Как SLA и SLS революционизируют быстрое прототипирование

---

Опубликовано: 13 июля 2018 г. | Автор: Will, менеджер проектов WayKen

С развитием технологии 3D-печать эволюционировала в реальность из простой концепции. Насыщение отраслей сделало главную цель производителя не только производить продукты, но также использовать инновационные методы для производства большего количества продуктов в более короткие сроки для увеличения производства. Так что производители в эти дни используют разные техники быстрого прототипирования. Эти инновационные методы не только экономят время, но также затратоэффективны. Одна такая техника быстрого прототипирования, применяемая в эти дни, — использование 3D-печати (SLA прототипирование & SLS прототипирование). 3D-печать, помимо экономии времени и затрат, также производит лучший функциональный прототип из 3D CAD-модели продукта.

История 3D-печати

Концепция 3D-печати старовата как 1981 год, когда Нагояский муниципальный промышленный исследовательский институт использовал фото-закаливающие термореактивные полимеры для фабрикации трехмерных моделей, где шаблон маски использовался для контроля области УФ-воздействия. Но в то время ее использование было меньше из-за ограничения материалов и 3D-моделирующего ПО.早在 2000 году Китай импортировал коммерческое оборудование быстрого прототипирования, среди основного применения была промышленная 3D-печать. Она стала популярным словом в промышленном мире в 2013 году, когда двое сотрудников NASA Саманта Снейбс и Мэттью Фидлер представили первый прототип доступного 3D-принтера, Gigabot.

3D-печать: ведущий тренд в быстром прототипировании

От снижения затрат до повышения эффективности с инновациями, многие взволнованы влиянием, которое 3D-печать будет иметь на будущее производства. Однако правда в том, что она уже оказала значительное влияние на отрасль, а также на бытовых клиентов.

Бытовый 3D-принтер используется как продукт R&D и для проектирования 3D-моделей в отраслях. Но неправильно говорить, что это только продукт для промышленных клиентов. Сейчас это становится широко популярным среди гражданских клиентов благодаря своим большим применениям. Основная причина в том, что материал, используемый в 3D-печати, становится дешевле и легко доступным с прохождением времени. Более того, 3D-принтер занимает гораздо меньше места по сравнению с обычными субтрактивными методами инструментальной комнаты, такими как CNC-фрезерование, токарная обработка и прецизионное шлифование.

Доступность моделирующего ПО в наши дни также способствует развитию этой технологии. Обычно модель сохраняется в формате STL, который является форматом CAD-файла для быстрого прототипирования, сохраняющим данные на основе триангуляций CAD-моделей. Но этот формат использовался для сохранения файла в большом количестве решетчатых структур, что производит ошибки. Но более новое ПО сохраняет файл в формате Additive Manufacturing File Format (AMF), который производит меньшее количество ошибок. Более того, у этих программ удобный пользовательский интерфейс, что делает легким для бытовых, так и промышленных пользователей моделировать 3D-модель продукта.

Недавнее исследование показало, что 6.7 миллиона 3D-принтеров будет отгружено по всему миру к 2020 году, что в 14 раз больше, чем в 2016 году. По мере улучшения использования 3D-принтеров новыми технологиями, технология продолжит приводить производственную отрасль к большим высотам славы.

Рисунок 1: Глобальные отгрузки 3D-принтеров в единицах с 2015-2020

Технология 3D-печати

Когда речь идет о технологии 3D-печати, есть две наиболее распространенно используемые технологии: SLA быстрое прототипирование & SLS быстрое прототипирование.

1. SLA быстрое прототипирование

SLA быстрое прототипирование, также известное как Стереолитография, — это тип технологии 3D-печати, который используется для создания разных прототипов, моделей, узоров в по-слойной манере, используя технику Фото-полимеризации. Фото-полимеризация — процесс связывания молекул для формирования полимеров под действием света. Так что в основном смола (материал, используемый в создании прототипа) закаляется с использованием света и ультрафиолетовых лучей. Таким образом, желаемый прототип создается слой за слоем с использованием SLA быстрого прототипирования.

Рисунок 2: Рисунок, показывающий процессы SLA быстрого прототипирования

УФ-излучение используется для построения предварительно запрограммированной формы на фото-полимерной ванне. Поскольку фото-полимеры чувствительны к УФ-излучению, поэтому смола закаляется и формирует один слой желаемого прототипа. Таким образом, слои смол закаляются до формирования желаемого прототипа.

SLA прототипированные продукты имеют наивысшее разрешение и отделку поверхности из всех техник 3D быстрого прототипирования, но его универсальность лежит в используемой смоле. С развитием технологии, инженеры материалов создали разные смолы, используемые в SLA прототипировании, со свойствами, соответствующими стандартным инженерным термопластическим материалам.

Применения

SLA быстрое прототипирование широко используется в разных отраслях для развития продуктов с момента своего возникновения.

· Медицинское моделирование

SLA прототипированные продукты используются в медицине с момента внедрения технологии. Оно используется для создания анатомических 3D-моделей разных областей тела пациента на основе данных, полученных из компьютерных сканирований. Эти модели затем используются в помощи диагноза и лечения. Хирурги используют эти модели, так как они помогают им в хирургии, в то время как протезисты используют их для производства индивидуально подходящих имплантов.

Рисунок 3: Модель, произведенная SLA быстрым прототипированием

· Прототипирование

SLA быстрое прототипирование также используется для создания прототипов равномерных/неравномерных форм материалов при относительно более низкой стоимости. Прототипы, сделанные методом SLA быстрого прототипирования, способны быть механически обработанными и узоры различных металлических литейных операций могут быть сформированы.

2. SLS быстрое прототипирование

Селективная лазерная спекание, обычно называемая SLS быстрым прототипированием, техника использует лазер как закалитель для порошкового материала. В основном используемый порошковый материал — нейлон. Нейлон — инженерный термопластик с впечатляющими механическими свойствами и легкий и стабильный. Этот тип 3D-принтера автоматически нацеливает лазер на порошковый материал, заставляя его закаляться для создания требуемой структуры. SLS быстрое прототипирование отличается от Селективного лазерного плавления как в SLM. Материал плавится, а не спекется как в SLS быстром прототипировании.

Рисунок 4: Рисунок, показывающий процессы SLS быстрого прототипирования

SLS быстрое прототипирование, как SLA быстрое прототипирование, использует компьютерно-спроектированные дизайны для разработки требуемого прототипа с помощью спеканного порошка. Оно использует высокомощный лазер, в основном углекислый газ лазер, который является источником слияния маленьких частиц в форме порошка для формирования требуемого прототипа. Лазер сканирует поперечные сечения, генерируемые CAD-моделью и селективно сливает спеканные материалы в форме требуемого прототипа. После сканирования поперечного сечения порошковая кровать опускается и новый слой материала наносится сверху до формирования желаемого продукта.

Нейлоновый материал, используемый в SLS быстром прототипировании, делает его полезным для создания прототипов высокой механической прочности, а также удароустойчивых, легких и водоустойчивых прототипов. Более низкая стоимость производства и высокая продуктивность делают эту технику довольно популярной среди отраслей для быстрого прототипирования.

Применения

SLS быстрое прототипирование широко используется в разных отраслях для развития продуктов с момента своего возникновения

· Аэрокосмическая отрасль

SLS быстрое прототипирование довольно популярно среди отраслей, где высококачественные детали требуются в меньших количествах. Одна такая отрасль — аэрокосмическая отрасль, где требуются прототипы для самолетов. Поскольку самолеты и другие аэрокосмические аппараты строятся в меньших числах и остаются в службе десятилетиями, так SLS быстрое прототипирование используется для производства высококачественных деталей для авиационной отрасли.

Рисунок 5: Панель отсека, произведенная Airbus с использованием SLS быстрого прототипирования

· Прототипирование сложных геометрий

SLS быстрое прототипирование широко используется в отраслях для производства геометрий со сложными формами, используя их CAD-модель. Это потому, что SLS быстрое прототипирование может производить прототипы с множеством материалов, заставляя их сливаться под действием лазера. Отсутствие необходимости в поддерживающих структурах также делает его широко популярным среди отраслей, производящих детали более высокого качества.

Рисунок 6: Винт, спроектированный SLS быстрым прототипированием

Сравнение между SLA и SLS

1. Используемый сырой материал

SLS — Сырой материал варьируется от Порошка Нейлона; Порошка Поликарбонатированного углерода до Порошка Хлорида винила; Порошок, но с высокой производительностью.

SLA — Используемый сырой материал — жидкий полимер с качеством не сравнимым с термопластическими материалами.

2. Усадка материала

SLS — Усадка материала варьируется от 2-4%.

SLA — Усадка материала ниже 0.4%, так что более детализированные детали могут быть произведены.

3. Размер сборки

SLS — Прототипы размера до 1500 x 750 x 500 мм могут быть произведены.

SLA — Прототипы размера до 145 x 145 x 175 мм могут быть произведены.

4. Отделка поверхности

SLS — Отделка материала грубая и слегка рыхлая.

SLA — Отделка материала относительно гладкая.

5. Прочность

SLS — Прочность произведенных деталей высокая из-за используемого сырого материала.

SLA — Прочность произведенного материала относительно низкая.

6. Механическая обработка

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

SLA — Прочность прототипа низкая, так что механическая обработка трудна и великая осторожность должна быть принята.

7. Устойчивость к износу и разрыву

SLS — Устойчивость к износу и разрыву похожа на термопластические материалы.

SLA — Плохая устойчивость к окружающим условиям. Использование эпоксидных смол может значительно улучшить устойчивость.

Рисунок 7: Модель, произведенная SLS быстрым прототипированием

Преимущества: 3D-печать с использованием SLA и SLS

Для массового производства продуктов в более короткий период времени, 3D-печать — существенный инструмент. Есть много преимуществ, которые можно наслаждаться, используя эту технику.

1. Затратоэффективность

Затратоэффективность — одно из главных преимуществ 3D-печати. Прочность и отделка в прототипе, произведенном этим процессом, не хотят никаких модификаций, что экономит деньги. Более того, продукты могут быть массово произведены, что также экономит много денег.

2. Скорость

Эта техника позволяет промышленникам производить большее количество продуктов на более высокой скорости, потребляя гораздо меньше времени по сравнению с обычными промышленными процессами, используемыми. Пользователю требуется только CAD-модель, и принтер использует эту модель и разрабатывает продукт за гораздо меньше времени. Более того, спроектированный прототип высокого качества и прочности делает эту технику популярной в отраслях, а также среди граждан по всему миру.

3. Сокращение складского пространства

3D-принтер потребляет гораздо меньше места по сравнению с обычными машинами массового производства, используемыми отраслями до сих пор. Более того, инструменты тех машин тяжелые и дорогие по сравнению с компактным 3D-принтером, который потребляет гораздо меньше места.

4. Смягчение рисков

3D-печать также позволяет верификацию дизайна перед производством дорогого прототипа в CAD-модели. Так CAD-модель исправляется соответственно. Более того, производство тестовых форм гораздо дешевле, чем изменение уже произведенной формы.

5. Обратная связь

С прототипом можно протестировать рыночный потенциал продукта перед фактическим его производством. Ответ покупателей перед фактическим производством продукта может предсказать будущие перспективы продукта и может помочь в решении количества продуктов для массового производства для поставки на рынок.

6. Персонализация

Со стандартными механическими операциями, используемыми для массового производства, все детали下来 с машины или формы с одинаковым дизайном или дефектами, если есть. Но в случае 3D-печати, всегда есть простор для кастомизации, персонализации продукта по требованию клиента или рыночных требований.

Заключительные замечания

И SLA прототипирование, и SLS прототипирование считаются одной из великих революций в технологическом мире. Производство функционального прототипа теперь не более трудная задача, потому что оно может быть легко произведено при empleo этих двух техник согласно требованию характеристик прототипа. SLA лучше для отделки поверхности, но SLS лучше для производства высокопрочных продуктов. Оба являются передовыми техниками быстрого прототипирования и могут использоваться для массового производства продуктов с меньшими ошибками в них.