3D-печать для аддитивного производства — что вам нужно знать

Существует много путаницы в отношении терминов аддитивное производство. и 3D-печать значит.

И это вряд ли удивительно. В конце концов, оба термина относятся к очень похожим процессам.

И аддитивное производство, и 3D-печать описывают процесс создания объектов путем постепенного наращивания тонких слоев материала.

В этой статье мы объясним, что такое аддитивное производство и 3D-печать, как они связаны друг с другом и для чего используются.

Для чего используется аддитивное производство в 3D-печати?

В традиционном производстве детали часто изготавливаются из более крупных блоков материала. Другими словами, материал вычитается из исходного блока, чтобы сформировать деталь. Естественно, это приводит к большому количеству отходов. Если вы когда-нибудь видели видео, в котором слесарь превращает цельный металлический или деревянный блок в готовую деталь, вы, вероятно, были поражены огромным количеством отходов.

Напротив, в аддитивном производстве детали изготавливаются путем наращивания слоев материала для формирования готовой детали. Как это работает? Это зависит от типа используемого аддитивного производства.

По данным Американского общества испытаний и материалов (ASTM), существует семь категорий аддитивного производства:

1. Фотополимеризация НДС — объекты строятся из слоев жидкой фотополимерной смолы, которая отверждается с помощью ультрафиолета.
2. Пудровая кровать Fusion — объекты создаются из слоев порошкового материала и расплавляются (или «сплавляются») с помощью тепла или мощного лазера. Общие методы включают селективное лазерное спекание (SLS).
3. Распыление материала — каждый слой объекта создается с помощью печатающей головки, которая наносит капли жидкого материала на поверхность сборки, где они быстро затвердевают. После завершения каждый слой отверждается ультрафиолетовым светом.
4. Листовое ламинирование — объекты изготавливаются из листов или лент металла, которые соединяются между собой с помощью ультразвуковой сварки. Листовое ламинирование не является полностью аддитивной технологией, так как излишки материала обычно необходимо удалять с помощью традиционных производственных технологий, таких как обработка на станках с ЧПУ.
5. Экструзия материала — материал вытягивается через сопло, где нагревается и слоями укладывается на строительную платформу. В этом случае дополнительный процесс отверждения слоев не требуется, так как каждый слой наносится в расплавленном состоянии.
6. Направленное выделение энергии — DED включает в себя ряд сложных методов аддитивного производства, используемых для ремонта или добавления материала к существующим компонентам. В большинстве реализаций расплавленный материал наносится через сопло на целевую поверхность, где он затвердевает. Этот процесс в принципе аналогичен экструзии материала, за исключением того, что сопло должно иметь возможность двигаться в нескольких направлениях, чтобы учитывать целевые поверхности различной формы.
7. Сброс связующего — также известная как 3D-печать. .

Поскольку эта статья посвящена 3D-печати для аддитивного производства, мы рассмотрим ее подробнее.

Что такое процесс аддитивного производства (3D-печать)?

В 3D-печати используются два материала:

1. Материал на основе порошка, обычно пластик, металл или керамика, и
2. Связующее, которое действует как клей между слоями порошка. Большинство связующих выпускаются в жидкой форме.

Термин 3D-печать происходит от визуального сходства струйной печати с 2D-печатью. Внутри стандартного струйного принтера печатающая головка перемещается горизонтально по осям X и Y, нанося капли чернил на лист бумаги.

Точно так же для создания объекта с помощью 3D-печати печатающая головка перемещается горизонтально вдоль осей X и Y машины и наносит чередующиеся слои строительного материала и связующего материала. После завершения каждого слоя платформа сборки, на которой находится объект, частично опускается, чтобы можно было напечатать следующий слой.

В зависимости от размера печатаемого объекта могут потребоваться сотни, тысячи или даже десятки тысяч таких слоев. Чтобы дать вам представление о том, как выглядит этот процесс, посмотрите это замедленное видео модели Эйфелевой башни, напечатанной на 3D-принтере.

Важность программного обеспечения для аддитивного производства и 3D-печати

Все методы аддитивного производства, включая 3D-печать, зависят от методов цифрового проектирования, таких как автоматизированное проектирование (САПР). На самом деле вся цель 3D-печати заключается в том, чтобы превратить цифровые проекты в объекты реального мира.

В прошлом инженеры использовали программное обеспечение САПР в сочетании со строгими методами имитационного моделирования для проектирования объектов, которые были бы надежными и эффективными в реальном мире. Но была проблема. Традиционные технологии производства, такие как обработка на станках с ЧПУ и литье под давлением, имеют определенные ограничения, из-за которых производство эти иначе «идеальные» объекты невозможны.

Именно здесь проявляется гармоничная взаимосвязь между САПР и 3D-печатью. Одним из наиболее важных преимуществ 3D-печати является то, что она позволяет создавать цифровые проекты в реальном мире без ограничения традиционных производственных технологий.

САПР и 3D-печать позволяют управлять производством в соответствии с дизайном , в то время как исторически процесс проектирования должен был основываться на том, что было возможно при использовании традиционных производственных технологий. Это дает инженерам гораздо больше свободы проектирования, чем когда-либо прежде, и способствовало огромным прорывам в ряде отраслей.

В то время как в большинстве коммерческих программ САПР есть модуль для аддитивного производства, с помощью 3D SDK от Spatial создать собственное приложение САПР для аддитивного производства довольно просто. Посетите www.spatial.com, чтобы узнать больше.

Узнайте о разнице между аддитивным производством и 3D-печатью

1. 7 основных типов аддитивного производства
2. 6 прорывов в области 3D-печати в медицине
3. Как в полной мере использовать САПР в процессе аддитивного производства

Преимущества аддитивного производства для 3D-печати по сравнению с традиционными методами производства

Конечно, свобода дизайна — не единственное преимущество 3D-печати перед традиционными технологиями производства. Некоторые из других основных преимуществ включают в себя:

• Создавайте сложные, но легкие конструкции с помощью материалов для аддитивного производства и 3D-печати.

Мы уже отмечали, что 3D-печать позволяет создавать объекты, которые нельзя построить традиционными методами. Тем не менее, также стоит отметить, что, поскольку они строятся послойно, очень сложные детали могут быть собраны в виде единой детали. В то же время, благодаря разнообразию доступных материалов, даже сложные детали, напечатанные на 3D-принтере, могут иметь малый вес и высокую прочность на растяжение.

• Разовые сборки дешевле.

Одним из больших преимуществ 3D-печати является то, что для нее не требуются формы или специальные сборочные установки. В результате можно легко и с меньшими затратами производить небольшие партии одноразовых предметов.

• Меньше отходов.

Как уже отмечалось, 3D-печать — это добавка метод производства, в то время как многие традиционные методы включают в себя извлечение материала . Уже один этот факт означает, что 3D-печать приводит к гораздо меньшему количеству отходов, чем другие распространенные технологии производства.

• Быстрый выход на рынок.

Проще говоря, никакой другой метод не позволяет производителям проектировать и создавать объекты так быстро, как 3D-печать. Это особенно ценно, когда речь идет о создании и тестировании прототипов. Именно по этой причине 3D-печать стала синонимом одного из самых распространенных ее применений:быстрого прототипирования.

3D-печать для аддитивного производства, используемая для создания быстрых прототипов

Быстрое прототипирование — это просто быстрое изготовление физического объекта, детали или модели.

Для быстрого прототипирования можно использовать любую производственную технологию, от традиционных производственных технологий, таких как обработка на станках с ЧПУ, до более современных технологий, таких как 3D-сварка. Однако по очевидным причинам чаще всего используются аддитивные технологии, такие как 3D-печать.

Как следует из названия, быстрое прототипирование в основном используется для создания серии прототипов, которые можно быстро протестировать и отбросить, пока не будет найден лучший дизайн. Этот итеративный подход к проектированию и производству всегда был популярен и стал более эффективным только с развитием процессов аддитивного производства.

Быстрое прототипирование дает производителям три явных преимущества в сочетании с 3D-печатью:

• Это очень экономично. Большая часть процесса автоматизирована, поэтому для его завершения требуется небольшое количество персонала. Кроме того, материалы и производственные процессы дешевле в настройке, чем в случае с альтернативными технологиями производства.

• Скорость. Быстрое прототипирование помогает производителям создавать и выбрасывать проекты быстрее, чем когда-либо прежде, извлекая уроки из каждой итерации и приближаясь к конечному продукту. Это приводит к сокращению времени выхода на рынок (TTM), что часто является значительным конкурентным преимуществом.

• Сниженный риск. Ошибки в производстве могут стоить очень дорого. Благодаря низким затратам и временным затратам, необходимым для создания дополнительных прототипов, быстрое прототипирование значительно снижает риск дорогостоящих ошибок на этапе массового производства.

Для чего используется 3D-печать?

На данный момент, помимо производства, большая часть шумихи и внимания средств массовой информации к 3D-печати связана с ее потребительскими приложениями. Несомненно, «хорошо», что любой, у кого есть ноутбук и меньше тысячи долларов, может спроектировать и построить практически любой объект, который только может вообразить.

Однако истинная ценность 3D-печати заключается в ее коммерческом применении. Некоторые из ведущих отраслей, использующих преимущества 3D-печати, включают:

Авиация и космонавтика — 3D-печать имеет очевидные преимущества для авиационной отрасли. В частности, это позволяет авиационным фирмам создавать прототипы быстро и недорого, используя прочные и легкие материалы. В настоящее время 3D-печать используется для изготовления всего:от элементов внутренней отделки, таких как столы спинок сидений и подголовники, до компонентов двигателя и вооружения.

С развитием все более крупных 3D-принтеров мы можем ожидать, что в ближайшем будущем с использованием 3D-печати будет создаваться еще больше компонентов — возможно, даже целый авиационный двигатель.

Здравоохранение — В прошлом доступность имплантатов и протезов была существенным и дорогостоящим препятствием для лечения пациентов. Однако уже несколько лет 3D-печать используется для разработки широкого спектра хирургических шаблонов, протезов и даже имплантатов для конкретных пациентов.

По мере развития материалов промышленность смогла использовать 3D-печать для создания все более легких, прочных и безопасных продуктов, сокращая при этом сроки и затраты.

Автомобилестроение — Вот уже несколько десятилетий автомобильная промышленность использует 3D-печать и другие технологии аддитивного производства для изготовления прототипов. Первоначально это было единственно возможное применение 3D-печати в автомобильной промышленности, поскольку доступные материалы были недостаточно прочными для использования в реальных условиях.

Однако по мере развития материалов 3D-печать стала играть все более важную роль в отрасли. Теперь этот метод обычно используется для производства различных форм, инструментов для термоформования, захватов, приспособлений и приспособлений, которые необходимы во время производства. Другими словами, 3D-печать используется для улучшения других производственных технологий.

Но это не все. 3D-печать также бесценно для производства нестандартных деталей, таких как каркасы кузова и внутренние компоненты, которые используются для создания конкретных автомобилей.

Архитектура — Архитектурная индустрия полагается на масштабные модели, чтобы показать клиентам и инвесторам, как будет выглядеть проект после того, как он будет построен. Эти модели исторически создавались вручную, и на их изготовление часто требовались сотни человеко-часов. Естественно, 3D-печать изменила все.

Поскольку архитектурные проекты уже разработанные с использованием компьютерного программного обеспечения, они являются естественными кандидатами на 3D-печать. Теперь, когда файл САПР готов, его можно отправить прямо на печать, что значительно экономит время и гарантирует получение точной копии модели.

Что ждет 3D-печать и аддитивное производство?

До сих пор широкое коммерческое внедрение ограничивалось отраслями, которые уже известны своими передовыми технологиями, в частности, производством, авиацией, автомобилестроением и здравоохранением.

Однако, поскольку аппаратное обеспечение и материалы постоянно совершенствуются, нет никаких сомнений в том, что 3D-печать продолжит развиваться в ближайшие годы.

От напечатанных на 3D-принтере домов до автомобилей — скоро почти все, чем мы пользуемся каждый день, можно будет построить с помощью этой, казалось бы, космической технологии.