Ваше полное руководство по 3D-печати: от основ до передовых техник

3D-печать — это технология цифрового прототипирования и производства, которая изготавливает пластиковые или металлические детали слой за слоем. Она также известна как аддитивное производство, потому что материал постепенно добавляется для построения детали, в отличие от вычитающих производственных процессов — таких как ЧПУ-обработка, лазерная резка, плазменная резка, водорезка, штамповка и т.д. — которые удаляют материал для формирования сырья.

Хотя изобретена в 1980-х годах, 3D-печать массово выросла в значении в 21 веке, причем пластиковая 3D-печать стала важным методом прототипирования, а высококачественное металлическое аддитивное производство теперь широко используется в таких отраслях, как авиакосмическая и медицина.

Разные типы 3D-принтеров работают по-разному, хотя они обычно имеют определенные фундаментальные характеристики. Все 3D-принтеры управляются компьютерными инструкциями (в виде G-кода) и работают, превращая сырой материал — например, металлическое порошко, жидкую смолу или термопластиковую нить — в новую форму, слой за слоем, пока не будет построен полный 3D-объект.

Хотя производственное аддитивное производство растет, 3D-принтеры все еще преимущественно используются как инструмент прототипирования. Это потому, что у них очень низкие начальные затраты, они не требуют оснастки и очень быстры при печати единичных изделий.

Это руководство рассматривает основы 3D-печати, включая основные технологии и материалы 3D-печати, преимущества 3D-печати над сопоставимыми процессами и распространенные применения 3D-печати.

Технологии 3D-печати

FDM

Моделирование путем наплавленного слоя (FDM), иногда известное как наплавленное нитевое формирование (FFF), — это технология 3D-печати, которая печатает термопластиковую нить, нагревая ее до расплавленного состояния, а затем выдавливая через сопло на движущейся печатающей головке.

FDM работает путем выдавливания постоянного потока термопластического материала из печатающей головки, которая движется вдоль двух осей (согласно компьютерным инструкциям); выдавленный материал формирует 2D-форму на печатающей платформе, остывает и в конечном итоге затвердевает. Печатающая головка затем поднимается инкрементально для перехода к следующему 2D-слою, который печатается поверх первого, и этот процесс повторяется, пока не будет напечатана вся 3D-форма.

Благодаря своему диапазону материалов, доступности и пригодности для неиндустриальных сред, FDM является доминирующей технологией 3D-печати для потребителей и также широко используется в профессиональных средах как инструмент прототипирования.

Ведущие производители FDM 3D-принтеров включают Stratasys, Ultimaker, MakerBot, FlashForge, Zortrax и LulzBot.

SLA

Стереолитография (SLA) — это форма ванной фотополимеризации, которая использует лазерный луч для создания 3D-форм в ванне фоточувствительной жидкой смолы.

Процесс SLA работает путем перемещения высокофокусированного лазерного луча в точном узоре в ванне смолы. Поскольку смола фоточувствительна, лазерный луч способен затвердевать и твердеть смолу, но только в тех точных областях, на которых он сфокусирован. Это позволяет SLA 3D-принтеру формировать твердую 2D-форму в жидкой смоле перед инкрементальным перемещением строительной платформы для перехода к следующему слою. (Связанная технология фотополимеризации, цифровая обработка света (DLP), использует проектор вместо лазерного луча.)

SLA — это точный процесс 3D-печати, который производит хрупкие пластиковые детали с гладкой поверхностью. Он используется для прототипирования и в таких областях, как стоматология и ювелирное производство.

Ведущие производители SLA 3D-принтеров включают Formlabs, Creality, XYZprinting и DWS Systems.

SLS

Селективное лазерное спекание (SLS) — это технология 3D-печати, которая использует лазерный луч для спекания частиц порошкового материала, обычно нейлона или полиамида.

Во время процесса SLS печатающая платформа покрывается тонким слоем порошка. Компьютерно-контролируемый лазер затем рисует 2D-форму в порошке, спекя частицы и создавая твердую форму. Как только 2D-слой завершен, печатающая платформа движется инкрементально для печати последующих слоев. Поскольку напечатанная деталь всегда окружена неспеченным порошком, ей не требуются поддерживающие структуры (некий напечатанный каркас, используемый в технологиях вроде FDM для удержания детали вместе).

SLS используется и в прототипировании, и в малом серийном производстве. Преимущества включают геометрическую свободу и возможность печатать несколько плотно упакованных деталей в одной печати.

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

Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion (MJF), разработанная гигантом печати HP, — это еще один процесс порошкового плавления 3D-печати для изготовления полимерных деталей.

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

MJF можно рассматривать как комбинацию SLS и струйного соединения — процесса, обычно используемого для изготовления металлических деталей.

Material Jetting (Струйное нанесение материала)

Не путать с binder jetting, material jetting — это отдельное семейство процессов 3D-печати, в которых струйные печатающие головки наносят материал слой за слоем.

Процесс material jetting работает путем селективного брызгания фотореактивного материала на печатающую платформу, а затем его отверждения УФ-светом — что-то вроде SLA, но без ванны жидкости. Процесс повторяется слой за слоем, пока деталь не завершена. Некоторые принтеры используют непрерывное брызгание, другие — капельное по требованию.

Принтеры material jetting обычно печатают с жидкими термореактивными фотополимерами, которые могут демонстрировать разные материальные свойства.

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

SLM

Селективное лазерное плавление (SLM) — это процесс металлического аддитивного производства и одна из самых важных форм 3D-печати для производства конечных деталей.

SLM, форма порошкового плавления, напоминает SLS в том, что использует лазер, направленный на слой металлического порошка. Однако частицы могут полностью плавиться, а не просто спекваться, и процесс используется для обработки различных металлических порошков вместо нейлона и полиамида. Другое различие в том, что SLM обычно требует герметичной камеры печати с инертным газом. Улучшения в технологии SLM сделали ее настоящей альтернативой механической обработке и литью.

SLM имеет множество применений: от быстрого металлического прототипирования до производства авиационных компонентов и титановых медицинских имплантов.

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

DMLS

Прямое металлическое лазерное спекание (DMLS) — это еще одна форма порошкового плавления аддитивного производства для металлических деталей.

DMLS напоминает SLS в том, что использует лазер для спекания частиц; однако он используется для металлов, а не нейлонов. DMLS также во многом напоминает SLM, но его лазер не полностью плавит сырой материал, как SLM. Таким образом, DMLS обычно ограничен металлическими сплавами.

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

Binder Jetting (Струйное соединение)

Binder jetting — это уникальный процесс 3D-печати, который использует связующее вещество для изготовления деталей из металлического, пескового или керамического порошков.

Процесс binder jetting работает путем покрытия печатающей платформы порошком, затем селективного опрыскивания порошка связующим веществом (сродищем клея) для создания 2D-формы. Клеевидный связующий компонент связывает вместе частицы порошка вместо того, чтобы, например, спековать их вместе. Строительная платформа затем движется, чтобы принтер мог связать следующий слой, и так далее.

Детали binder jetting обычно нуждаются в термической обработке или инфильтрации (другим материалом) после печати, чтобы удалить связующее вещество и укрепить деталь.

Ведущие компании binder jetting 3D-принтеров включают 3D Systems, ExOne, Desktop Metal, Markforged и HP.

Материалы для 3D-печати

Термопластиковые нити (FDM)

Огромное большинство материалов, используемых в FDM 3D-печати, — это термопластиковые нити, доступные в катушках разного размера. Термопластики плавятся при нагревании, а затем повторно затвердевают при охлаждении без изменения своего химического состава; это делает их идеальными для экструзионного 3D-печатания.

Распространенный универсальный термопластик для FDM — полилактическая кислота (PLA), которая имеет низкую температуру плавления и экологически дружественна. Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), который имеет более высокую температуру плавления, но легче выдавливается, — еще один популярный выбор. Другие распространенные материалы FDM 3D-печати включают PETG и PC.

Хотя большинство печатаемых термопластиков жесткие, существуют некоторые гибкие нити FDM, такие как TPE и TPU, которые подходят для резиноподобных деталей.

Композитные нити (FDM)

Многие FDM 3D-принтеры способны печатать термопластики, усиленные добавками вроде стекла или углеродного волокна. Эти материалы могут иметь гораздо более высокую прочность, чем обычные термопластики (хотя, поскольку стеклянные кусочки или рубленое волокно ориентированы случайно, материалы обычно слабее, чем печатаемые непрерывные волокна, которые требуют специализированной и дорогой печатающей технологии).

Жидкие смолы (SLA, DLP)

Материалы для процессов 3D-печати ванной фотополимеризации вроде SLA и DLP поставляются в виде жидких фоточувствительных смол, содержащих мономеры, олигомеры и фотоинициаторы. Эти смолы отвердевают под воздействием источника света для создания твердых напечатанных деталей.

Существуют разные смолы для разных потребностей — например, некоторые полностью прозрачны, в то время как другие предлагают более высокий уровень ударной стойкости — но у них нет универсальных названий, как у термопластиков. Скорее, разные производители 3D-печатных смол производят разные смольные смеси, которые часто имеют простые ярлыки вроде «стандартная смола» или «прозрачная смола».

Порошки нейлона/полиамида (SLS)

Наиболее широко используемый материал SLS 3D-печати — нейлон, инженерный термопластик, производящий прочные, жесткие и долговечные 3D-напечатанные детали.

SLS 3D-принтеры спекют нейлон в порошковой форме, и существует несколько разных типов порошкового нейлона (и других порошков), которые можно печатать. Нейлон 12 — хороший универсальный материал для деталей и прототипирования, в то время как Нейлон 11 особенно прочен и дуктилен. Алюминий-заполненный нейлон и TPU — другие варианты порошков SLS.

Металлические порошки (SLM, DMLS)

Металлические аддитивные производственные процессы вроде SLM совместимы с металлическими порошками, которые могут быть расплавлены лазерным лучом принтера. Эти порошки часто изготавливаются газовым распылением, которое производит сферические частицы, легко текущие.

Широкий ассортимент металлов доступен в виде 3D-печатных порошков для SLM и других процессов порошкового плавления. К ним относятся высокопрочные высокотемпературные титановые сплавы; алюминиевые сплавы; нержавеющие стали; кобальт-хромовые сплавы; и никелевые сплавы.

Программное обеспечение для 3D-печати

3D-принтеры — цифровые машины, и программное обеспечение поэтому играет важную роль в процессе 3D-печати. Хотя есть некоторое перекрытие между типами ПО для 3D-печати (некоторые программные пакеты содержат многие разные инструменты), есть четыре основные категории: 3D-моделирование, ремонт STL, нарезка (slicing) и управление печатью.

ПО для 3D-моделирования

Системы автоматизированного проектирования (CAD), иногда называемые ПО для 3D-моделирования, используются для проектирования 3D-моделей на экране компьютера, которые в конечном счете могут быть превращены в физические 3D-напечатанные объекты.

Такой софт может позволять моделировать 3D-формы визуально, путем выбора параметров или написания кода. Функции могут включать автоматические инструменты моделирования, интеграцию CAM и инструменты симуляции.

Некоторые распространенные программы 3D-моделирования для 3D-печати: TinkerCAD и Fusion 360 (оба от Autodesk), SolidWorks от Dassault Systèmes, Rhino и Blender.

ПО для ремонта STL

ПО для ремонта STL или ремонта сетки — иногда упакованное с CAD или нарезкой — предназначено для анализа и ремонта 3D-печатных файлов для облегчения плавной печати.

Популярные отдельные пакеты для ремонта STL включают Magics от Materialise и Netfabb/Meshmixer от Autodesk, в то время как вышеупомянутые Fusion 360 и Blender поставляются с инструментами ремонта STL.

Нарезающее ПО (Slicing software)

ПО для 3D-моделирования создает файлы сетки, содержащие информацию о 3D-модели, но 3D-принтер не может вычислить эти файлы. Вот где приходит на помощь нарезка 3D-принтера.

Нарезающее ПО разрезает 3D-сетку на отдельные слои, которые могут быть 3D-напечатаны последовательно, и экспортирует данные об этих слоях как G-код, который 3D-принтер может прочитать и выполнить.

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

ПО для управления печатью

Некоторые пользователи 3D-принтеров — особенно те, кто запускает несколько принтеров одновременно — могут требовать ПО для управления 3D-печатью для управления заданиями печати, контроля производительности и статуса машин и мониторинга запасов материалов.

Инструменты управления печатью включают удобные веб-инструменты вроде OctoPrint, вплоть до профессиональных систем исполнения аддитивного производства (MES) вроде Materialise Streamics и Oqton FactoryOS.

Преимущества 3D-печати

Существует множество преимуществ использования 3D-печати над альтернативными процессами вроде ЧПУ-обработки и литья под давлением. К ним относятся:

Скорость: Особенно для быстрого прототипирования единичных деталей, 3D-печать — один из самых быстрых методов производства. Цифровые файлы можно отправить на 3D-принтер с минимальной подготовкой. Это может дать компаниям конкурентное преимущество, сокращая циклы R&D и время выхода на рынок.

Стоимость: Поскольку не требуется дорогая оснастка, 3D-печать очень дешева для изготовления единичных деталей или коротких серий. Также минимальные отходы материала, так как процесс аддитивный, а не вычитающий.

Геометрическая свобода: 3D-печать подчиняется меньшим проектным ограничениям, чем процессы вроде литья под давлением, позволяя сложные узоры и даже сложные внутренние секции. Это особенно верно для порошковых процессов вроде SLS, так как порошок поддерживает напечатанную структуру со всех сторон.

Последовательность: Хотя 3D-печать часто используется для единичных деталей и прототипов, она на самом деле производит очень последовательные дубликаты, так как качество детали не зависит от таких факторов, как срок службы формы или износ инструмента.

Ограничения 3D-печати включают медлительность на больших объемах, ограниченную прочность деталей по сравнению с вычитающими и формовочными процессами, стоимость материалов (FDM-нить дороже эквивалентных объемов гранул для литья под давлением, например), ограниченный диапазон материалов и ограниченные варианты окрашивания.

Применения 3D-печати

3D-печать имеет применение в ряде отраслей, как для быстрого прототипирования, так и для малого серийного производства.

Быстрое прототипирование

Во всех отраслях ключевым применением 3D-печати является быстрое прототипирование новых деталей во время R&D. Никакая другая технология не так хорошо оборудована для мгновенного изготовления пластиковых или металлических деталей — даже в нефабричных условиях.

3D-принтеры могут использоваться внутри компаний, в то время как некоторые бизнесы предпочитают заказывать 3D-напечатанные прототипы через сервисные бюро.

Медицина

3D-печать может использоваться для изготовления медицинских компонентов вроде пациенто-специфических титановых имплантов и хирургических направляющих (SLM), 3D-напечатанных протезов (SLS, FDM) и даже 3D-биопечати человеческой ткани. Компоненты для медицинского оборудования и машин — рентгеновские аппараты, МРТ-оборудование и т.д. — также могут быть 3D-напечатаны.

Технологии вроде SLA и SLS также широко используются в стоматологической отрасли для моделей, протезов и реставрации.

Авиакосмическая

Авиакосмическая отрасль была основным внедрителем технологии 3D-печати, так как возможно изготовление очень легких деталей с отличным соотношением прочности к весу. Примеры деталей включают простые компоненты вроде перегородок кабины (SLS), вплоть до передового двигателя компоненты (SLM), такие как 3D-напечатанная насадка топливного форсунки, разработанная и изготовленная GE.

Автомобильная

Автомобильные компании регулярно используют 3D-принтеры для изготовления единичных запчастей и ремонтов, а также быстрых прототипов. Распространенные 3D-напечатанные автозапчасти включают крепления, компоненты панели приборов и компоненты антенн (FDM).

Более экстремальные примеры включают автомобили с крупными металлическими 3D-напечатанными структурными компонентами, такими как ранние модели авто-стартапа Divergent.

Ювелирное дело и искусство

Технологии 3D-печати вроде SLA широко используются (как косвенный производственный процесс) в производстве и ремонте ювелирных изделий, в то время как практически все виды 3D-принтеров могут использоваться для создания произведений искусства и скульптур.

Строительство

Прогресс в производственном аддитивном производстве расширил сферу применения в строительстве и архитектуре. Бетонная 3D-печать, которая работает немного как FDM, но с очень широкими соплами экструдеров, играет роль в этой отрасли, но более распространенные технологии 3D-печати вроде SLM могут использоваться для изготовления предметов вроде мостов и конструкций.

Файловые форматы 3D-печати

3D-напечатанные детали могут быть спроектированы с использованием стандартного CAD-софта, но 3D-принтеры могут читать только специфические файловые форматы. Существует четыре основных машиночитаемых формата файлов 3D-печати.

STL: Самый распространенный формат файла 3D-принтера, STL содержит информацию о геометрии детали в виде тесселлированных треугольников. Он не содержит информации вроде цвета, материала или текстуры. Размер файла пропорционален детализации, что может быть проблемой.

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

3MF: Изобретенный Microsoft, 3MF — это XML-основанный формат с небольшими размерами файлов и хорошим уровнем предотвращения ошибок. Он еще не широко принят, но поддерживается компаниями вроде Stratasys, 3D Systems, Siemens, HP и GE.

AMF: Преемник формата STL, AMF намного легче и позволяет тесселляцию изогнутых треугольников, а также плоских — что делает кодирование детализированных деталей в ряде форм гораздо проще. Принятие формата было медленным с момента его введения.

Настройки и спецификации 3D-печати

3D-печать использует некоторую процесс-специфическую терминологию, которая может сбивать с толку новичков. Эти термины относятся к настройкам принтера и/или спецификациям, которые могут влиять на то, как получаются 3D-напечатанные детали.

Наполнение (Infill)

При изготовлении 3D-напечатанных деталей вам может понадобиться указать процент наполнения, который относится к внутренней плотности детали. Низкий процент наполнения приведет к преимущественно полой детали с минимальным материалом, удерживающим форму; высокое наполнение приведет к прочной, плотной, более тяжелой детали.

Высота слоя (Layer height)

Высота слоя, иногда называемая Z-разрешением, — это расстояние между одним 2D-слоем детали и следующим. Меньшая высота слоя означает более тонкое разрешение (и более высокий возможный уровень детализации) вдоль Z-оси, то есть сверху вниз. Малая высота слоя — индикатор высококачественного принтера, но пользователи могут указывать большие высоты слоев для более быстрой и экономичной печати.

Скорость печати (Print speed)

Скорость печати принтера, измеряемая в миллиметрах в секунду, указывает скорость, с которой машина может обрабатывать сырой материал. Как и высота слоя, это значение может быть либо указанием максимальной скорости принтера, либо пользовательским значением: более медленные скорости печати обычно производят более точные печати.

Температура печати (Print temperature)

Применительно к процессам вроде FDM, температура печати обычно относится к температуре горячего конца, части печатающей головки, которая нагревает термопластиковую нить. Некоторые FDM-принтеры также имеют нагреваемую печатающую платформу, температуру которой указывает производитель. В обоих случаях температура обычно контролируется пользователем.

Разрешение (Resolution)

В 3D-печати разрешение почти всегда относится к наименьшему возможному движению вдоль X и Y осей (ширины и глубины), либо лазерным лучом (SLA, SLM и т.д.), либо печатающей головкой (FDM). Это значение труднее измерить, чем высота слоя, и не всегда пропорционально ему.

Оболочки (Shells)

Как толщина стенки в литье под давлением, оболочки (или толщина оболочки) относятся к толщине внешней стенки 3D-напечатанной детали. При 3D-печати пользователи обычно должны выбирать количество оболочек: одна оболочка = внешние стенки толщиной сопла 3D-принтера; 2 оболочки = в два раза та толщина, и т.д.

3D-печать в цвете

Учитывая, что 3D-печать в основном используется как инструмент прототипирования, одноцветные печати достаточно для большинства применений. Однако есть несколько вариантов для 3D-печати в цвете, включая высококлассные принтеры material jetting, многоэкструдерные FDM-принтеры и постпроцессинговые варианты.

Струйные технологии

Крупные компании 3D-печати вроде Stratasys, 3D Systems и Mimaki разработали принтеры material jetting и binder jetting, которые могут печатать 3D-модели в полноцветном режиме, как 2D струйные принтеры. Однако эти машины дороги, и детали не всегда имеют отличные механические свойства.

Многократная экструзия

Несколько FDM 3D-принтеров поставляются с двойными (или более) печатающими головками, позволяя двум катушкам нити — в разных цветах или даже совершенно разных материалах — печататься одновременно в одном задании печати. Это просто и доступно, но обычно ограничено двумя цветами.

Замена нити

Можно сделать многоцветные печати, используя одноканальный FDM 3D-принтер. Это включает паузу печати в определенных точках и замену катушки нити на нить другого цвета. Это очень медленный метод применения цвета и не предлагает точного контроля над тем, куда идет каждый цвет.

Добавление цвета после печати

Многие 3D-напечатанные детали могут быть окрашены, тонированы или покрашены после печати. Хотя это добавляет еще один шаг к процессу, оно часто обеспечивает лучший баланс между качеством и стоимостью.

Постобработка 3D-напечатанных деталей

Многие 3D-напечатанные детали требуют хотя бы некоторого уровня постобработки после того, как они сходят с печатающей платформы. Это может включать обязательные процессы, такие как удаление поддерживающих структур, или опциональные косметические процессы вроде покраски. Некоторые процессы применяются ко всем или большинству технологий 3D-печати, в то время как некоторые специфичны для технологии.

Удаление поддерживающих структур

Технологии 3D-печати вроде FDM и SLA требуют печати поддерживающих структур (вертикальных стойок между печатающей платформой и самой деталью), чтобы напечатанный объект не рухнул, пока он изготавливается.

Эти поддержки нужно удалить, когда деталь готова. Некоторые принтеры, такие как двухэкструдерные FDM-машины, могут печатать поддерживающие структуры в растворимом материале, что позволяет легко отделить поддержки от реальной детали с помощью жидких химикатов. Нерастворимые поддержки нужно срезать с детали вручную, оставляя след, который может потребовать шлифовки.

Промывание и удаление порошка

Некоторые технологии 3D-печати (например, SLA) оставляют липкий остаток на деталях, в то время как другие (SLM, SLS) могут оставлять следы порошка. В этих случаях детали нужно промывать — вручную или с выделенной машиной — или удалять порошок сжатым воздухом.

Тепловая обработка

Многие ключевые технологии 3D-печати печатают детали в материалах, которые, покидая печатающую платформу, еще не в их конечном химическом состоянии. Их иногда называют «зелеными» деталями.

Многие 3D-напечатанные металлические детали требуют тепловой обработки после печати для увеличения сплавления слоев и удаления загрязнений. И принтеры binder jetting, например, производят детали, которым нужны дебиндинг и спекание после печати для удаления полимерного связующего изнутри металлических деталей.

Некоторые смольные 3D-напечатанные детали нуждаются в пост-отверждении после печати для увеличения их твердости и пригодности к использованию.

Поверхностная отделка

3D-напечатанные детали могут подвергаться большому числу техник поверхностной отделки, от текстурных процедур вроде шлифовки и сглаживания до визуальных вроде покраски и тонирования. Некоторые технологии, вроде FDM, могут производить довольно шероховатую поверхность, требующую шлифовки, в то время как другие, вроде SLA, производят гораздо более гладкую поверхность. См. наш полный список услуг поверхностной отделки для получения дополнительной информации.

Комбинирование 3D-печати с другими технологиями

3D-печать не обязана использоваться как автономный процесс. Вместо того чтобы думать о ней как о конкуренте ЧПУ-обработки и литья под давлением, она может на самом деле дополнять эти другие производственные процессы. Примеры комбинаций включают:

• 3D-печать основного участка детали, затем ЧПУ-фрезеровка тонких особенностей к более точным допускам
• 3D-печать мастер-модели для литья в оболочке или вакуумного литья
• 3D-печать компонента, затем литье под давлением структуры поверх него с вставным литьем

Существуют гибридные производственные системы, комбинирующие 3D-печать с другими технологиями. Mazak INTEGREX i-400 AM и DMG MORI Lasertec DED, например, могут выполнять и 3D-печать, и ЧПУ-фрезеровку.

Заменит ли 3D-печать другие производственные процессы?

Аналитики давно спекулируют о том, может ли 3D-печать сделать избыточными другие производственные процессы, включая:

• Механическую обработку
• Литье
• Литье в формы

Однако, несмотря на стремление производителей AM-оборудования позиционировать 3D-печать как технологию полного цикла производства (см., например, инициативу EOS Industry 4.0), на практике 3D-печать остается ограниченной определенными специфическими производственными задачами, особенно малым серийным производством в специфических материалах.

3D-печать определенно опередила другие процессы в некоторых областях. Например, быстрое прототипирование в дешевых пластиках вроде ABS теперь доминирует 3D-печать, так как печатать ABS дешевле, чем обрабатывать его. 3D-печать также, кажется, закрепила свое место как идеальный инструмент для изготовления объектов вроде пациенто-специфических титановых медицинских имплантов: и скорость, и геометрическая гибкость 3D-печати трудно сравнять в специфических ситуациях вроде этой.

Тем не менее, процессы вроде ЧПУ-обработки в настоящее время остаются лучше в производстве высококачественных деталей и прототипов в инженерных материалах вроде POM, PEI, PPS и PEEK, оставляя поверхностную отделку далеко превосходящую 3D-печать. Кроме того, процессы вроде литья под давлением все еще бесконечно быстрее для массового производства простых пластиковых компонентов.

Более того, пока аддитивное производство видит некоторые из самых значительных технологических достижений в производстве — позволяя ему занять большую долю в производстве в целом — более установленные процессы вроде ЧПУ и литья под давлением также уточняются для производства деталей более высокого качества.

3D-печать будет продолжать забирать большую долю производственных задач, но она не заменит другие технологии полностью.

Как выглядела 3D-печать 10 лет назад?

Десять лет назад الناشющая индустрия 3D-печати готовилась к тому, во что верила, будет революция 3D-печати: 3D-принтер в каждом доме, позволяющий семьям 3D-печатать новые объекты, которые им могут понадобиться, такие как запасная деталь для холодильника, новая игрушка для детей или даже компоненты для постройки второго 3D-принтера.

Вокруг 2012–2014 годов производители FDM 3D-принтеров вроде MakerBot агрессивно маркетировали свои 3D-принтеры на потребительский рынок, пытаясь убедить обычных людей, что 3D-принтер может улучшить их домашнюю и рабочую жизнь. Однако было ясно, что эти компании пытались эксплуатировать новизну фактора 3D-печати, и что их продукты имели мало практического использования; пресс-релиз MakerBot 2012 года, кажется, доказывает это: «Сделайте весь шахматный набор одним нажатием кнопки. Друзья, одноклассники, коллеги и семья увидят вещи, которые вы делаете, и скажут "Вау!"».

Всего через несколько лет эта так называемая революция 3D-печати очевидно провалилась, и многие производители 3D-принтеров начали переориентировать свои цели, переходя от потребительской сферы к профессиональной и промышленной, где были более конкретные (и прибыльные) применения аддитивной технологии.

Кроме того, уже находившиеся в профессиональной и промышленной сфере компании — вроде 3D Systems и Stratasys — начали пытаться разрушить идею 3D-печати как технологии прототипирования, позиционируя ее вместо этого как жизнеспособный инструмент массового производства (что, очевидно, могло быть более прибыльным для индустрии 3D-печати, так как производители ожидались бы заполнить целые фабрики 3D-принтерами, покупать ПО управления 3D-печатью и нанимать консультантов по 3D-печати).

Как будет выглядеть 3D-печать через 10 лет?

Компании 3D-печати отказались от перспективы поставить 3D-принтер в каждый дом. Однако через 10 лет они могут ожидать увидеть некоторую форму аддитивного производства в большем количестве фабрик.

Хотя 3D-печать сегодня меньше является темой разговоров среди обычных людей, чем в 2012 году, технология продолжает набирать обороты в профессиональном и промышленном мире.

Согласно недавнему отчету, маркетинговая исследовательская компания 3DPBM Research ожидает, что металлическое аддитивное производство вырастет в стоимости от 1,6 миллиарда долларов в 2020 году до 30 миллиардов к 2030 году, и это во многом благодаря репозиционированию AM как производственного инструмента и разработке более высокопроизводительных инженерных материалов. (Тем не менее, 3D-печать останется ценным инструментом прототипирования во многих отраслях, и прототипирующие применения получат равные выгоды от технологических улучшений.)

Растет не только металлическое AM. Технологии вроде Multi Jet Fusion от HP открыли новые возможности в пластиковой печати, в то время как инноваторы вроде Carbon разработали новые высокоскоростные процессы в категории фотополимеризации. Нишевые области вроде 3D-биопечати и микро-3D-печати также регулярно прорывают новые границы, в то время как композитная 3D-печать (например, непрерывное углеродное волокно 3D-печати) также на подъеме: IDTechEX ожидает, что рынок композитной 3D-печати будет стоить 1,7 миллиарда долларов к 2030 году.

Коротко: 3D-печать постепенно станет серьезным конкурентом другим производственным процессам во многих дисциплинах.

Как развивается 3D-печать в Китае?

Хотя в Китае всего несколько заметных производителей 3D-принтеров — UnionTech (SLA), Farsoon (DMLS, SLS), Shining 3D (FDM, DLP, SLA) и Creality (FDM, DLP, SLA) — это некоторые из более известных имен — Китай и Азиатско-Тихоокеанский регион — один из самых быстрорастущих рынков 3D-печати, демонстрирующий широкое внедрение (частично благодаря государственным стимулам).

В настоящее время AM-активность в Китае сосредоточена в Шанхае, Сиане, Гуандун (где штаб-квартира 3ERP) и Бохайском экономическом риме, включающем Тяньцзинь, Хэбэй, Ляонин и Шандун. Некоторые крупные западные AM-компании вроде 3D Systems, Stratasys и EOS имеют офисы в Шанхае.

Хотя производство китайских 3D-принтеров доминируется FDM и смольными технологиями, около половины принтеров, продаваемых в Китае, предназначены для промышленного использования (в отличие от личного или малого профессионального использования).

В октябре 2020 года маркетинговая исследовательская компания CONTEXT обнаружила, что рынок 3D-печати в Китае был гораздо более устойчивым перед лицом пандемии, чем другие рынки, и играл важную роль в восстановлении глобального рынка 3D-печати.

Как заказать аутсорсинг 3D-печатных услуг?

Инвестиции в оборудование и ПО 3D-печати не подходят для всех бизнесов, и многие успешные компании выносят свои потребности в 3D-печати на третьих лиц, таких как онлайн-сервисные бюро 3D-печати (для разовых проектов) или с партнерами по прототипированию и производству вроде 3ERP (для разовых проектов или повторных заказов).

При аутсорсинге 3D-печатных услуг важно учитывать, нуждается ли ваш бизнес в услугах проектирования и производства, или только в производственных услугах. (Имейте в виду, что плохо выполненная 3D-модель может не напечататься успешно.)

В общем, однако, заказ 3D-напечатанных деталей у третьей стороны проще чем когда-либо. Многие производители могут начать 3D-печать просто с цифровой 3D-модели, хотя более важные проекты могут также требовать технического чертежа для передачи дополнительной информации, такой как материалы, цвета и допуски. Некоторые провайдеры 3D-печатных услуг (включая 3ERP) предложат совет по подходящим технологиям и материалам 3D-печати для вашего проекта.

См. наши 3D-печатные услуги полностью, включая доступные технологии и материалы, или запросите котировку для вашего 3D-печатного проекта.