Понимание технологий 3D-печати

От дизайнерских прототипов до протезных частей тела - 3D-печать открывает новые возможности в производстве . Машины для 3D-печати в настоящее время производят все, от литья в песчаные формы до титановых зубных имплантатов и турбинных лопаток. Изображенная выше утка, Лютик, родилась с ужасно деформированной ногой, из-за которой она не могла ходить. С помощью изготовленного на заказ протеза, напечатанного на 3D-принтере, Лютик теперь может нормально ходить.

Прежде чем более подробно рассмотреть 3D-печать или, как ее формально называют, «аддитивное производство», давайте рассмотрим традиционное, или, как его иногда называют, «субтрактивное производство». В том, что касается резки пластика, этот тип традиционного производства - это то, для чего Craftech хорошо подготовлен. В субтрактивном производстве листы или стержни пластмассы обрезаются, чтобы получить готовые крепежные детали.

Резка металлов, например стали, представляет собой более сложную задачу. Когда мы режем сталь, крепежные детали обычно проходят некоторое время на станке с ЧПУ, где им придают форму концевыми фрезами из твердого сплава. Станок должен быть особо жестким, чтобы выдерживать жесткие допуски. Например, одна из наших фабрик, небольшая по отраслевым стандартам, весит около 26 000 фунтов. Он использует двигатель мощностью 35 лошадиных сил и имеет жесткую коробку передач. Когда машина находится в боевой балансировке, она легко удерживает тысячную долю дюйма. Удерживание десятых долей также не исключено, поскольку шпиндель и шарико-винтовые пары охлаждаются до постоянной температуры, а охлаждающая жидкость под высоким давлением может проходить через шпиндель, что позволяет нам выполнять такие операции, как сверление с помощью ружья. Такая мельница, если бы она была куплена сегодня, стоила бы около 350–400 тысяч долларов. Его рабочий диапазон составляет примерно 20 x 40 x 26 дюймов в высоту. Любой, кто программирует и запускает одного из этих чудовищ, всегда задает один и тот же вопрос:почему машина не может просто сложить или сплавить слои металла в готовую деталь? Разве это не было бы намного проще? Вот тут-то и приходит на помощь 3D-печать.

Приступая к проекту 3D-печати, сначала требуется доступ к программе 3D-моделирования, такой как Solidworks или Inventor. Твердую модель, созданную такими программами, а также более дорогими программами, такими как Sieman NX или Pro-E, можно затем выводиться в формате STL (стереолитография). Термин «стереолитография» был запатентован в 1984 году Чарльзом У. Халлом, человеком, который изобрел язык современной 3D-печати. Термин определяется как «система для создания трехмерных объектов путем создания рисунка поперечного сечения объекта, который должен быть сформирован».

Первоначальная цель 3D-печати заключалась в том, чтобы создавать чрезвычайно маленькие объекты с огромной точностью. Этот процесс называется микротехнологией. В некотором смысле, 3D-печать является результатом сочетания системы позиционирования с ЧПУ, используемой на станах и электроэрозионном оборудовании, с технологией, в основном из группы отраслей полупроводников, в которой использовались лучи для нарушения слоя резиста на печатных платах. для создания 3D-функций. Эта ранняя технология 3D-печати была по сути литографией.

Прошло совсем немного времени, прежде чем различные процессы, такие как процесс LIGA, смогли построить настоящие трехмерные структуры с большой точностью. Например, была построена сотовая структура высотой 70 мкм с толщиной стенок ячеек 8 мкм. Другие элементы, такие как полнофункциональные насосы, замки и т. Д., Также были построены таким же образом.

Как только эти технологии были разработаны, были созданы условия для производства более крупных изделий. Давайте теперь рассмотрим три основных технологии, которые были разработаны для макросъемки или 3D-печати видимых объектов с некоторой массой.

1) Моделирование наплавленного осаждения (FDM)

Этот метод на самом деле является одним из видов экструзии, который обычно используется для изготовления моделей из АБС или других пластиков. Его также можно использовать с эвтектическими металлами и даже съедобными веществами. Машины, использующие FDM, могут быть относительно недорогими. Есть даже наборы для самостоятельной сборки для тех, для кого точность не имеет большого значения. Некоторые из вас могут быть знакомы с MakerBot, обычным FDM-устройством.

2) Прямое лазерное спекание металла (DMLS)

Для изготовления моделей с помощью этой техники 3D-печати можно использовать практически любой металлический сплав. Проблемы после сборки снижают эффективность любого из этих аддитивных методов, основанных на спекании с помощью пучка. Это просто то, что им необходимо отверждение после сборки, чтобы гарантировать, что частицы модели прилипают таким образом, чтобы быть, по крайней мере, разумно близкими по прочности к фактическому используемому металлу. Это также означает больше времени после сборки. Чтобы компенсировать неидеальное склеивание и / или размерность, некоторые производители не производят единиц, которые сочетают аддитивные и субтрактивные технологии для производства готовой детали. Допустим, вы хотите изготовить деталь с высокими допусками, такую ​​как металлический зуб, покрытый эмалью, или частичную пластину. Сначала формируется металлический предмет. Затем, не нуждаясь в физическом перемещении, со всей потерей точности, которую это подразумевает, элемент просто скользит к блоку вычитания (фрезеровки), где удаляются последние несколько тысячных долей и выполняется полировка или другая механическая обработка. По общему признанию, это промежуточный и неудобный сплав двух технологий. В конечном итоге ячейки аддитивного производства будут располагать каждый слой атом за атомом, устраняя необходимость в какой-либо отделке.

3) Селективное лазерное спекание (SLS)

Этот процесс также был разработан в середине 1980-х годов. Он способен спекать металлы и пластмассы. С другой стороны, селективная лазерная плавка (SLM) не зависит от спекания. Скорее, он плавит материал при достаточно высокой температуре, чтобы в ходе процесса формировался полностью сформированный, плотный и прочный объект. Затем есть EBM, или электронно-лучевая плавка. Этот процесс проводится в высоком вакууме и в основном используется для формирования полностью плотных, прочных титановых деталей. Он использует электронный луч для плавления тонкой проволоки, тем самым накладывая слой за слоем металла. Это также один из самых точных процессов. Однако покупка одной большой и достаточно мощной, чтобы даже производить небольшие полости и стержни пресс-формы, может обойтись покупателю в 500 000 долларов или больше. Что сегодня гораздо более распространено, так это небольшие настольные 3D-принтеры экструзионного типа.

Следует также упомянуть 3D-сканер как незаменимое дополнение к 3D-моделированию и печати. ​​ Подобно камере и дигитайзеру в одном устройстве, он может сканировать объект с достаточной точностью, чтобы его можно было немедленно преобразовать в модель. Когда-то единственным способом точного сканирования размеров объекта было использование координатно-измерительной машины или КИМ. Еще десять лет назад эти машины стоили более 100 000 долларов. Хотя они по-прежнему используются в инструментальных мастерских и других местах, где требуемая точность находится в пределах десятых долей (0,0001 дюйма или около микрона), многие модели можно сканировать с помощью этих новых относительно недорогих 3D-сканеров. Несомненно, кто-то работает над сканером, который подскажет потенциальному покупателю, подойдет ли свитер, который он покупает в Интернете! В любом случае, область аддитивного производства и 3D-сканирования в настоящее время является безграничной перспективой.

У вас есть опыт работы с какой-либо из этих машин для 3D-печати? Поделитесь своим опытом ниже!

Хотите узнать больше о производстве пластика? Ознакомьтесь с нашим бесплатным глоссарием!