Как SLA и SLS меняют индустрию быстрого прототипирования

<ч />

Опубликовано:13 июля 2018 г., | Автор Уилл, руководитель проекта WayKen

С развитием технологий 3D-печать из простой концепции превратилась в реальность. Насыщение отраслей сделало основной целью производителя не только производство продукции, но и использование инновационных методов для производства большего количества продукции в более короткий промежуток времени для увеличения производства. Поэтому производители в наши дни используют различные методы быстрого прототипирования. Эти инновационные методы не только экономят время, но и являются экономически эффективными. Одним из таких методов быстрого прототипирования, используемых в наши дни, является использование 3D-печати (прототипирование SLA и прототипирование SLS). ). 3D-печать, помимо экономии времени и средств, также позволяет создавать наилучшие функциональные прототипы из 3D-модели продукта в САПР.

История 3D-печати

Идея 3D-печати появилась еще в 1981 году, когда Муниципальный научно-исследовательский институт промышленности Нагои использовал фотоотверждаемые термореактивные полимеры для изготовления трехмерных моделей, в которых шаблон маски использовался для контроля области воздействия УФ-излучения. Но в то время его использование было меньше из-за ограничений материалов и программного обеспечения для 3D-моделирования. Еще в 2000 году Китай импортировал коммерческое оборудование для быстрого прототипирования, среди основных применений которого была промышленная 3D-печать. Это слово стало популярным в промышленном мире в 2013 году, когда два сотрудника НАСА Саманта Снабес и Мэтью Фидлер представили первый прототип доступного 3D-принтера Gigabot.

3D-печать:ведущий тренд в быстром прототипировании

Многие люди воодушевлены тем, какое влияние 3D-печать окажет на будущее производства, от снижения затрат до повышения эффективности с помощью инноваций. Однако правда в том, что он уже оказал значительное влияние как на отрасль, так и на местных клиентов.

Домашний 3D-принтер используется в качестве продукта для исследований и разработок, а также для создания 3D-моделей в промышленности. Но неправильно говорить, что это продукт только для промышленных потребителей. В настоящее время он становится широко популярным среди гражданских клиентов из-за его широкого применения. В основном это связано с тем, что материал, используемый в 3D-печати, с течением времени становится все дешевле и доступнее. Кроме того, 3D-принтер занимает гораздо меньше места по сравнению с обычными субтрактивными инструментальными методами, такими как фрезерование с ЧПУ, токарный станок и прецизионное шлифование.

Доступность программного обеспечения для моделирования в настоящее время также способствует развитию этой технологии. Как правило, модель сохраняется в формате STL, который представляет собой формат файла САПР для быстрого прототипирования, в котором хранятся данные на основе триангуляции моделей САПР. Но этот формат используется для сохранения файла в большом количестве решетчатых структур, что приводит к ошибкам. Но более новое программное обеспечение хранит файл в формате файла аддитивного производства (AMF), что приводит к меньшему количеству ошибок. Кроме того, это программное обеспечение имеет удобный интерфейс, который позволяет как домашним, так и промышленным пользователям легко моделировать 3D-модель продукта.

Недавнее исследование показало, что к 2020 году по всему миру будет поставлено 6,7 миллиона 3D-принтеров, что в 14 раз больше, чем в 2016 году. По мере того, как новые технологии улучшают использование 3D-принтеров, эта технология будет продолжать приносить обрабатывающей промышленности все большую славу

Рис. 1. Мировые поставки 3D-принтеров в 2015–2020 годах.

Технология 3D-печати

Что касается технологии 3D-печати, наиболее часто используются две технологии:быстрое прототипирование SLA и быстрое прототипирование SLS.

1. SLA Быстрое прототипирование

Быстрое прототипирование SLA, также известное как стереолитография, представляет собой тип технологии 3D-печати, которая используется для создания различных прототипов, моделей, шаблонов послойно с использованием техники фотополимеризации. Фотополимеризация — это процесс соединения молекул с образованием полимеров под действием света. Таким образом, в основном смола (материал, использованный при создании прототипа) затвердевает с помощью света и ультрафиолетовых лучей. Таким образом, желаемый прототип создается слой за слоем с помощью быстрого прототипирования SLA.

Рисунок 2. Рисунок, показывающий процессы быстрого прототипирования SLA

Ультрафиолетовое излучение используется для создания предварительно запрограммированной формы на фотополимерной ванне. Так как фотополимеры чувствительны к УФ-излучению, поэтому смола затвердевает и образует единый слой желаемого прототипа. Таким образом, слои смолы затвердевают до тех пор, пока не будет сформирован желаемый прототип.

Прототипы продуктов SLA имеют самое высокое разрешение и чистовую обработку поверхности среди всех методов быстрого 3D-прототипирования, но их универсальность заключается в используемой смоле. С развитием технологий инженеры-материаловеды создали различные смолы, используемые в прототипировании SLA, со свойствами, соответствующими свойствам стандартных инженерных термопластичных материалов.

Использует

SLA быстрое прототипирование широко используется в различных отраслях для разработки продуктов с момента его появления.

· Медицинское моделирование

Продукты быстрого прототипирования SLA используются в медицине с момента внедрения технологии. Он используется для создания анатомических 3D-моделей различных областей тела пациента на основе данных, полученных при компьютерном сканировании. Затем эти модели используются для диагностики и лечения. Хирурги используют эти модели, поскольку они помогают им в хирургии, в то время как протезисты используют их для изготовления имплантатов, подходящих по индивидуальному заказу.

Рис. 3. Модель, созданная с помощью быстрого прототипирования SLA

· Прототип

Быстрое прототипирование SLA также используется для создания прототипов материалов ровной/неправильной формы при относительно меньших затратах. Прототипы, изготовленные методом быстрого прототипирования SLA, можно подвергать механической обработке, и можно формировать образцы различных операций литья металла.

2. Быстрое прототипирование SLS

Селективное лазерное спекание, обычно называемое методом быстрого прототипирования SLS, использует лазер в качестве отвердителя для порошкообразного материала. В основном в качестве порошкового материала используется нейлон. Нейлон — это инженерный термопласт с впечатляющими механическими свойствами, легкий и стабильный. Этот тип 3D-принтера автоматически направляет лазер на порошкообразный материал, заставляя его затвердевать, чтобы создать необходимую структуру. Быстрое прототипирование SLS отличается от селективного лазерного плавления, как и в SLM. Материал плавится, а не спекается, как при быстром прототипировании SLS.

Рисунок 4. Рисунок, показывающий процессы быстрого прототипирования SLS

Быстрое прототипирование SLS, как и быстрое прототипирование SLA, использует автоматизированное проектирование для разработки требуемого прототипа с помощью спеченного порошка. В нем используется лазер высокой мощности, в основном лазер на углекислом газе, который является источником сплавления мелких частиц в виде порошка для формирования требуемого прототипа. Лазер сканирует поперечные сечения, созданные CAD-моделью, и выборочно сплавляет спеченные материалы в форме требуемого прототипа. После сканирования поперечного сечения слой порошка опускается и сверху наносится новый слой материала до тех пор, пока не будет сформирован желаемый продукт.

Нейлоновый материал, используемый в быстром прототипировании SLS, делает его полезным для создания прототипов с высокой механической прочностью, а также ударопрочных, светостойких и водостойких прототипов. Более низкая себестоимость производства и высокая производительность делают этот метод весьма популярным в отраслях для быстрого прототипирования.

Использует

Быстрое прототипирование SLS широко используется в различных отраслях для разработки продуктов с момента его появления

· Аэрокосмическая промышленность

Быстрое прототипирование SLS довольно популярно в отраслях, где требуются высококачественные детали в меньших количествах. Одной из таких отраслей является аэрокосмическая промышленность, где требуются прототипы самолетов. Поскольку самолеты и другие аэрокосмические аппараты строятся в меньшем количестве и остаются в эксплуатации в течение десятилетий, для производства высококачественных деталей для авиационной промышленности используется быстрое прототипирование SLS.

Рисунок 5. Панель купе, изготовленная Airbus с использованием быстрого прототипирования SLS

· Прототипы сложной геометрии

Быстрое прототипирование SLS широко используется в промышленности для создания геометрии сложной формы с использованием их модели САПР. Это связано с тем, что быстрое прототипирование SLS может производить прототипы из различных материалов, что приводит к их сплавлению под действием лазера. Отсутствие необходимости в опорных конструкциях также делает его широко популярным среди отраслей, производящих детали более высокого качества.

Рисунок 6. Пропеллер, разработанный с помощью быстрого прототипирования SLS

Сравнение SLA и SLS

1. Используемое сырье

SLS – используемое сырье варьируется от нейлонового порошка; Поликарбонатный углеродный порошок для винилхлорида; Порошок, но с высокой эффективностью.

SLA - Используемое сырье представляет собой жидкий полимер, качество которого не сравнимо с качеством термопластичных материалов.

2. Усадка материала

SLS - усадка материала колеблется в пределах 2-4%.

SLA — усадка материала ниже 0,4 %, что позволяет производить более детализированные детали.

3. Размер сборки

SLS - Возможно изготовление прототипов размером до 1500 x 750 x 500 мм.

SLA - Возможно изготовление прототипов размером до 145 x 145 x 175 мм.

4. Чистота поверхности

SLS — поверхность материала шероховатая и несколько рыхлая.

SLA — поверхность материала относительно гладкая.

5. Прочность

SLS - Прочность производимых деталей высока благодаря используемому сырью.

SLA - Прочность производимого материала относительно низкая.

6. Операция обработки

SLS - Изготовленные прототипы легко поддаются механической обработке, такой как фрезерование, токарная обработка, сверление и т. д.

SLA — Прочность прототипа низкая, поэтому механическая обработка сложна и требует большой осторожности.

7. Стойкость к износу

SLS — износостойкость такая же, как у термопластичных материалов.

SLA - Плохая устойчивость к условиям окружающей среды. Использование эпоксидных смол может значительно улучшить стойкость.

Рисунок 7. Модель, созданная с помощью быстрого прототипирования SLS

Преимущества:3D-печать с использованием SLA и SLS

Для массового производства продукции в более короткие сроки 3D-печать является важным инструментом. Использование этого метода дает множество преимуществ.

1. Экономическая эффективность

Экономичность — одно из основных преимуществ 3D-печати. Прочность и отделка прототипа, полученного в результате этого процесса, не требуют каких-либо модификаций, позволяющих сэкономить деньги. Кроме того, продукты можно производить массово, что также экономит много денег.

2. Скорость

Этот метод позволяет промышленникам производить большее количество продуктов с более высокой скоростью, затрачивая гораздо меньше времени по сравнению с традиционными промышленными процессами. Пользователю требуется только модель САПР, а типография использует эту модель и разрабатывает продукт за гораздо меньшее время. Более того, разработанный прототип отличается высоким качеством и прочностью, что делает эту технику популярной как в промышленности, так и среди гражданского населения по всему миру.

3. Сокращение места для хранения

3D-принтер занимает гораздо меньше места по сравнению с обычным оборудованием массового производства, используемым в промышленности до сих пор. Кроме того, инструменты этих машин тяжелые и дорогие по сравнению с компактным 3D-принтером, который занимает гораздо меньше места.

4. Снижение риска

3D-печать также позволяет проверить дизайн перед изготовлением дорогостоящего прототипа в модели САПР. Таким образом, модель CAD была скорректирована соответствующим образом. Более того, изготовление тестовых форм намного дешевле, чем изменение уже изготовленной формы.

5. Отзыв

С помощью прототипа можно проверить рыночный потенциал продукта до его фактического производства. Ответ покупателей до фактического производства продукта может предсказать будущие перспективы продукта и может помочь в принятии решения о количестве продуктов, которые должны быть произведены в массовом порядке для поставки на рынок.

6. Персонализация

При стандартных операциях механической обработки, используемых для массового производства, все детали выходят из машины или пресс-формы с одинаковым дизайном или дефектами, если таковые имеются. Но в случае 3D-печати всегда есть возможность настройки, персонализации продукта в соответствии с требованиями заказчика или требованиями рынка.

Заключительные замечания

И SLA-прототипирование, и SLS-прототипирование считаются одной из величайших революций в технологическом мире. Производство функционального прототипа теперь не является сложной задачей, поскольку его можно легко изготовить с использованием этих двух методов в соответствии с требованиями характеристик прототипа. SLA лучше подходит для обработки поверхности, но SLS лучше подходит для производства высокопрочных изделий. Оба являются первоклассными методами быстрого прототипирования и могут использоваться для массового производства продуктов с меньшим количеством ошибок.