Исследование основных методов аддитивного производства

Раньше производственные бизнесы использовали субтрактивные процессы: формовку, резку, сверление. Хотя удаление материала из большего целого хорошо работало, современные аддитивные процессы быстро их заменяют. По прогнозам, отрасль аддитивного производства вырастет до $23 млрд к 2022 году.

Аддитивное производство — компьютерно-контролируемый процесс построения 3D-объекта путем наложения слой за слоем материала (обычно керамического или металлического порошка) на строительную платформу до завершения изделия. Слои закаляются с помощью тепла, отвердителя или лазеров.

Поскольку метод аддитивный, отходов меньше, чем при субтрактивном производстве, а значит — ниже затраты.

У каждого из семи основных типов аддитивного производства есть плюсы и минусы. Важно знать различия, чтобы выбрать подходящий метод для своего бизнеса.

Вот основные типы аддитивного производства для расширения производственных возможностей вашего бизнеса.

Типы процессов аддитивного производства

1. Биндер-джеттинг (Binder Jetting)

Биндер-джеттинг, также известный как материал-джеттинг или порошковая струйная печать — один из самых распространенных типов аддитивного производства.

Метод работает похоже на обычный офисный принтер, но печатает 3D-объекты. Вместо струйки чернил на бумагу, биндер-джеттинг наносит клей в порошковый материал. Голова печати движется горизонтально и вертикально, кладя новый слой строительного материала за каждый проход.

Можно изготавливать объекты биндер-джеттингом из различных материалов:

• Гипсовый порошок (мел)
• Пластики
• Керамика
• Металл
• Стекло
• Песок

Биндер-джеттинг — один из самых доступных процессов аддитивного производства благодаря низкой стоимости входа и недорогим материалам. Он также может создавать объекты быстрее большинства других процессов — и в полноцвете.

Хотя у него много преимуществ, изделия биндер-джеттинга склонны быть хрупкими и требуют постобработки, включая очистку и закалку, что может быть утомительным и затратным по времени.

2. Направленное энергетическое наложение (Directed Energy Deposition — DED)

DED использует принципы сварки для создания 3D-объектов. Материал — обычно металлическая проволока или порошок — плавится сфокусированным источником энергии (лазер или электронный луч). Жидкий материал затем точно наносится на строительную платформу, где быстро застывает, формируя слой. Процесс повторяется до завершения объекта.

Одно из значительных преимуществ DED — использование не только для создания изделий, но и для ремонта и наложения материала на существующие детали или преформы. Кроме того, можно использовать несколько материалов в одном процессе печати.

3. Материальная экструзия (Material Extrusion)

Материальная экструзия работает похоже на клеевой пистолет. Материал поступает в принтер из катушки. Кончик сопла нагревается и плавит материал. Жидкий материал затем наносится слой за слоем на строительную платформу, где остывает и затвердевает, формируя объект.

Многие бизнесы и даже энтузиасты ценят материальную экструзию за низкую стоимость оборудования и материалов.

Хотя это самый недорогой метод аддитивного производства, у него есть ограничения. Поскольку нагревательные элементы недостаточно мощны для плавления высокоплотных материалов (металлов), вы ограничены только пластиковыми полимерами — которые могут быть недостаточно прочными для некоторых применений, таких как оснастка и приспособления.

4. Порошковое слоевое сплавление (Powder Bed Fusion — PBF)

Порошковое слоевое сплавление, также известное как электронно-лучевое плавление (EBM), начинается с большого ложа порошкового материала — обычно пластика, металла, песка или керамических порошков, смешанных с песком.

Порошок селективно сплавляется с помощью лазера или электронного луча. Когда слой сплавлен, рабочая зона опускается, и новый слой строится сверху тем же процессом.

С PBF объекты имеют высокий уровень сложности, делая их прочнее, чем изделия некоторых других типов аддитивного производства. Поскольку требуется ложе порошка, трудно поддерживать чистую рабочую среду. Этот метод не лучший вариант для тесных пространств, не настроенных на работу с порошковыми материалами.

Заинтересованы в аддитивном производстве? Посмотрите другие темы блога: Процесс аддитивного производства 3D-печать для аддитивного производства — что нужно знать

5. Слоистая ламинация (Sheet Lamination)

Слоистая ламинация, также известная как ультразвуковое аддитивное производство (UAM) или ламинированное объектное моделирование (LOM) — процесс, стакающий тонкие листы материала и соединяющий их ультразвуковой сваркой, склеиванием или пайкой. По мере накопления слоев объект принимает форму.

После укладки и ламинирования всех слоев, ЧПУ-станок или лазерный резак удаляют лишний материал, создавая конечную форму объекта.

Поскольку процесс работает в множестве слоев, слоистая ламинация позволяет производителям комбинировать различные материалы, печатать в полноцвете и при гораздо более низкой стоимости, чем некоторые другие процессы.

Хотя слоистая ламинация относительно недорога, она требует некоторой постобработки, что может быть утомительно и затратно по времени. Вы также ограничены материалами, которые могут поставляться в листах: бумага, пластик, металл. Поскольку объекты нужно подстригать после ламинирования, в этом процессе все равно есть отходы.

6. Ванная полимеризация (Vat Polymerization)

Ванная полимеризация похожа на порошковое слоевое сплавление, но вместо ложа порошка использует ванну фотополимерной смолы, закаляемой слоями ультрафиолетовым лазером. Когда слой завершен, добавляется больше смолы, и строится следующий слой. Процесс продолжается до завершения объекта.

Хотя смола может быть довольно дорогой, ванная полимеризация может быстро строить объекты с высокой точностью и хорошей отделкой.

Несмотря на преимущества, производители ограничены фоторезиновыми материалами и обязаны выполнять значительную постобработку. Напечатанные объекты нужно извлечь из смолы и очистить перед использованием.

7. Материальный джеттинг (Material Jetting)

Похоже на биндер-джеттинг, материальный джеттинг накладывает материал для построения объекта. Но вместо клея на ложе порошка, материальный джеттинг плавит воскоподобные материалы и точно наносит капли на строительную платформу. По мере накопления слоев объект принимает форму.

Многие производители используют материальный джеттинг, потому что он относительно недорог и обеспечивает выдающуюся точность с высококачественной поверхностной отделкой. К сожалению, он ограничен только воскоподобными материалами, которые могут быть хрупкими. Также строительство занимает больше времени, так как идет капля за каплей.

Какой тип аддитивного производства подходит вам?

Перед выбором метода важно подумать о потребностях проекта. Нужен ли более бюджетный вариант или более прочные строительные материалы? Каковы бы ни были ваши потребности, существует процесс аддитивного производства для вашего производства.

Какой бы тип вы ни выбрали, важно начать с хорошей 3D-цифровой модели. Эксперты Spatial имеют более 35 лет опыта в 3D-моделировании и помогли бесчисленным бизнесам проектировать, тестировать и выводить продукты на рынок.

Мы предоставляем комплексные функции предобработки, которые могут быть упакованы в ваши программные приложения с нашими предварительно собранными библиотеками. Этот подход помогает расширить текущую функциональность ваших приложений и аппаратных решений, давая конкурентное преимущество.

Если вам нужна помощь с 3D-моделированием для вашего аддитивного процесса, ознакомьтесь с нашими ведущими в отрасли наборами инструментов разработки 3D-моделирования или свяжитесь с экспертами Spatial, чтобы начать.