Может ли трехмерная печать из нескольких материалов стать следующим шагом для AM?

Мультиматериальная 3D-печать - это инновационная технология аддитивного производства, которая позволяет создавать объекты с различными материалами и свойствами. Увеличивая сложность детали, трехмерная печать из нескольких материалов может значительно повысить производительность и функциональность детали. Таким образом, технология открывает совершенно новый диапазон возможностей для дизайна и производства и позволяет создавать объекты, которые в противном случае были бы невозможны.

В настоящее время возможна трехмерная печать из нескольких материалов с использованием целого ряда пластиков, полимеров и даже силиконов, что делает ее идеальным решением для создания реалистичных полноцветных прототипов и концептуальных моделей. В этом руководстве мы рассмотрим преимущества трехмерной печати из нескольких материалов, доступные текущие процессы, а также наиболее распространенные варианты использования и приложения.

Каковы преимущества трехмерной печати из нескольких материалов?

Одним из ключевых преимуществ трехмерной печати из нескольких материалов является то, что сложные детали с в одном процессе печати можно создать различные свойства материала. Это отличается от деталей из одного материала, которые требуют сборки для создания детали с различными свойствами материала. Таким образом, трехмерная печать из нескольких материалов может сократить количество этапов, необходимых для создания объекта, что приведет к ускорению цикла разработки продукта.

Дизайнеры и производители также могут получить большую выгоду от трехмерной печати из нескольких материалов, поскольку объединение различных свойств материала (таких как полупрозрачность и жесткость) в одной детали может вывести проверку конструкции и функциональное тестирование на новый уровень.

Еще одно преимущество использования различных материалов в 3D-печати - это возможность создавать градацию цвета. Смешивая материалы в различных соотношениях, можно получить разные цветовые комбинации и тона без необходимости последующей окраски, что позволяет сэкономить время на этапе постобработки.

Как работает трехмерная печать из нескольких материалов?

С помощью 3D-печати из нескольких материалов в одном объекте 3D-печати можно использовать разные материалы. Однако, хотя в настоящее время трехмерная печать из нескольких материалов позволяет обрабатывать такие материалы, как термопласты и полимеры, комбинирование различных металлов или керамики пока невозможно.

Сегодня такие компании, как Stratasys и 3D Systems, предоставляют решения для трехмерной печати из нескольких материалов для создания прототипов и моделирования. Например, система Multi-Material Connex компании Stratasys предлагает следующие варианты печати:

• Смешанный лоток :Эта опция позволяет одновременно изготавливать несколько деталей из разных материалов - и, следовательно, с разными свойствами - в одной сборке. Вариант смешанного лотка потенциально является идеальным вариантом для компаний, которым требуется большое количество прототипов.
• Смешанная часть: Мультиматериальные 3D-принтеры также могут печатать детали с различными свойствами в определенных областях. Кроме того, комбинирование материалов внутри детали избавляет от необходимости впоследствии собирать отдельные детали.
• Цифровые материалы: Созданные путем смешивания двух или более материалов, цифровые материалы используются для создания объекта с улучшенными свойствами и внешним видом, которые не могут быть достигнуты, если деталь напечатана на 3D-принтере из одного материала.

Какие технологии используются для 3D-печати из нескольких материалов?

В настоящее время струйная печать материалов является наиболее часто используемой технологией для трехмерной печати из нескольких материалов. При струйной печати на печатающие головки наносятся капли светочувствительного материала (или смеси материалов или различных материалов через разные печатающие головки), которые отверждаются под действием ультрафиолетового (УФ) света. Затем деталь создается слой за слоем с использованием этого процесса.

Stratasys и 3D Systems - ведущие производители мультиматериальных 3D-принтеров, основанных на технологии струйной печати. Например, система 3D-печати Connex ™ от Stratasys работает путем впрыскивания двух или трех различных пластиковых материалов в процессе 3D-печати. В результате готовая деталь одновременно обладает различными свойствами (такими как жесткость и гибкость).

Какие материалы можно использовать для 3D-печати из нескольких материалов?

В настоящее время наиболее широко доступными вариантами материалов для трехмерной печати из нескольких материалов являются фотополимерные смолы на акриловой основе и композиты из жестких пластиков и эластомеров. Компания 3D Systems, например, в прошлом году представила новый широкоформатный трехмерный принтер ProJet MJP 5600 с несколькими материалами, который работает с целым рядом пластиковых смол и их комбинаций для создания полностью собранных прототипов и сложных геометрических фигур с различными свойствами материалов.

Хотя материалы могут различаться по механическим свойствам, достижения в области материалов для 3D-печати означают, что также доступны композиты инженерного уровня.

Одним из последних нововведений в области трехмерной печати из нескольких материалов является трехмерная печать силиконовой печатью, технология, разработанная ACEO®, дочерней компанией Wacker Chemie AG и давним пользователем платформы RP. Инновационная силиконовая технология ACEO® позволяет изготавливать силиконовые детали разного цвета, твердости и свойств. Полезным применением этого является создание силиконов, обладающих изолирующими и проводящими свойствами, поскольку их можно использовать для создания собранных деталей с интегрированной электропроводностью.

Применение трехмерной печати из нескольких материалов

Возможности трехмерной печати из нескольких материалов поистине безграничны, с широким спектром вариантов использования в потребительской, медицинской и других отраслях промышленности.

В настоящее время трехмерная печать из нескольких материалов в основном используется при разработке продукта. Например, компания по производству плавательного снаряжения Speedo использовала эту технологию для создания таких предметов, как очки и другое плавательное снаряжение, в рамках цикла разработки продукта. Создание других продуктов, таких как функциональные прототипы уплотнений, прокладок, шин и подошв обуви, также возможно с помощью трехмерной печати из нескольких материалов, при этом технология используется для тестирования и проверки конструкции и функций продукта перед выпуском в производство.

Поскольку трехмерная печать из нескольких материалов может сочетать полупрозрачные и непрозрачные материалы, медицинская промышленность приняла эту технологию для создания реалистичных анатомических моделей для образовательных целей, а также моделей для конкретных пациентов для предоперационного планирования и обучения. Технология также позволяет создавать полупрозрачные детали с внутренней цветной структурой, которые можно использовать для визуализации потоков жидкости или для тестирования медицинских устройств.

Инженеры-механики в автомобильной, аэрокосмической и других отраслях могут использовать трехмерную печать из нескольких материалов для создания функциональных прототипов с внешним видом конечного продукта (цвета, этикетки и т. Д.). В дополнение к этому, трехмерная печать из нескольких материалов позволяет изготавливать формы для коротких серий литья под давлением и инструменты без необходимости сборки.

Одним из интересных элементов продвинутой трехмерной печати из нескольких материалов является возможность создавать детали со встроенными функциями, что особенно полезно для электронных устройств. Nano Dimension Ltd. недавно совершила прорыв в разработке чернил для 3D-печати из различных материалов. Теперь токопроводящие и диэлектрические чернила можно использовать одновременно для изготовления электрически функциональных деталей, схем и антенн.

Проблемы

Хотя в настоящее время трехмерная печать из нескольких материалов в основном используется для создания прототипов, она, тем не менее, имеет огромный потенциал для производства деталей, состоящих из разных материалов и обладающих сочетанием механических свойств. Поэтому в настоящее время ведутся исследования того, как можно решить существующие проблемы, связанные с трехмерной печатью функциональных деталей из нескольких материалов.

Сложность заключается в разработке масштабируемого и воспроизводимого производственного процесса, позволяющего выпускать высококачественные конечные детали из разных материалов. Это особенно сложно для металлов и керамики, поскольку существуют явные физические ограничения при совместном плавлении двух материалов, которые имеют, например, разные температуры плавления и другие свойства материала.

Однако бельгийская компания Aerosint утверждает, что разработала уникальный процесс порошкового покрытия из нескольких материалов для производства концевых деталей с металлами в поле зрения. Эта технология, которая работает с полимерами, контролирует распределение двух разных типов порошков на уровне вокселей, которые затем спекаются вместе.

Взгляд в будущее

Еще одна интересная область исследований - биопечать на нескольких материалах, которая может иметь революционное влияние на такие области, как тканевая инженерия, регенеративная медицина и биосенсор.

Однако сегодня трехмерная печать из нескольких материалов предлагает огромные возможности для разработки продуктов и проверочных испытаний, поскольку технология позволяет создавать реалистичные модели и прототипы, напечатанные на 3D-принтере, с различными свойствами.

В конечном счете, следующим шагом для трехмерной печати из нескольких материалов будет то, как успешно перейти к производству конечных деталей с интегрированными функциями и улучшенными механическими свойствами. Эта область развития, в которой уже наблюдается большая активность в области исследований, расширит потенциал аддитивного производства до новых горизонтов.