Аддитивное производство объяснено: от дизайна к готовой детали

Введение

Аддитивное производство (иногда называемое быстрым прототипированием или 3D-печатью) — это метод производства, где слои материала настраиваются для создания твердого объекта. Хотя существует множество разных технологий 3D-печати, эта статья сфокусируется на общем процессе от дизайна к конечной детали. Будь то конечная деталь — быстрый прототип или конечная функциональная деталь, общий процесс не меняется.

Процесс аддитивного производства

1. CAD (Компьютерно-аided дизайн)

Создание цифровой модели — первый шаг в процессе аддитивного производства. Наиболее распространенный метод создания цифровой модели — компьютерно-аided дизайн (CAD). Существует широкий спектр бесплатных и профессиональных CAD-программ, совместимых с аддитивным производством. Обратная инженерия также может использоваться для генерации цифровой модели через 3D-сканирование.

Есть несколько дизайнерских соображений, которые должны оцениваться при проектировании для аддитивного производства. Обычно фокусируются на ограничениях геометрии признаков и требованиях к поддержке или отверстиям для удаления и варьируются по технологии.

2. Конвертация в STL и манипуляция файлами

Критический этап в процессе аддитивного производства, отличающийся от традиционной методологии производства — требование конвертировать CAD-модель в STL (стереолитографический) файл. STL использует треугольники (полигоны) для описания поверхностей объекта. Руководство по конвертации CAD-модели в STL можно найти здесь. Есть несколько ограничений модели, которые следует учитывать перед конвертацией в STL: физический размер, водонепроницаемость и количество полигонов.

После генерации STL-файла он импортируется в программу-срезальщик (slicer). Эта программа берет STL и конвертирует в G-код. G-код — язык числового управления (NC) программирования. Используется в CAM (компьютерно-аided мануфактуринге) для управления автоматизированными станками (включая ЧПУ и 3D-принтеры). Программа-срезальщик также позволяет дизайнеру кастомизировать параметры сборки: поддержку, высоту слоя, ориентацию детали.

3. Печать

Машины 3D-печати часто состоят из множества малых и сложных частей, поэтому правильное обслуживание и калибровка критичны для точных печатей. На этом этапе печатающий материал также загружается в принтер. Сырые материалы, используемые в аддитивном производстве, часто имеют ограниченный срок хранения и требуют тщательного обращения. Хотя некоторые процессы предлагают способность перерабатывать излишки строительного материала, повторное использование может привести к снижению свойств материала, если не заменять регулярно.

Большинство машин аддитивного производства не требуют мониторинга после начала печати. Машина следует автоматизированному процессу, и проблемы обычно возникают только при окончании материала или ошибке в ПО. Объяснение того, как каждый из разных принтеров аддитивного производства производит детали, можно найти здесь.

4. Удаление печатей

Для некоторых технологий аддитивного производства удаление печати простое как отделение напечатанной детали от строительной платформы. Для других более промышленных методов 3D-печати удаление печати — высокотехнический процесс, включающий точное извлечение печати, пока она все еще инкапсулирована в строительном материале или прикреплена к строительной пластине. Эти методы требуют сложных процедур удаления и высококвалифицированных операторов станков вместе с оборудованием безопасности и контролируемыми средами.

5. Постобработка

Процедуры постобработки снова варьируются по технологии принтера. SLA требует компонента для отверждения под UV перед обращением, металлические детали часто нуждаются в снятии напряжений в печи, в то время как FDM детали могут обрабатываться сразу. Для технологий, использующих поддержку, она также удаляется на стадии постобработки. Большинство материалов 3D-печати могут быть зашлифованы, и другие техники постобработки, включая барабанную обработку, высоконапорную очистку воздухом, полировку и окраску, внедряются для подготовки печати к конечному использованию.