home Технология производства Производственное оборудование
Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> Промышленные технологии

Что такое 3D-печать? - Типы и как это работает

Что такое 3D-печать?

3D-печать или аддитивное производство — это создание трехмерного объекта на основе модели CAD или цифровой трехмерной модели.

Термин «3D-печать» может относиться к различным процессам, в которых материал осаждается, соединяется или затвердевает под управлением компьютера в трехмерный объект, где материалы, такие как пластмассы, жидкости или порошкообразные зерна, сплавляются вместе. , обычно слой за слоем.

В 1980-х годах методы 3D-печати считались подходящими только для создания функциональных или эстетичных прототипов. В то время более подходящим термином для этого было быстрое прототипирование.

С 2019 года точность, воспроизводимость и разнообразие материалов для 3D-печати выросли до такой степени, что некоторые процессы 3D-печати считаются производственными технологиями промышленного уровня, а термин аддитивное производство используется как синоним 3D-печати.

Одним из основных преимуществ 3D-печати является возможность создавать очень сложные формы или геометрии, которые в противном случае было бы невозможно спроектировать вручную, включая полые детали или детали с внутренними ферменными конструкциями для снижения веса. Моделирование методом наплавления (FDM), в котором используется непрерывная нить из термопластичного материала, является наиболее часто используемым процессом 3D-печати по состоянию на 2020 год.

Статья по теме :Что такое аддитивное производство?

Кто изобрел 3D-печать?

Самое раннее производственное оборудование для 3D-печати было разработано Хидео Кодама из Муниципального научно-исследовательского института промышленности Нагои, когда он изобрел два аддитивных метода изготовления 3D-моделей.

Когда была изобретена 3D-печать?

Основываясь на работе Ральфа Бейкера в 1920-х годах по созданию декоративных изделий (патент US423647A), ранняя работа Хидео Кодамы по быстрому прототипированию смолы, отверждаемой лазером, была завершена в 1981 году. Его изобретение было расширено в течение следующих трех десятилетий с введением стереолитографии в 1984 году. .

Чак Халл из 3D Systems изобрел первый 3D-принтер в 1987 году, в котором использовался процесс стереолитографии. Затем последовали такие разработки, как селективное лазерное спекание и селективное лазерное плавление, среди прочих.

Другие дорогие системы 3D-печати были разработаны в 1990–2000-х годах, хотя их стоимость резко упала после истечения срока действия патентов в 2009 году, открыв технологию для большего числа пользователей.

Как работает 3D-принтер?

По сути, 3D-принтер работает путем выдавливания расплавленного пластика через крошечное сопло, которое перемещается точно под контролем компьютера. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

3D-печать является частью семейства аддитивных технологий и использует методы, аналогичные традиционным струйным принтерам, хотя и в 3D. Для создания трехмерного объекта с нуля требуется сочетание передового программного обеспечения, порошкообразных материалов и точных инструментов. Ниже приведены несколько основных шагов, которые предпринимают 3D-принтеры для воплощения идей в жизнь.

Программное обеспечение для 3D-моделирования

Первым шагом любого процесса 3D-печати является 3D-моделирование. Чтобы добиться максимальной точности (а также потому, что 3D-принтеры не могут волшебным образом угадать, что вы хотите напечатать), все объекты должны быть спроектированы в программном обеспечении для 3D-моделирования. Некоторые конструкции слишком сложны и детализированы для традиционных методов производства.

Вот где на помощь приходит это программное обеспечение САПР. Моделирование позволяет печатникам настраивать свой продукт до мельчайших деталей. Способность программного обеспечения для 3D-моделирования обеспечивать точность проектирования — вот почему 3D-печать считается настоящим прорывом во многих отраслях.

Это программное обеспечение для моделирования особенно важно для такой отрасли, как стоматология, где лаборатории используют трехмерное программное обеспечение для разработки элайнеров, точно подходящих для конкретного человека. Это также важно для космической отрасли, где они используют программное обеспечение для проектирования некоторых из самых сложных частей ракетного корабля.

Разрез модели

Как только модель создана, пришло время «нарезать» ее. Поскольку 3D-принтеры не могут концептуализировать концепцию трех измерений, как люди, инженерам необходимо разбить модель на слои, чтобы принтер мог создать конечный продукт.

Программное обеспечение для нарезки сканирует каждый слой модели и сообщает принтеру, как двигаться, чтобы воссоздать этот слой. Слайсеры также говорят, что 3D-принтеры должны «заполнять» модель.

Эта заливка придает 3D-печатному объекту внутренние решетки и колонны, которые помогают формировать и укреплять объект. После того, как модель нарезана, она отправляется на 3D-принтер для фактического процесса печати.

Процесс 3D-печати

Когда моделирование и нарезка 3D-объекта завершены, наступает время для 3D-принтера. Принтер действует в целом так же, как традиционный струйный принтер в процессе прямой 3D-печати, когда сопло перемещается вперед и назад, распределяя воск или пластикоподобный полимер слой за слоем, ожидая, пока этот слой высохнет, а затем добавляя следующий уровень. По сути, он добавляет сотни или тысячи 2D-отпечатков друг к другу, чтобы создать трехмерный объект.

Материалы для 3D-печати

Существует множество различных материалов, которые принтер использует для воссоздания объекта в меру своих возможностей. Вот несколько примеров:

Процесс 3D-печати занимает от нескольких часов для очень простых моделей, таких как коробка или мяч, до недель для более крупных проектов, таких как дом в натуральную величину.

Примеры 3D-печати

3D-печать охватывает множество типов технологий и материалов, поскольку 3D-печать используется практически во всех мыслимых отраслях. Важно думать об этом как о кластере различных отраслей с множеством различных применений.

Несколько примеров:

Типы технологий 3D-печати

Существует несколько типов 3D-печати, в том числе:

1. Процессы полимерной 3D-печати

Давайте рассмотрим некоторые распространенные процессы 3D-печати пластмасс и обсудим, когда каждый из них наиболее полезен для разработчиков продуктов, инженеров и дизайнеров.

2. Стереолитография (SLA)

Стереолитография (SLA) — это оригинальный процесс промышленной 3D-печати. Для принтеров SLA характерно изготовление деталей с высоким уровнем детализации, гладкими поверхностями и жесткими допусками. Высококачественные поверхности деталей SLA не только хорошо выглядят, но и могут поддерживать функцию детали, например, проверять посадку сборки.

Он широко используется в медицинской промышленности. Общие приложения включают анатомические модели и микрофлюидику. Мы используем 3D-принтеры Vipers, ProJets и iPros от 3D Systems для деталей SLA.

3. Селективное лазерное спекание (SLS)

Селективное лазерное спекание (SLS) превращает порошки на основе нейлона в твердый пластик. Поскольку детали SLS изготовлены из настоящего термопластичного материала, они долговечны, подходят для функциональных испытаний и могут нести живые петли и защелки.

По сравнению с SL детали прочнее, но имеют более шероховатую поверхность. SLS не требует опорных структур, поэтому всю платформу сборки можно использовать для вложения нескольких частей в одну сборку. Это делает его подходящим для большего количества деталей, чем в других процессах 3D-печати. Многие детали SLS используются для создания прототипов, которые однажды будут отлиты под давлением. Для наших SLS-принтеров мы используем машины sPro140, разработанные 3D-системами.

4. ПолиДжет

PolyJet — еще один процесс 3D-печати пластиком, но есть одна особенность. Он может создавать детали с несколькими свойствами, такими как цвета и материалы. Дизайнеры могут использовать эту технологию для создания прототипов эластомерных или формованных деталей. Если ваш дизайн сделан из цельного жесткого пластика, мы рекомендуем придерживаться SL или SLS, это более экономично.

Тем не менее, когда вы создаете прототип многокомпонентной формы или конструкции из силиконовой резины, PolyJet может избавить вас от необходимости вкладывать средства в инструменты на ранних этапах цикла разработки. Это поможет вам быстрее перерабатывать и проверять дизайн и сэкономить деньги.

5. Цифровая обработка света (DLP)

Цифровая световая обработка похожа на SLA в том, что она отверждает жидкую смолу светом. Основное различие между этими двумя технологиями заключается в том, что DLP использует цифровой световой проекционный экран, а SLA использует УФ-лазер.

Это означает, что 3D-принтеры DLP могут отображать сразу весь слой сборки, что приводит к более высокой скорости сборки. Хотя DLP-печать часто используется для быстрого прототипирования, более высокая производительность делает ее пригодной для производства пластиковых деталей в небольших количествах.

6. Многоструйный синтез (MJF)

Подобно SLS, Multi Jet Fusion также изготавливает функциональные детали из нейлонового порошка. Вместо спекания порошка с помощью лазера MJF использует струйную матрицу для нанесения флюса на слой нейлонового порошка. Затем над кроватью проходит нагревательный элемент, который сплавляет каждый слой.

Это приводит к более однородным механическим свойствам по сравнению с SLS и к улучшенному качеству поверхности. Еще одним преимуществом процесса MJF является ускорение времени сборки, что приводит к снижению производственных затрат.

7. Моделирование методом наплавления (FDM)

Моделирование методом наплавления (FDM) — популярная технология настольной 3D-печати пластиковых деталей. Принтер FDM выдавливает пластиковую нить слой за слоем на платформу сборки. Это недорогой и быстрый способ создания физических моделей.

В некоторых случаях FDM можно использовать для функционального тестирования, но эта технология ограничена из-за деталей с относительно шероховатой поверхностью и недостаточной прочностью.

8. Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)

Металлическая 3D-печать открывает новые возможности для изготовления металлических деталей. Процесс, который мы используем в Protolabs для 3D-печати металлических деталей, — это прямое лазерное спекание металла (DMLS). Он широко используется для уменьшения металлических сборок, состоящих из нескольких частей, до одного компонента или слишком легких деталей с внутренними каналами или полыми элементами.

DMLS подходит как для прототипирования, так и для производства, поскольку детали имеют такую ​​же плотность, как и детали, изготовленные с использованием традиционных методов производства металлов, таких как механическая обработка или литье. Создавая металлические компоненты сложной геометрии, он также подходит для медицинских применений, где конструкция детали должна имитировать органическую структуру.

9. Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)

Электронно-лучевое плавление — это еще одна технология 3D-печати металлом, в которой для плавления металлического порошка используется электронный луч, управляемый электромагнитными катушками. Во время наплавки печатная платформа нагревается в условиях вакуума. Температура, до которой нагревается материал, определяется используемым материалом.

Как вы используете 3D-принтер? (Шаг за шагом)

Во многих различных технологиях используются одни и те же основные этапы, которые мы рассмотрим далее, но каждый 3D-принтер также может быть проще или сложнее в использовании в зависимости от его функций.

Шаг 1. Подготовьте дизайн к 3D-печати

К этому моменту важно, чтобы деталь была готова к печати, и вы выбрали материал. Эта деталь может быть разработана вами самостоятельно с помощью САПР (автоматизированного проектирования), получена с помощью 3D-сканирования или взята из перечня существующих конструкций.

Прежде чем приступить к печати, вам нужно перевести свой дизайн в «координаты», которые сможет понять 3D-принтер, а также сообщить ему важные параметры, такие как материал, из которого вы печатаете.

Это известно как «нарезка», потому что включает в себя нарезку 3D-дизайна на слои, как вы уже догадались. Обычно это делается в программе, известной как программное обеспечение для нарезки или подготовки к печати.

Шаг 2. Настройте принтер

Вы также можете сделать этот шаг первым, если хотите. Или вам может вообще не понадобиться, например, если вы регулярно печатаете однотипные детали.

Но прежде чем приступить к печати, обязательно проверьте, загружен ли нужный материал. Также выберите разные размеры сопел:меньшее сопло обеспечивает более детализированные отпечатки, а большее сопло сокращает время печати.

Шаг 3. Отправьте файл на принтер

Когда вы будете готовы к работе, вам нужно отправить файл на 3D-принтер. Есть два основных способа сделать это. Один из них — загрузить файл на устройство хранения данных (например, на USB-накопитель), поместить его в принтер и запустить задание на печать через интерфейс принтера.

Другой вариант — отправить задание удаленно на сетевой принтер через локальную сеть или облако. Удаленная печать особенно полезна, если вы не находитесь в том же месте, что и ваш 3D-принтер.

Шаг 4 — 3D-печать

Теперь можно сесть и расслабиться! Или, если вы на работе, займитесь чем-нибудь другим, пока принтер выполняет свою работу.

Время печати зависит от размера и уровня детализации напечатанного объекта, а также от типа вашего 3D-принтера. Небольшой компонент или грубый прототип может занять всего несколько часов. Большинство деталей будут готовы на следующий день, если вы оставите принтер включенным на ночь. А если вам нужен очень крупный и детализированный отпечаток, возможно, вам придется подождать пару дней.

Для чего используется 3D-печать?

3D-печать можно использовать как в рекреационных, так и в профессиональных целях в различных отраслях. Он находит применение во многих областях и секторах, от здравоохранения до машиностроения и даже моды.

3D-печать все чаще рассматривается как устойчивое и экономичное решение для создания прототипов и инструментов для различных производственных проектов и процессов. Традиционно приобретение прототипов может занимать много времени и средств, требуя от компаний зависимости от сторонних производителей. 3D-печать позволяет компаниям быстро изготавливать единицы объекта, инструмента или прототипа собственными силами.

Отличным примером этого является обувная компания Camper. Собственная 3D-печать позволила им превратить полуторамесячный процесс моделирования и проектирования в операцию, которая занимает всего несколько дней.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое 3D-печать?

3D-печать или аддитивное производство — это процесс создания трехмерных твердых объектов из цифрового файла. Создание 3D-печатного объекта достигается с помощью аддитивных процессов. В аддитивном процессе объект создается путем укладки последовательных слоев материала до тех пор, пока объект не будет создан. Каждый из этих слоев можно рассматривать как тонкий срез объекта.

3D-печать — это противоположность субтрактивному производству, при котором вырезается / выдалбливается кусок металла или пластика, например, с помощью фрезерного станка. 3D-печать позволяет создавать сложные формы с использованием меньшего количества материала, чем традиционные методы производства.

Как работает 3D-печать?

По сути, 3D-принтер работает путем выдавливания расплавленного пластика через крошечное сопло, которое движется точно под контролем компьютера. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Какие существуют типы 3D-печати?

Существует несколько видов 3D-печати:

<ол тип="1">
  • Стереолитография (SLA)
  • Селективное лазерное спекание (SLS)
  • Моделирование методом наплавления (FDM)
  • Процесс цифрового освещения (DLP)
  • Многоструйный синтез (MJF)
  • ПолиДжет.
  • Прямое лазерное спекание металла (DMLS)
  • Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)

    • Что такое 3D-печать?

    3D-печать, также известная как аддитивное производство, представляет собой метод создания трехмерного объекта слой за слоем с использованием созданного компьютером дизайна. 3D-печать — это аддитивный процесс, при котором слои материала создаются для создания 3D-детали.

    Дорогая ли 3D-печать?

    3D-печать может стоить от 3 до тысяч долларов. Трудно получить точную стоимость 3D-печати без 3D-модели. На цену 3D-печати влияют такие факторы, как материал, сложность модели и трудозатраты. Услуги 3D-печати иногда могут стоить дороже, чем 3D-принтер начального уровня.

    Вы можете что-нибудь напечатать в 3D?

    Нет, 3D-принтеры ничего не могут печатать с точки зрения материалов и форм. 3D-принтеры требуют определенных свойств материалов для 3D-печати, таких как термопласты, такие как PLA, которые размягчаются при нагревании, а не горят. Они могут печатать практически любую форму, структуру и объект при правильной ориентации и поддержке.

    За 3D-печатью будущее?

    Хотя 3D-печать, возможно, еще не захватила всю обрабатывающую промышленность, аналитики прогнозируют значительный рост, и к 2023 году рынок будет стоить 32,78 млрд долларов США. Аналитики прогнозируют, что индустрия 3D-печати будет стоить 32,7 млрд долларов США. к 2023 г.

    Что могут делать 3D-принтеры?

    Дизайнеры используют 3D-принтеры для быстрого создания моделей и прототипов продуктов, но они все чаще используются и для создания конечных продуктов. Среди изделий, изготовленных с помощью 3D-принтеров, — модели обуви, мебель, восковые отливки для изготовления украшений, инструменты, штативы, подарки и новинки, а также игрушки.

    Что можно сделать дома с помощью 3D-принтера?

    Полезные идеи и проекты 3D-печати для вашего дома

    Сколько стоит запуск 3D-принтера в час?

    Средняя потребляемая мощность 3D-принтера составляет около 125 Вт, в результате чего стоимость часа составляет 1,58 цента (при цене за кВт·ч – 12,69 цента).

    Могу ли я зарабатывать на 3D-принтере?

    Да, вы можете зарабатывать деньги с помощью 3D-принтера. И есть много способов сделать это, будь то продажа 3D-печатных изделий, цифровых товаров или даже предложение услуг 3D-печати в вашем регионе.

    Могут ли 3D-принтеры делать еду?

    И да, некоторые 3D-принтеры позволяют создавать сладости, выпечку, шоколад, пиццу и всевозможные блюда. Пищевой 3D-принтер предлагает больше свободы и творчества на кухне, а в некоторых случаях может даже уменьшить количество пищевых отходов.

    В какой отрасли больше всего используется 3D-печать?

    Аэрокосмическая отрасль. Boeing, Airbus и даже NASA используют преимущества 3D-печати. Возможность быстро производить легкие детали с низкими затратами ценна для специалистов аэрокосмической отрасли.

    Чего не может 3D-принтер?

    Фигуры нельзя распечатать на 3D-принтере:

    Почему 3D-печать не популярна?

    С одной стороны, 3D-принтеры и близко не способны воспроизводить сложные гаджеты. Большинство 3D-принтеров могут наносить только один или два материала за раз, поэтому непросто изготовить такой продукт, как смартфон, внутри которого есть металл, стекло, пластик и другие материалы.

    Каковы плюсы и минусы 3D-печати?

    Мы поговорили с тремя профессионалами в области 3D-печати, в том числе с Магами, о плюсах и минусах технологии.

    Заменит ли 3D-печать обработку на станках с ЧПУ?

    Поскольку производство 3D-печати продолжает набирать популярность, многие люди задаются вопросом:«Заменит ли производство 3D-печать обработку на станках с ЧПУ?» Хорошая новость в том, что это не обязательно. И 3D-печать, и обработка с ЧПУ имеют свое место в производстве.

    Вам нужен компьютер для 3D-принтера?

    Для использования 3D-принтера не обязательно иметь компьютер. Это связано с тем, что почти все 3D-принтеры имеют устройство чтения SD-карт, которое используется для чтения файлов и начала их печати. Если у вас уже есть SD-карта с сохраненными на ней файлами, для использования принтера больше не нужен компьютер.

    В чем опасность 3D-печати?

    ЛОС от 3D-принтеров включают вредные химические вещества, такие как стирол (известный канцероген) и капролактам (молекула с высоким риском). 3D-принтеры также испускают сверхмелкие частицы, которые невозможно увидеть невооруженным глазом.

    Что используют 3D-принтеры в качестве чернил?

    Традиционные 3D-принтеры используют порошкообразные металлы и пластик в качестве чернил. Они отлично подходят для изготовления сверхпрочной стали или даже искусственных костей, но не очень хороши для изготовления биосовместимых материалов, требующих большей гибкости, таких как кожные трансплантаты.

    Сколько стоит построить 3D-принтер?

    Вот краткая разбивка. Комплекты 3D-принтеров для самодельных принтеров стоят около 200 долларов; принтеры для любителей стоят от 500 до 1500 долларов. Профессиональные 3D-принтеры FDM стоят около 2500 долларов, а профессиональные широкоформатные принтеры FDM — около 4000 долларов.

    Насколько прочен пластик, напечатанный на 3D-принтере?

    Он обеспечивает простоту использования при низкой стоимости и, что немаловажно, является достаточно прочным. Кроме того, вы можете печатать из PLA при низкой температуре, без нагревательного стола, но его прочность на разрыв составляет 7250 фунтов на квадратный дюйм.

    Можете ли вы напечатать металл на 3D-принтере?

    Металлическая 3D-печать меняет способ создания деталей. В небольших и средних производственных циклах сами детали могут изготавливаться быстрее, дешевле и с меньшими усилиями, чем традиционные производственные процессы.

    Сколько электроэнергии потребляет 3D-принтер?

    Средний 3D-принтер с горячим концом при температуре 205°C и подогревом платформы при 60°C потребляет в среднем 70 Вт. Для 10-часовой печати потребуется 0,7 кВтч, что составляет около 9 центов. Электроэнергия, потребляемая вашим 3D-принтером, в основном зависит от размера вашего принтера и температуры нагреваемой платформы и сопла.

    Насколько сложно использовать 3D-принтер?

    Сложно ли научиться 3D-печати? 3D-печать все еще находится в зачаточном состоянии и, как следствие, не очень удобна для пользователя. Принтеры хрупки и привередливы, поэтому новичкам они могут показаться непосильными. Те, кто хочет создавать свои собственные проекты, также должны потратить время на изучение специального и часто сложного программного обеспечения.


    Промышленные технологии

  • Производственный процесс
  • 3D печать
  • Система управления автоматикой
  • Промышленные технологии
    1. Что такое тумблерный пресс и как он работает?
    2. Что такое размагничиватель и как он работает?
    3. Что такое абразивно-струйная обработка и как она работает?
    4. Что такое трансферное формование и как оно работает?
    5. Что такое солнечный инвертор и как он работает?
    6. Что такое дуговая сварка? - Типы и как это работает
    7. Что такое пайка? - Типы и способы пайки
    8. Что такое конический транспортир и как он работает?
    9. Что такое расточной станок с ЧПУ и как он работает?
    10. Что такое промышленное сцепление и как оно работает?