Полное руководство по 3D-печати

3D-печать — это технология цифрового прототипирования и производства, которая изготавливает пластиковые или металлические детали по одному слою за раз. Это также известно как аддитивное производство, потому что материал постепенно добавляется для создания детали, в отличие от субтрактивных производственных процессов, таких как обработка с ЧПУ, лазерная резка, плазменная резка, гидроабразивная резка, штамповка и т. д., которые удаляют материал для формирования сырья. .

Несмотря на то, что 3D-печать была изобретена в 1980-х годах, в 21 веке ее популярность значительно возросла:3D-печать пластиком стала важным методом прототипирования, а аддитивное производство высококачественных металлов стало обычным явлением в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность и медицина.

Различные типы 3D-принтеров работают по-разному, хотя, как правило, имеют общие основные характеристики. Все 3D-принтеры управляются компьютерными инструкциями (в виде G-кода) и работают, переворачивая сырье — например, порошкообразного металла, жидкой смолы или термопластичной нити — в новую форму, слой за слоем, пока не будет построен полный трехмерный объект.

Несмотря на то, что аддитивное производство с производственным качеством растет, 3D-принтеры по-прежнему преимущественно используются в качестве инструмента для прототипирования. Это связано с тем, что они имеют очень низкие начальные затраты, не требуют инструментов и очень быстро печатают одноразовые элементы.

В этом руководстве рассматриваются основы 3D-печати, в том числе основные технологии и материалы для 3D-печати, преимущества 3D-печати по сравнению с аналогичными процессами и общие области применения 3D-печати.

Технологии 3D-печати

FDM

Моделирование наплавлением (FDM), иногда называемое изготовлением плавленых нитей (FFF), – это технология 3D-печати, при которой термопластичная нить печатается путем нагревания ее до расплавленного состояния, а затем выдавливается через сопло на движущуюся печатающую головку.

FDM работает путем выдавливания устойчивого потока термопластичного материала из печатающей головки, которая перемещается по двум осям (в соответствии с компьютерными инструкциями); экструдированный материал образует двухмерную форму на печатной платформе, охлаждается и в конечном итоге затвердевает. Затем печатающая головка постепенно поднимается, чтобы перейти к следующему 2D-слою, который печатается поверх первого, и этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет напечатана вся 3D-форма.

Благодаря разнообразию материалов, доступности и удобству использования в непромышленных средах FDM является доминирующей технологией 3D-печати для потребителей, а также широко используется в профессиональных средах в качестве инструмента прототипирования.

К ведущим производителям 3D-принтеров FDM относятся Stratasys, Ultimaker, MakerBot, FlashForge, Zortrax и LulzBot.

Соглашение об уровне обслуживания

Стереолитография (SLA) – это форма фотополимеризации в ванне, при которой лазерный луч создает трехмерные фигуры в ванне со светочувствительной жидкой смолой.

Процесс SLA заключается в перемещении высокосфокусированного лазерного луча по точной схеме в ванне со смолой. Поскольку смола светочувствительна, лазерный луч способен отверждать и затвердевать смолу, но только в тех областях, на которых он сфокусирован. Это позволяет 3D-принтеру SLA формировать твердую 2D-форму в жидкой смоле, прежде чем постепенно перемещать платформу сборки для перехода к следующему слою. (В родственной технологии фотополимеризации, цифровой обработке света (DLP), вместо лазерного луча используется проектор.)

SLA — это точный процесс 3D-печати, при котором получаются хрупкие пластиковые детали с гладкой поверхностью. Он используется для прототипирования и в таких областях, как стоматология и производство ювелирных изделий.

К ведущим производителям 3D-принтеров SLA относятся Formlabs, Creality, XYZprinting и DWS Systems.

SLS

Селективное лазерное спекание (SLS) – это технология 3D-печати, в которой используется лазерный луч для спекания частиц порошкового материала, обычно нейлона или полиамида.

Во время процесса SLS печатная платформа покрывается тонким слоем порошка. Затем управляемый компьютером лазер рисует в порошке двухмерную форму, сплавляя частицы и создавая твердую форму. После завершения 2D-слоя платформа для печати перемещается с шагом, чтобы можно было печатать последовательные слои. Поскольку печатная деталь всегда окружена неспеченным порошком, для нее не требуются поддерживающие конструкции (своего рода печатные леса, используемые в таких технологиях, как FDM, для удержания детали вместе).

SLS используется как при прототипировании, так и при мелкосерийном производстве. Преимущества включают геометрическую свободу и возможность печатать несколько плотно упакованных деталей за одно задание на печать.

К производителям 3D-принтеров SLS относятся EOS, 3D Systems и Prodways (промышленные), а также Sinterit, Sintratec и Formlabs (настольные).

Многоструйный синтез

Multi Jet Fusion (MJF), разработанный типографским гигантом HP, – это еще один процесс 3D-печати методом порошкового сплавления для изготовления полимерных деталей.

Он похож на SLS, но вместо использования лазера для спекания частиц порошка он наносит на порошок специальные чернила, которые помогают поглощать инфракрасный свет; затем инфракрасный свет направляется на порошок, вызывая сплавление частиц.

MJF можно рассматривать как комбинацию струйной обработки SLS и связующего — процесса, обычно используемого для изготовления металлических деталей.

Распыление материала

Струйную печать материалов — это отдельное семейство процессов 3D-печати, в которых струйные печатающие головки наносят материал слой за слоем.

Процесс распыления материала работает путем выборочного распыления фотореактивного материала на печатную платформу с последующим отверждением его УФ-светом — что-то вроде SLA, но без бака с жидкостью. Процесс повторяется слой за слоем, пока деталь не будет завершена. В некоторых принтерах используется непрерывная струйная печать, а в других — капельная по требованию.

3D-принтеры со струйной обработкой материалов обычно печатают жидкими термореактивными фотополимерами, которые могут проявлять различные свойства материала.

Ведущие производители струйных 3D-принтеров включают 3D Systems, Stratasys (PolyJet) и Xjet.

УУЗР

Селективное лазерное плавление (SLM) — это процесс аддитивного производства металлов и одна из наиболее важных форм 3D-печати для производства деталей для конечного использования.

SLM, форма сплавления порошкового слоя, напоминает SLS тем, что в нем используется лазер, направленный на слой металлического порошка. Однако частицы могут быть полностью расплавлены, а не просто спечены, и этот процесс используется для обработки различных металлических порошков вместо нейлона и полиамида. Еще одно отличие состоит в том, что для SLM обычно требуется герметичная печатная камера, содержащая инертный газ. Улучшения в технологии SLM сделали ее настоящей альтернативой механической обработке и литью.

SLM имеет множество применений:от быстрого прототипирования металла до производства конечных компонентов для аэрокосмической отрасли и титановых медицинских имплантатов.

Ведущие производители 3D-принтеров SLM включают SLM Solutions и Renishaw.

DMLS

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) — это еще одна форма аддитивного производства металлических деталей методом плавления в порошковом слое.

DMLS похож на SLS тем, что использует лазер для спекания частиц; однако он используется для металлов, а не для нейлона. DMLS также во многом напоминает SLM, но его лазер не полностью плавит сырье, как это делает SLM. Таким образом, DMLS обычно ограничивается металлическими сплавами.

В 3D-печати DMLS доминирует EOS, которая разработала процесс (и название DMLS) в 1990-х годах.

Выброс связующего

Гидроструйная обработка связующим – это уникальный процесс 3D-печати, в котором используется связующее для изготовления деталей из металлических, песочных или керамических порошков.

Процесс распыления связующего заключается в покрытии печатной платформы порошком, а затем выборочном распылении на порошок связующего вещества (своего рода клея) для создания двухмерной формы. Клееподобное связующее вещество связывает вместе частицы порошка вместо, например, их спекания. Затем платформа сборки перемещается, позволяя принтеру связать следующий слой и т. д.

Детали со связующим соплом обычно требуют термической обработки или пропитки (другим материалом) после печати, чтобы удалить связующий материал и укрепить деталь.

Ведущие производители струйных 3D-принтеров включают 3D Systems, ExOne, Desktop Metal, Markforged и HP.

Материалы для 3D-печати

Термопластичные нити (FDM)

Подавляющее большинство материалов, используемых в 3D-печати FDM, представляют собой термопластичные нити, доступные в катушках разного размера. Термопласты плавятся при нагревании, а затем снова затвердевают при охлаждении, не изменяя своего химического состава; это делает их идеальными для 3D-печати методом экструзии.

Распространенной универсальной термопластичной нитью FDM является полимолочная кислота (PLA), которая имеет низкую температуру плавления и является экологически чистой. Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), который имеет более высокую температуру плавления, но легче экструдируется, является еще одним популярным выбором. Другие распространенные материалы для 3D-печати FDM включают PETG и ПК.

Хотя большинство термопластов, пригодных для печати, являются жесткими, существуют некоторые гибкие нити FDM, такие как TPE и TPU, которые подходят для резиноподобных деталей.

Композитные нити (FDM)

Многие 3D-принтеры FDM способны печатать термопластами, армированными такими добавками, как стекло или углеродное волокно. Эти материалы могут иметь гораздо большую прочность, чем обычные термопласты (хотя, поскольку кусочки стекла или рубленые волокна ориентированы беспорядочно, материалы обычно слабее, чем напечатанные непрерывные волокна, для которых требуется специальная и дорогая технология печати).

Жидкие смолы (SLA, DLP)

Материалы для процессов 3D-печати с фотополимеризацией в ваннах, таких как SLA и DLP, представлены в виде жидких светочувствительных смол, содержащих мономеры, олигомеры и фотоинициаторы. Эти смолы отверждаются источником света для изготовления твердых печатных деталей.

Существуют разные смолы для разных нужд — например, некоторые из них полностью прозрачны, а другие обладают более высоким уровнем ударопрочности, — но у них нет универсальных названий, как у термопластов. Скорее, разные производители смол для 3D-печати производят разные смеси смол, которые часто имеют простые этикетки, такие как «стандартная смола» или «прозрачная смола».

Нейлоновые/полиамидные порошки (SLS)

Наиболее широко используемым материалом для 3D-печати SLS является нейлон, инженерный термопластик, из которого получают прочные, жесткие и долговечные детали для 3D-печати.

3D-принтеры SLS спекают нейлон в виде порошка, и существует несколько различных типов нейлонового порошка (и других порошков), которые можно печатать. Нейлон 12 является хорошим универсальным материалом для деталей и прототипирования, а нейлон 11 особенно прочен и пластичен. Нейлон с алюминиевым наполнителем и ТПУ — другие варианты порошка SLS.

Металлические порошки (SLM, DMLS)

Процессы аддитивного производства металлов, такие как SLM, совместимы с металлическими порошками, которые можно расплавить лазерным лучом принтера. Эти порошки часто получают методом газового распыления, при котором образуются сферические частицы, которые легко текут.

Широкий спектр металлов доступен в виде порошков для 3D-печати для SLM и других процессов плавки в порошковом слое. К ним относятся высокопрочные жаропрочные титановые сплавы; алюминиевые сплавы; нержавеющие стали; кобальт-хромовые сплавы; и никелевых сплавов.

Программное обеспечение для 3D-печати

3D-принтеры — это цифровые машины, поэтому программное обеспечение играет важную роль в процессе 3D-печати. Несмотря на то, что между типами программного обеспечения для 3D-печати есть некоторое совпадение (некоторые программные пакеты содержат много разных инструментов), существует четыре основных категории:3D-моделирование, восстановление STL, нарезка и управление печатью.

Программное обеспечение для 3D-моделирования

Программное обеспечение для автоматизированного проектирования (САПР), иногда называемое программным обеспечением для 3D-моделирования, используется для создания 3D-моделей на экране компьютера, которые в конечном итоге могут быть преобразованы в физические 3D-печатные объекты.

Такое программное обеспечение может позволить вам моделировать 3D-формы визуально, путем выбора параметров или путем написания кода. Функции могут включать инструменты автоматического моделирования, интеграцию с CAM и инструменты моделирования.

Некоторыми распространенными программами для 3D-моделирования для 3D-печати являются TinkerCAD и Fusion 360 (оба от Autodesk), SolidWorks от Dassault Systèmes, Rhino и Blender.

Программное обеспечение для восстановления STL

Программное обеспечение для восстановления STL или сетки — иногда в комплекте с программным обеспечением САПР или программным обеспечением для нарезки — предназначено для анализа и восстановления файлов, пригодных для 3D-печати, для облегчения печати.

Популярные автономные пакеты восстановления STL включают Magics от Materialise и Netfabb/Meshmixer от Autodesk, а вышеупомянутые Fusion 360 и Blender поставляются с инструментами восстановления STL.

Программное обеспечение для нарезки

Программное обеспечение для 3D-моделирования создает файлы сетки, которые содержат информацию о 3D-модели, но 3D-принтер не может вычислить эти файлы. Здесь на помощь приходит программное обеспечение для нарезки 3D-принтеров.

Программное обеспечение для нарезки разрезает 3D-сетку на отдельные слои, которые можно последовательно распечатать на 3D-принтере, и экспортирует данные об этих слоях в виде G-кода, который 3D-принтер может прочитать и выполнить.

Slic3r, Cura и Repetier — распространенные приложения для нарезки 3D-печати.

Программное обеспечение для управления печатью

Некоторым пользователям 3D-принтеров, особенно тем, кто использует несколько принтеров одновременно, может потребоваться программное обеспечение для управления 3D-печатью, чтобы управлять заданиями на печать, контролировать производительность и состояние машины, а также следить за поставками материалов.

Инструменты управления печатью включают в себя удобные веб-инструменты, такие как OctoPrint, вплоть до профессиональных систем управления аддитивным производством (MES), таких как Materialise Streamics и Oqton FactoryOS.

Преимущества 3D-печати

Использование 3D-печати имеет множество преимуществ перед альтернативными процессами, такими как обработка на станках с ЧПУ и литье под давлением. К ним относятся:

Скорость: Специально для быстрого прототипирования одноразовых деталей 3D-печать является одним из самых быстрых методов изготовления. Цифровые файлы можно отправлять на 3D-принтер с минимальной подготовкой. Это может дать компаниям конкурентное преимущество, сократить циклы исследований и разработок и время выхода на рынок.

Стоимость: Поскольку не требуется дорогостоящих инструментов, 3D-печать очень дешева для изготовления одноразовых деталей или небольших тиражей. Потери материала также минимальны, поскольку процесс является аддитивным, а не вычитающим.

Геометрическая свобода: 3D-печать имеет меньше конструктивных ограничений, чем такие процессы, как литье под давлением, что позволяет создавать сложные узоры и даже сложные внутренние сечения. Это особенно верно для процессов с порошковым покрытием, таких как SLS, поскольку порошок поддерживает печатную структуру со всех сторон.

Последовательность: Хотя 3D-печать часто используется для изготовления одноразовых деталей и прототипов, на самом деле с ее помощью получаются очень стабильные дубликаты, поскольку качество детали не зависит от таких факторов, как срок службы пресс-формы или износ инструмента.

Ограничения 3D-печати включают медлительность при больших объемах, ограниченную прочность деталей по сравнению с процессами вычитания и формования, стоимость материала (например, нить FDM дороже, чем эквивалентные объемы гранул для литья под давлением), ограниченный диапазон материалов и ограниченные возможности для окраски.

Приложения для 3D-печати

3D-печать используется в различных отраслях как для быстрого прототипирования, так и для мелкосерийного производства.

Быстрое прототипирование

В различных отраслях ключевым применением 3D-печати является быстрое прототипирование новых деталей в ходе исследований и разработок. Никакая другая технология не подходит для мгновенного изготовления пластиковых или металлических деталей даже в непроизводственных условиях.

Компании могут использовать 3D-принтеры самостоятельно, в то время как некоторые предприятия предпочитают заказывать 3D-печатные прототипы через сервисные бюро.

Медицина

3D-печать можно использовать для изготовления медицинских компонентов, таких как титановые имплантаты и хирургические шаблоны для конкретных пациентов (SLM), 3D-печатные протезы (SLS, FDM) и даже 3D-биопечатные ткани человека. Компоненты медицинского оборудования и техники — рентгеновские аппараты, аппараты МРТ и т. д. — также могут быть напечатаны на 3D-принтере.

Такие технологии, как SLA и SLS, также широко используются в стоматологии для изготовления моделей, протезов и реставраций.

Аэрокосмическая промышленность

Аэрокосмическая промышленность активно использует технологию 3D-печати, поскольку теперь можно изготавливать очень легкие детали с отличным соотношением прочности и веса. Примеры деталей включают в себя простые компоненты, такие как перегородки кабины (SLS), вплоть до новаторских компонентов двигателя (SLM), таких как наконечник топливной форсунки, напечатанный на 3D-принтере, разработанный и изготовленный GE.

Автомобилестроение

Автомобильные компании регулярно используют 3D-принтеры для изготовления одноразовых запчастей и ремонта, а также для быстрого создания прототипов. Обычные детали автомобилей, напечатанные на 3D-принтере, включают кронштейны, компоненты приборной панели и компоненты антенн (FDM).

Более экстремальные примеры включают автомобили с крупными металлическими структурными компонентами, напечатанными на 3D-принтере, например ранние модели автомобильного стартапа Divergent.

Ювелирные изделия и искусство

Технологии 3D-печати, такие как SLA, широко используются (как непрямой производственный процесс) в производстве и ремонте ювелирных изделий, а практически все виды 3D-принтеров можно использовать для создания произведений искусства и скульптур.

Строительство

Достижения в области аддитивного производства, обеспечивающего качество продукции, расширили сферу применения в строительстве и архитектуре. 3D-печать бетона, которая немного похожа на FDM, но с экструдерами с очень широким соплом, играет важную роль в этой отрасли, но более распространенные технологии 3D-печати, такие как SLM, могут использоваться для изготовления таких элементов, как конструкции мостов.

Форматы файлов для 3D-печати

Детали, напечатанные на 3D-принтере, можно спроектировать с помощью стандартного программного обеспечения САПР, но 3D-принтеры могут считывать файлы только определенных форматов. Существует четыре основных машиночитаемых формата файлов для 3D-печати.

STL: STL, безусловно, самый распространенный формат файлов для 3D-принтеров, содержит информацию о геометрии детали в виде мозаичных треугольников. Он не содержит такой информации, как цвет, материал или текстура. Размер файла пропорционален деталям, что может быть проблемой.

ОБЖ: Формат файла OBJ, менее распространенный, чем STL, кодирует геометрию 3D-модели и может включать кривые произвольной формы и поверхности произвольной формы в дополнение к мозаике. Он также может содержать информацию о цвете, материале и текстуре, что делает его полезным для полноцветных процессов.

3MF: Изобретенный Microsoft, 3MF представляет собой формат на основе XML с файлами небольшого размера и хорошим уровнем предотвращения ошибок. Он еще не получил широкого распространения, но его поддерживают такие компании, как Stratasys, 3D Systems, Siemens, HP и GE.

AMF: Являясь преемником формата STL, AMF намного компактнее и позволяет выполнять тесселяцию как изогнутых, так и плоских треугольников, что значительно упрощает кодирование деталей различной формы. Принятие формата было медленным с момента его появления.

Настройки и характеристики 3D-печати

В 3D-печати используется определенная терминология, которая может сбить с толку новичков. Эти термины относятся к настройкам принтера и/или спецификациям, которые могут повлиять на то, как будут получаться напечатанные на 3D-принтере детали.

Заполнение

При изготовлении 3D-печатных деталей вам может потребоваться указать процент заполнения, который относится к внутренней плотности детали. Низкий процент заполнения приведет к тому, что деталь будет в основном полой с минимальным количеством материала, скрепляющего форму; высокое заполнение приведет к прочной, плотной и тяжелой детали.

Высота слоя

Высота слоя, иногда называемая разрешением по оси Z, представляет собой расстояние между одним 2D-слоем детали и следующим. Меньшая высота слоя означает лучшее разрешение (и более высокий возможный уровень детализации) по оси Z, то есть сверху вниз. Небольшая высота слоя свидетельствует о высоком качестве принтера, но пользователи могут указать большую высоту слоя для более быстрой и экономичной печати.

Скорость печати

Скорость печати принтера, измеряемая в миллиметрах в секунду, указывает скорость, с которой машина может обрабатывать исходный материал. Как и высота слоя, это значение может быть либо указанием максимальной скорости принтера, либо значением, определяемым пользователем:более низкая скорость печати обычно обеспечивает более точные отпечатки.

Температура печати

Применительно к таким процессам, как FDM, температура печати обычно относится к температуре хотэнда, части печатающей головки, которая нагревает термопластическую нить. Некоторые FDM-принтеры также имеют подогреваемый печатный стол, температура которого указывается производителем. В обоих случаях температура обычно регулируется пользователем.

Разрешение

В 3D-печати разрешение почти всегда относится к наименьшему возможному перемещению по осям X и Y (ширина и глубина) либо лазерным лучом (SLA, SLM и т. д.), либо печатающей головкой (FDM). Это значение сложнее измерить, чем высоту слоя, и оно не всегда пропорционально ему.

Оболочки

Как и толщина стенки при литье под давлением, оболочки (или толщина оболочки) относятся к толщине внешней стенки 3D-печатной детали. При 3D-печати пользователям обычно приходится выбирать несколько оболочек:одна оболочка =толщина внешних стенок сопла 3D-принтера; 2 оболочки =удвоенная толщина и т. д.

Цветная 3D-печать

Учитывая, что 3D-печать в основном используется в качестве инструмента для создания прототипов, для большинства приложений достаточно одноцветной печати. Однако есть несколько вариантов цветной 3D-печати, в том числе высококачественные струйные принтеры, мультиэкструдерные FDM-принтеры и варианты постобработки.

Технологии струйной обработки

Крупные компании, занимающиеся 3D-печатью, такие как Stratasys, 3D Systems и Mimaki, разработали 3D-принтеры для струйной печати материалов и связующего, которые могут печатать 3D-модели в полноцветном режиме, как и 2D-струйные принтеры. Однако эти машины дороги, а детали не всегда обладают отличными механическими свойствами.

Мультиэкструзия

Некоторые 3D-принтеры FDM поставляются с двумя (или более) печатающими головками, что позволяет одновременно печатать две катушки с нитью — разных цветов или даже из разных материалов — в одном и том же задании на печать. Это просто и доступно, но обычно ограничивается двумя цветами.

Замена нити

Можно делать многоцветные отпечатки с помощью 3D-принтера FDM с одним экструдером. Это включает в себя приостановку печати в определенных точках и замену катушки с нитью на нить другого цвета. Это очень медленный метод нанесения цвета, и он не дает точного контроля над тем, куда наносится каждый цвет.

Добавление цвета после печати

Многие детали, напечатанные на 3D-принтере, можно красить, тонировать или раскрашивать после печати. Хотя это добавляет еще один шаг к процессу, часто это обеспечивает наилучший баланс между качеством и экономической эффективностью.

Постобработка 3D-печатных деталей

Многие 3D-печатные детали требуют, по крайней мере, некоторого уровня постобработки после того, как они сойдут с печатной платформы. Это может включать в себя основные процессы, такие как удаление поддержки, или дополнительные косметические процессы, такие как покраска. Некоторые процессы применимы ко всем или большинству технологий 3D-печати, а некоторые зависят от конкретной технологии.

Поддержка удаления

Технологии 3D-печати, такие как FDM и SLA, требуют печати опорных конструкций (вертикальных распорок между платформой для печати и самой деталью), чтобы напечатанный объект не разрушался во время его изготовления.

Эти опоры должны быть удалены, когда деталь закончена. Некоторые принтеры, такие как машины FDM с двойной экструзией, могут печатать опорные конструкции из растворимого материала, что позволяет легко отсоединять опоры от фактической детали с помощью жидких химикатов. Нерастворимые опоры необходимо отрезать от детали вручную, оставив след, который, возможно, потребуется отшлифовать.

Стирка и удаление порошка

Некоторые технологии 3D-печати (например, SLA) оставляют на деталях липкие следы, тогда как другие (SLM, SLS) могут оставлять следы порошка. В этих случаях детали необходимо мыть — вручную или с помощью специальной машины — или обеспыливать с помощью сжатого воздуха.

Термическая обработка

Многие ключевые технологии 3D-печати печатают детали из материалов, которые после выхода из печатной платформы еще не находятся в своем окончательном химическом состоянии. Их иногда называют «зелеными» частями.

Многие напечатанные на 3D-принтере металлические детали требуют термической обработки после печати, чтобы улучшить сплавление слоев и удалить загрязнения. А 3D-принтеры со струйной обработкой связующим, например, производят детали, которые требуют удаления связующего и спекания после печати, чтобы удалить полимерное связующее вещество изнутри металлических деталей.

Некоторые детали из смолы, напечатанные на 3D-принтере, необходимо пост-отверждение после печати, чтобы повысить их твердость и сделать их пригодными для использования.

Отделка поверхности

3D-печатные детали могут подвергаться большому количеству методов обработки поверхности, от текстурных процедур, таких как шлифование и сглаживание, до визуальных процедур, таких как покраска и тонирование. Некоторые технологии, такие как FDM, позволяют получить довольно шероховатую поверхность, требующую шлифовки, в то время как другие, такие как SLA, позволяют получить гораздо более гладкую поверхность. См. полный список услуг по отделке поверхностей для получения дополнительной информации.

Сочетание 3D-печати с другими технологиями

3D-печать не обязательно использовать как отдельный процесс. Вместо того, чтобы думать о нем как о конкуренте станков с ЧПУ и литья под давлением, он может фактически дополнять эти другие производственные процессы. Примеры комбинаций включают:

3D-печать основной части детали, а затем фрезерование мелких деталей с ЧПУ для более жестких допусков

3D-печать мастер-модели для литья по выплавляемым моделям или вакуумного литья

3D-печать компонента, а затем литье под давлением конструкции с литьем под давлением

Существуют гибридные производственные системы, сочетающие 3D-печать с другими технологиями. Например, INTEGREX i-400 AM от Mazak и Lasertec DED от DMG MORI могут выполнять как 3D-печать, так и фрезерование с ЧПУ.

Заменит ли 3D-печать другие производственные процессы?

Аналитики уже давно размышляют о том, может ли 3D-печать сделать излишними другие производственные процессы, в том числе:

Обработка

Формование

Кастинг

Однако, несмотря на стремление производителей оборудования AM позиционировать 3D-печать как сквозную производственную технологию (см., например, инициативу EOS «Индустрия 4.0»), на практике 3D-печать по-прежнему ограничивается некоторыми конкретными производственными заданиями, особенно в небольших объемах. производство из определенных материалов.

3D-печать, безусловно, обогнала другие процессы в некоторых областях. Например, в быстром прототипировании недорогих пластиков, таких как АБС, в настоящее время доминирует 3D-печать, поскольку печатать АБС дешевле, чем обрабатывать его. 3D-печать, похоже, также закрепила за собой место идеального инструмента для изготовления таких объектов, как титановые медицинские имплантаты для конкретных пациентов:и скорость, и геометрическая гибкость 3D-печати трудно сопоставить в конкретных ситуациях, подобных этой.

Тем не менее, такие процессы, как обработка на станках с ЧПУ, в настоящее время по-прежнему лучше подходят для производства высококачественных деталей и прототипов из инженерных материалов, таких как POM, PEI, PPS и PEEK, при этом качество обработки поверхности намного превосходит 3D-печать. Кроме того, такие процессы, как литье под давлением, по-прежнему намного быстрее для массового производства простых пластиковых компонентов.

Кроме того, в то время как аддитивное производство демонстрирует некоторые из наиболее значительных технологических достижений в производстве, что позволяет ему претендовать на более широкое распространение в производстве в целом, более устоявшиеся процессы, такие как ЧПУ и литье под давлением, также совершенствуются для производства деталей более высокого качества.

3D-печать по-прежнему будет занимать все большую долю производственных рабочих мест, но полностью не заменит другие технологии.

Как выглядела 3D-печать 10 лет назад?

Десять лет назад зарождающаяся индустрия 3D-печати готовилась к тому, что, по ее мнению, должно было стать революцией в 3D-печати:3D-принтер в каждом доме, позволяющий семьям печатать на 3D-принтере новые предметы, которые им могут понадобиться, например запасные части для их холодильника, новую игрушку для своих детей или даже компоненты для сборки второго 3D-принтера.

Примерно в 2012–2014 годах производители 3D-принтеров FDM, такие как MakerBot, активно продвигали свои 3D-принтеры на потребительском рынке, пытаясь убедить обычных людей в том, что 3D-принтер может улучшить их домашнюю и рабочую жизнь. Однако было ясно, что эти компании пытались использовать фактор новизны 3D-печати и что их продукты не имели практического применения; пресс-релиз MakerBot от 2012 года, кажется, доказывает это:«Создайте целую шахматную доску одним нажатием кнопки. Друзья, одноклассники, коллеги и члены семьи увидят то, что вы делаете, и скажут «Вау!»

Всего несколько лет спустя эта так называемая революция 3D-печати явно потерпела неудачу, и многие производители 3D-принтеров начали пересматривать свои цели, переходя от потребительской сферы к профессиональным и промышленным рынкам, где было более конкретное (и прибыльное) применение. аддитивных технологий.

Кроме того, те, кто уже работает в профессиональной и промышленной сфере, — такие компании, как 3D Systems и Stratasys, — начали пытаться разрушить идею 3D-печати как технологии прототипирования, позиционируя ее как жизнеспособный инструмент массового производства (что, очевидно, может быть более прибыльным для индустрии 3D-печати, поскольку ожидается, что производители заполнят целые фабрики 3D-принтерами, купят программное обеспечение для управления 3D-принтерами и наймут консультантов по 3D-печати).

Как будет выглядеть 3D-печать через 10 лет?

Компании, занимающиеся 3D-печатью, отказались от перспективы установить 3D-принтер в каждом доме. Однако через 10 лет они могут ожидать появления аддитивного производства в той или иной форме на большем количестве заводов.

Хотя 3D-печать сейчас менее популярна среди обычных людей, чем в 2012 году, эта технология продолжает набирать обороты в профессиональном и промышленном мире.

Согласно недавнему отчету исследовательской компании 3DPBM Research, стоимость аддитивного производства металлов вырастет с 1,6 млрд долларов в 2020 году до 30 млрд долларов к 2030 году. -производительные инженерные материалы. (При этом 3D-печать останется ценным инструментом прототипирования во многих отраслях, и приложения для прототипирования в равной степени выиграют от технологических усовершенствований.)

Однако растет не только металлический AM. Такие технологии, как Multi Jet Fusion от HP, открыли новые возможности в области печати пластиком, а новаторы, такие как Carbon, разработали новые высокоскоростные процессы в категории фотополимеризации. Нишевые области, такие как 3D-биопечать и микро-3D-печать, также регулярно открывают новые возможности, в то время как композитная 3D-печать (например, 3D-печать с непрерывным углеродным волокном) также находится на подъеме:IDTechEX ожидает, что к 2030 году рынок композитной 3D-печати будет стоить 1,7 миллиарда долларов. /Р>

Короче говоря, 3D-печать постепенно станет серьезным конкурентом другим производственным процессам во многих областях.

Как развивается 3D-печать в Китае?

Хотя в Китае всего несколько известных производителей 3D-принтеров — UnionTech (SLA), Farsoon (DMLS, SLS), Shining 3D (FDM, DLP) и Creality (FDM, DLP, SLA) — одни из наиболее известных имен. Китай и Азиатско-Тихоокеанский регион – один из самых быстрорастущих рынков 3D-печати, широко распространенный (отчасти благодаря государственным стимулам).

At present, AM activity in China is concentrated in Shanghai, Xi’an, Guangdong (where 3ERP is headquartered), and the Bohai Economic Rim, which includes Tianjin, Hebei, Liaoning, and Shandong. Some major western AM companies like 3D Systems, Stratasys, and EOS have offices in Shanghai.

Although production of Chinese 3D printers is dominated by FDM and resin technologies, around half of printers sold in China are for industrial use (as opposed to personal or small-scale professional use).

In October 2020, market research company CONTEXT found that China’s 3D printing market had been far more resilient in the face of the pandemic than other markets and was playing a major role in the recovery of the global 3D printing market.

How to outsource 3D printing services?

Investment in 3D printing hardware and software is not suitable for all businesses, and many successful companies outsource their 3D printing needs to third parties, such as online 3D printing service bureaus (for one-off projects) or with prototyping and manufacturing partners like 3ERP (for one-off projects or repeat orders).

When outsourcing 3D printing services, it is important to consider whether your business needs design and production services, or production services only. (Bear in mind that a poorly executed 3D model may not 3D print successfully.)

In general, however, ordering 3D printed parts from a third party is simpler than ever. Many manufacturers are able to commence 3D printing with just a digital 3D model, although more important projects may also require a technical drawing to convey extra information such as materials, colors, and tolerances. Some 3D printing service providers (3ERP included) will offer advice on suitable 3D printing technologies and materials for your project.

See our 3D printing services in full, including available technologies and materials, or request a quote for your 3D printing project.