Как выбрать наиболее подходящую технологию:FDM, SLA и SLS

Аддитивное производство это термин, используемый для описания всего набора производственных технологий, основанных на формировании материального вклада . Это означает, что, в отличие от субтрактивного производства (охватывающего традиционные методы обработки с ЧПУ), он основан на сборке деталей путем предоставления точного количества материала слой за слоем выборочным способом.

Однако в этой категории мы можем найти множество очень разрозненных технологий, каждая со своими преимуществами и недостатками, поэтому знание ее основ и ее ограничений имеет большое значение для выбора наиболее подходящей для каждой потребности.

Хотя существует множество технологий и вариантов, наиболее распространенными в отрасли являются три:

• Отложение расплавленного материала (FDM)
• Селективная фотополимеризация смол (SLA)
• Селективное лазерное спекание (SLS)

Хотя наиболее распространенной, несомненно, является технология FDM. В основном из-за появления недорогих 3D-принтеров, основанных на этой технологии, в последние годы технологии SLA и SLS набирают силу. . Такие компании, как Formlabs или Синтерит рыночное оборудование, основанное на SLA и SLS соответственно, способное достичь промышленного качества по действительно конкурентоспособным ценам. Это вместе с появлением новых материалов в настоящее время затрудняет выбор той или иной технологии для компании или специалиста.

Ниже мы подробно расскажем об основных характеристиках каждого из них, а также об их различиях, преимуществах и недостатках.

Моделирование плавным напылением (FDM)

На сегодняшний день это самая популярная технология. . Он основан на выдавливании через сопло или «насадку» термопласта выше его температуры плавления. Когда экструдированный материал выходит из сопла для нити, он выборочно и слой за слоем осаждается для формирования детали.

Изображение 1:FDM-печать. Источник:commons.wikimedia.com

Несмотря на то, что он наиболее распространен, он является наиболее сложным, когда речь идет о разработке и подготовке файлов к печати. . Ограничения 3D-печати FDM часто определяют сам дизайн , так что в целом, когда детали производятся по этой технологии, необходимо проектировать или переделывать их, чтобы сделать их совместимыми. Это может стать большой проблемой, если целью 3D-печати является проверка моделей, которые впоследствии будут производиться с использованием других методов производства.

Среди всех ограничений наиболее важными являются необходимость использования подложек и невозможность получения механической изотропии.

Поскольку расплавленный материал не может осаждаться в воздухе, невозможно напрямую печатать мосты или выступы, поэтому в этих случаях необходимо добавить опорные конструкции. Это предполагает больший расход материала и времени, кроме того, что детали будут нуждаться в постобработке для удаления этих опор и пострадает качество поверхности в зоне контакта.

Изображение 2:Печатные детали с опорами. Источник:Simplify3D

Один из способов свести к минимуму некоторые недостатки использования носителей — напечатать их с помощью растворимого материала. . Это облегчит их удаление и улучшит качество поверхности контактной площадки. Для этого принтер должен иметь систему двойного экструдера например, система IDEX для принтеров BCN3D Sigma и BCN3D Sigmax или двойной экструдер Bondtech, встроенный в 3D-принтеры Raise Pro2.

Фильм 1:система IDEX BCN3D. Источник:BCN3D

С другой стороны, как мы объяснили в предыдущей статье, с помощью FDM невозможно получить изотропные детали. , что является серьезной проблемой в некоторых механических и структурных приложениях.

Другими важными ограничениями являются низкое разрешение и высокие допуски. . Хотя с помощью сопел малого диаметра можно достичь разрешения по оси Z, близкого к разрешению, достигаемому с помощью SLA или SLS, разрешение по оси XY всегда будет намного ниже и будет зависеть от используемого материала . Это связано с тем, что разрешение определяется диаметром используемого сопла, а не все материалы совместимы с соплами малого диаметра.

Однако не все являются недостатками. Технология FDM предлагает самый широкий выбор материалов и более низкую стоимость , в дополнение к большим объемам печати и хотя разница в цене между различными технологиями сократилась, это по-прежнему самая дешевая технология.

<сильный>

Изображение 3. Пирамида основных материалов, доступных для 3D-печати FDM. Источник:3dhubs.com

Кроме того, это чистая и безопасная технология. который требует небольшой подготовки перед печатью . Это позволяет размещать его в любой среде и обеспечивает большую оперативность, чем печать SLA и SLS, требующую более обширных задач по подготовке и очистке, что делает ее идеальной технологией для образовательных приложений любого уровня, от начального до высшего образования.

Это идеальная технология для печати шаблонов и инструментов, деталей большого среднего объема или для тех приложений, которые требуют специальных материалов, недоступных для других технологий.

Другой сектор, в котором 3D-печать FDM предлагает большие преимущества, — это производство архитектурных моделей. . Как правило, этот тип проекта состоит из громоздких деталей, не требующих высокой точности. Это, наряду с доступностью таких материалов, как Filamet, Timberfill, Smartfil EP или PLA Mukha, позволяет придать изделиям металлическую, деревянную или керамическую отделку без необходимости последующей обработки.

Изображение 4:Архитектурная модель для FDM. Фуэнте:Raise3D

Стереолитография (SLA)

Это вторая по распространенности технология 3D-печати. Он основан на избирательном воздействии ультрафиолетового света на кювету фотоотверждаемой смолы слой за слоем. . Это избирательное воздействие может осуществляться с помощью лазерного сканирования (SLA), проектора (DLP) или маскированного светодиода (LED-LCD/MSLA).

Изображение 5. Различия между SLA, DLP и MSLA. Источник:theorthocosmos.com 

Как и при 3D-печати FDM, требуется поддержка которые должны быть удалены после печати, однако 3D-SLA-печать в настоящее время не позволяет одновременно печатать двумя материалами, поэтому единственный способ удалить опоры — механически . Это означает, что в этом случае затрагивается и поверхность детали в тех местах, где был контакт с опорами.

Изображение 6:Опоры детали, напечатанной SLA. Источник:3Dhubs.com

Еще одно принципиальное отличие от 3D FDM-печати заключается в том, что вместо термопластов используются термореактивные полимеры. Кроме того, материалы SLA, как правило, дороже, чем материалы FDM, и обладают некоторой токсичностью. . Это, а также тот факт, что детали требуют очистки и пост-обработки задач, делает эту технологию менее рекомендуемой для образовательного сектора.

Тем не менее, его сила заключается в высоком разрешении и отличной чистоте поверхности, достигаемой с помощью 3D SLA-печати. В целом разрешение до 50 мкм может быть достигнуто во всех плоскостях .

Несмотря на то, что существуют принтеры SLA с большими объемами печати, сравнимыми с объемами 3D-принтеров FDM, в целом 3D-принтеры SLA имеют значительно меньшие объемы печати.

Он идеально подходит для печати небольших деталей, требующих высокого разрешения и превосходной чистоты поверхности. . В настоящее время это самая популярная технология 3D-печати в стоматологии и ювелирной промышленности. . Вот почему у него самый широкий каталог стоматологических и литейных пластмасс.

Изображение 7:Стоматологические модели, напечатанные SLA. Источник:Formlabs.

Селективное лазерное спекание (SLS)

Вероятно, это наименее известная технология. , несмотря на то, что он один из самых старых и наиболее распространенных в промышленных условиях.

Это связано с тем, что до недавнего времени все оборудование для 3D-печати SLS требовало соответствующего оборудования, а стоимость как оборудования, так и имплантации была высокой. Хотя в последние годы это изменилось благодаря появлению принтеров SLS в настольном формате, таких как принтеры Lisa и Lisa Pro, стоимость приобретения которых при внедрении близка к стоимости систем FDM и SLA. Хотя эта технология позволяет производить как термопластичные, так и металлические детали, поскольку цель этой статьи — понять различия между тремя технологиями, мы сосредоточимся только на термопластичной 3D-печати SLS.

3D SLS-печать состоит из выборочного спекания с использованием системы лазерного сканирования слоев порошкового материала. Каждый раз, когда слой спекается, сборочная платформа опускается, и специальное устройство, называемое повторным покрытием, наносит новый слой порошка.

Изображение 8:Схема SLS-принтера. Источник:Синтерит.

Основным преимуществом этой технологии является возможность печати без поддержек. . Это делает проектные ограничения намного меньше, чем в любой другой технологии , а также значительно упрощает постобработку частей.

В сочетании с высокой точностью достигнутое с помощью лазера, превосходящее результаты, полученные с помощью 3D-печати SLA или FDM, позволяет печатать сложные сборки напрямую, без необходимости печатать его компоненты по отдельности.

Видео 2. Велосипедная смена, изготовленная непосредственно с помощью 3D-печати SLS. Источник:Синтерит.

Еще одним важным преимуществом является то, что детали, напечатанные с помощью SLS, плотные и обладают высокой изотропностью. , что делает его идеальной технологией для производства функциональных моделей и прототипов. Все это вместе с хорошей обработкой поверхности делает его также подходящим для производства небольших серий конечной продукции .

3D-принтеры SLS не имеют широкого спектра совместимых материалов, как 3D-печать FDM. , однако возможность использования технических материалов, таких как различные типы нейлона или TPE и TPU , позволяет использовать его для большинства приложений.

Видео 3:Деталь, напечатанная на ТПУ с использованием 3D-печати SLS. Источник:Синтерит.

Несмотря на все преимущества, главным ограничивающим фактором 3D-печати SLS является объем сборки. Несмотря на то, что промышленное оборудование имеет большие объемы сборки, аналогичные тем, которые используются в системах FDM, настольные 3D-принтеры SLS имеют объемы печати, аналогичные принтерам SLA.

Кроме того, хотя постобработка части ограничивается очисткой для удаления излишков порошка без спекания , 3D-принтеры SLS требуют подготовки и очистки, что делает их менее срочными, чем печать FDM. .

Хотя все эти характеристики сделали эту технологию отраслевым стандартом. , его высокая стоимость ограничила его доступ к малым и средним компаниям. С появлением в последние годы доступных настольных 3D-принтеров SLS, таких как Lisa и Lisa Pro, ситуация меняется. Хотя его стоимость по-прежнему несколько выше аналогичных моделей в FDM и SLA, в настоящее время стоимость уже не является определяющим фактором при выборе той или иной технологии.

<сильный>

Изображение 9:Sinterit Lisa Pro. Источник:Синтерит.

Сравнение FDM, SLA и SLS

Чтобы правильно сравнить три технологии, мы должны сделать это на двух уровнях:с точки зрения характеристик и с точки зрения конструктивных и производственных ограничений.

Основные характеристики каждой технологии сравниваются ниже:

<тд>0,1 мм <тд>0,05 мм <тд>0,06 мм <тд>0,25 мм <тд>0,05 мм <тд>0,08 - 0,08 мм

Характеристики>Возможности
Функция	FDM	SLA	SLS
Принцип работы	Экструзия расплавленного материала	Фотополимеризация смолы	Спеченные микрочастицы
Тип совместимых материалов	Термопластики	Светоотверждаемая смола	Термопластики
Количество совместимых материалов	Очень высокий	Средний	Низкий
Цена материалов	Средний — низкий	Высокий	Средний
Сложность	Высокий	Средний	Средний
Оперативность	Очень высокий	Средний	Низкий
Минимальное разрешение слоя
Максимальное разрешение по осям XY
Точность	Низкий	Средний	Высокий
Приложения	Быстрое прототипирование. Обучение. Изготовление шаблонов и инструментов.	Модели с мелкими деталями. Отливаемые негативы для ювелирных изделий и стоматологии. Шины.	Функциональные прототипы. Короткие серии. Шаблоны и инструменты. Ортопедические компоненты. Медицинские модели
Преимущество	Низкая цена. Оперативность. Материалы доступны.	Высокое разрешение. Качественные стоматологические и литейные материалы.	Печать без опор. Высокое качество деталей. Печать сборок напрямую. Высокая точность.
Недостатки	Необходимо использовать опоры. Некоторые материалы имеют высокую усадку.	Высокая стоимость материалов. Малый объем печати.	Длительное время печати. Низкий объем печати.

В следующей таблице показаны конструктивные ограничения каждой технологии:

<тд>0,8 мм <тд>

0,5 мм на поддерживаемых стенах

1 мм на неподдерживаемых стенах

<тд>0,7 мм <тд>

0,6 мм в ширину

2 мм в высоту

<тд>0,4 мм <тд>2 мм <тд>

0,3 мм в движущихся частях

0,1 мм в соединениях

<тд>5 мм <тд>2 мм <тд>0,2 мм <тд>0,8 мм <тд>0,8 мм

Требования к дизайну
Функция	FDM	SLA	SLS
Выступы	Требуются опоры от 45º	Всегда нужна поддержка	Никогда не нуждайтесь в поддержке
Мосты	Требуются опоры от 10 мм	Не нуждается в опорах, хотя и рекомендуется	Никогда не нуждайтесь в поддержке
Минимальная толщина стенки
Гравюры	1 мм
Минимальный диаметр отверстий	0,5 мм	1,5 мм
Допуск на движущиеся части и соединения	0,5 мм	0,5 мм
Выхлопные отверстия в полых деталях	Нет необходимости	4 мм
Минимальный размер детализации
Минимальный диаметр столбца	3 мм	0,5 мм
Общие допуски	±0,5% (нижний предел ± 0,5 мм)	±0,5% (нижний предел ± 0,15 мм)	±0,3% (нижний предел ± 0,3 мм)

Сегодня на рынке доступны компьютеры на основе этих трех технологий в аналогичном ценовом диапазоне, например, принтеры от производителей Raise3D, Formlabs или Sinterit. Благодаря этому единственными критериями при принятии решения о внедрении той или иной технологии будут технические критерии.

Необходимо хорошо оценить потребности и использование 3D-принтера, чтобы решить, какая технология является наиболее подходящей, и сделать инвестиции прибыльными.