Аддитивные технологии (3D-печать): Руководство для начинающих

Начнем с основ

Аддитивное производство (часто называемое быстрым прототипированием или 3D-печатью) — это метод изготовления, при котором слои материала накладываются друг на друга для создания твердого объекта. Существует множество технологий аддитивного производства и 3D-печати, но в этой статье мы сосредоточимся на общем процессе от проектирования до готовой детали.

Будь то быстрый прототип или функциональная деталь для конечного применения, общий процесс не меняется принципиально. Давайте разберемся.

Как проектировать технологичные модели в САПР (CAD)?

Создание цифровой модели — первый этап аддитивного производства. Наиболее распространенный способ — использование систем автоматизированного проектирования (САПР / CAD). Существует широкий спектр бесплатных и профессиональных CAD-систем, совместимых с аддитивными технологиями. Обратное инжиниринг также позволяет получить цифровую модель путем 3D-сканирования.

При проектировании моделей для аддитивного производства необходимо учитывать ряд особенностей. Они касаются ограничений геометрии элементов, требований к поддерживающим структурам или технологическим отверстиям. Эти факторы зависят от конкретной технологии, поэтому их изучение обязательно.

Что такое конвертация в STL и работа с файлами?

Критически важный этап, отличающий аддитивное производство от традиционного — необходимость конвертировать CAD-модель в STL-файл (стереолитографию). STL описывает поверхности объекта треугольниками (полигонами). Руководство по конвертации CAD в STL можно найти здесь.

Перед конвертацией в STL нужно учесть ограничения модели: физические размеры, водонепроницаемость (замкнутость сетки) и количество полигонов.

После генерации STL-файл импортируют в программу-слайсер. Слайсер преобразует STL в G-код — язык числового программного управления (НУ). Он используется в системах CAM для управления автоматизированным оборудованием (СНС-станки, 3D-принтеры). Слайсер также позволяет настраивать параметры печати: поддерживающие структуры, высоту слоя, ориентацию детали.

Как аддитивные станки производят детали?

Аддитивные станки (3D-принтеры) состоят из множества мелких и сложных узлов, поэтому правильное обслуживание и калибровка критически важны для точной печати.

Сырьевые материалы часто имеют ограниченный срок хранения и требуют осторожного обращения. Некоторые технологии позволяют перерабатывать излишки материала, но многократное повторное использование без регулярной замены ухудшает свойства материала.

Большинство 3D-принтеров не требуют наблюдения после начала печати. Станок работает автоматически, проблемы возникают только при окончании материала или программных ошибках. Подробности о том, как каждый тип принтера формирует детали, можно найти здесь.

Как и когда извлекают готовые детали?

Для некоторых технологий извлечение детали сводится к отделению от платформы. Для промышленных методов это сложный технический процесс: точное извлечение детали, которая все еще заключена в строительный материал или прикреплена к платформе.

Такие методы требуют сложных процедур извлечения, высококвалифицированных операторов, средств защиты и контролируемой среды.

Как работает постобработка в аддитивном производстве?

Методы постобработки зависят от технологии принтера. SLA требует увязки под УФ перед работой с деталью, металлические детали часто нужно отпускать в печи, а FDM-детали можно использовать сразу. Для технологий с поддерживающими структурами их удаление также происходит на этапе постобработки. Большинство материалов можно шлифовать, также применяют барабанную обработку, очистку высоконапорным воздухом, полировку, окраску для подготовки детали к эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы

Каковы основные технологии аддитивного производства?

Существует семь технологий: ванная полимеризация, экструзия материала, струйная печать материала, слойная ламинация, наплавка направленным энергозарядом, струйная печать связующего и порошковая плавка в слое.

В чем разница между аддитивным производством и 3D-печатью?

Термины «аддитивное производство» и «3D-печать» в большинстве случаев взаимозаменяемы. Оба относятся к процессам, где детали строятся слоями из CAD-модели.

Являются ли аддитивное производство и быстрое прототипирование одним процессом?

Хотя аддитивное производство и 3D-печать часто используются как синонимы, быстрое прототипирование — смежный, но отдельный процесс. Быстрое прототипирование — это ускоренный этап прототипирования в разработке продукта, а аддитивное производство — технология, поддерживающая эту цель.

Какие отрасли используют аддитивное производство?

Применяется в авиакосмической, робототехнике, потребительской электронике, автомобилестроении. Огромную пользу извлекла медтехнология. Исторически аддитивные технологии использовали для прототипирования, но с появлением более надежных технологий компании переходят на серийное производство функциональных деталей.

Каковы преимущества аддитивного производства?

Это гораздо более экономичный способ создания прототипов, чем вычитающие процессы, и дает меньше отходов. Стоимость входа низкая, для малых серий это быстрее и дешевле. Особенно полезно для восстановления устаревших деталей с их оптимизацией.

Какие материалы используются в аддитивном производстве?

Можно изготавливать детали из полимеров, металлов и в некоторых случаях керамики. Наиболее распространенный материал — пластик, особенно для прототипирования.