3d-принтера и очистить от обрезков. Далее можно произвести дополнительную механическую обработку: шлифование, покрытие лаком, покраска.
Какие при этом используются материалы:
- металлическая фольга или тонкие металлы;
- обычная или ламинированная бумага;
- полимерная пленка;
- керамика.
Бумага – бюджетный и экологичный материал для 3Д-печати. Материал не отличается долговечностью, но трехмерные изделия в технике бумажной печати выглядят максимально натуральными. Бумажная печать на 3D принтере – многофазный процесс, значительная часть которого не видна со стороны:
|
|
|
• в принтер загружаются листы, специальный клей и краска;
• измельчитель превращает материал в целлюлозную массу;
• сопла с краской с двух сторон полностью пропитывают волокна в соответствии с закруженным в память макетом;
• головка с клеящим составом обрабатывает поверхность заготовки.
Аддитивное производство: классификация
Базовая классификация аддитивного производства осуществляется по различным основаниям. Во-первых это применение или отсутствие лазера в процессе изготовления детали. Изготавливается ли деталь с помощью теплового воздействия, облучения ультрафиолетовым или видимым светом, посредством связующего состава.
Аддитивные технологии в производстве с использованием лазера делятся на SLM (селективная лазерная плавка) и LMD (лазерное осаждение металлов) технологии.
SLM технология предполагает, что сначала формируют слой, насыпают на рабочую платформу дозу порошкового материала и разравнивают порошок с помощью ролика или «ножа», создавая таким образом ровный слой материала определенной толщины; затем выборочно (селективно) обрабатывают порошок в сформированном слое лазером, скрепляя частички порошка (сплавляя или склеивая) в соответствии с текущим сечением исходной CAD-модели. Эта технология в англоязычной традиции называется «Bed Deposition», т. е. предполагается, что есть некая платформа – Bed, на которой сначала формируют слой, а затем в этом слое выборочно отверждают строительный материал. Положение плоскости построения неизменно. При этом часть строительного материала остается в созданном слое нетронутой. Этой технологии достаточно точно соответствует термин «селективный синтез» или «селективное лазерное спекание»
LMD технология - «прямое или непосредственное осаждение (материала)», т. е. непосредственно в точку, куда подводится энергия и где происходит в данный момент построение фрагмента детали. В данном случае не формируется слой строительного материала, а материал подается в конкретное место, куда в данный момент времени подводится энергия и где идет процесс формирования детали. Подобно тому, как сварщик вводит материал (электрода) в то место, где за счет электрической дуги формируется зона расплава.
|
|
|
Рассмотрим общую классификацию аддитивного производства.
1. К первой категории относится технологии выдавливания материала, в соответствии с которой в место построения модели через подогреваемый экструдер выдавливается материал – смесь металлического порошка и связующего-пластификатора. Построенную таким образом грин-модель («green» - «зеленая», незрелая, сырая) помещают в печь для удаления связующего и дальнейшего спекания.
2. Ко второй категории относится модельный материал – обычно фотополимер или воск, подается в зону построения через многоструйную головку.
3. К третьей категории относятся так же струйные технологии, где в отличие от технологии Material jetting, в зону построения впрыскивается не модельный материал, а связующий реагент.
4. К четвертой категории относят технологии, предполагающие использование в качестве строительного материала листовой материал в виде, полимерной пленки, металлической фольги, листов бумаги и т. д. В данной технологии тонкие металлические пластины сваривают с помощью ультразвука и затем «лишний» металл удаляют фрезерованием.
5. К пятой категории относят технологии, предполагающие использование жидких модельных материалов – фотополимерных смол, в частности SLA-технология (3D Systems).
6. В шестую категорию входит многочисленная группа SLS-технологий, в которых применяется лазер в качестве источника тепла, а также ряд других, не лазерных технологий, где используется электронный луч.
7. В седьмую категорию входят технологии, согласно которым строительный материал и энергия для его сплавления подводятся одновременно в место построения изделия. Эти технологии предполагают применение машин, рабочий орган которых – головка, оснащена системами подвода строительного материала и энергии, обычно в виде сфокусированного лазерного излучения или электронного луча.
|
|
|
Перейдем теперь к рассмотрению такой технологии аддитивного производства, как фотополимеризация в ванне для экструзии:
а) SLA (лазерная стереолитография) - Технология предполагает использование специального фотополимера – светочувствительной смолы в качестве модельного материала. Основой в данном процессе является ультрафиолетовый лазер, который последовательно переводит поперечные сечения модели на поверхность емкости со светочувствительной смолой. Фотополимер затвердевает только в том месте, где прошел лазерный луч. Затем новый слой смолы наносится на затвердевший слой, и новый контур намечается лазером. Процесс повторяется до завершения построения модели. Стереолитография — наиболее популярная технология быстрого прототипирования для получения высокоточных моделей. Сфера применения от медицины до тяжелого машиностроения. SLA- технология позволяет быстро и точно построить модель изделия практически любых размеров. Качество поверхностей зависит от шага построения. Современные машины обеспечивают шаг построения 0, 025 — 0, 15 мм. SLA-технология дает наилучший результат при изготовлении мастер-моделей для последующего изготовления силиконовых форм и литья в них полимерных смол, а также используется для выращивания ювелирных мастер-моделей.
б) Цифровая обработка светом - Аналог SLA технологии.
В отличии от технологии стереолитографии, использующей сканирующий ультрафиолетовый лазер для того, чтобы сделать жидкий материал твердым, DLP принтер работает по схожему принципу, однако использует DLP-прожектор, который воздействует на каждый слой. Как только первый слой застывает на платформе, платформа опускается немного глубже в резервуар со смолой, а прожектор засвечивает новое изображение, чтобы затвердел следующий слой. Материалом для печати является Жидкая смола.
с) Непрерывная цифровая обработка светом. Технология Непрерывной цифровой светодиодной печати такая же, как у DLP печати, единственное отличие – печать предполагает постоянное движение платформы вверх по оси Z, что увеличивает скорость производства модели. Используемые материалы - прозрачные и литейные смолы.
Рассмотрим более подробно технологию FDM - Моделирование методом наплавления или экструзией. Эта технология является наиболее распространенная среди персональных 3D принтеров. Технология работает по принципу наплавления материала слоями. Пластиковые или металлические нити разматываются из рулона или картриджа и поступают в печатающую головку (экструдер). Экструдер разогревает нити до жидкого состояния и выдавливает материал через сопло, перемещаясь в горизонтальном и вертикальном направлениях, слой за слоем формируя объект. Материал для печати: Термопластики (PLA, ABS, PVA, HIPS и т. п. ), легкоплавкие металлы и сплавы, съедобные материалы (шоколад и др. )
|
|
|
