3D-печать (часть 1)

Часть первая:сырье

Хотя аддитивное производство, более известное как 3D-печать, существует уже почти 40 лет, многим все еще кажется, что эта технология находится в зачаточном состоянии. Технология 3D-печати за последние 10 лет развилась больше, чем за три десятилетия до этого, что делает ее более жизнеспособной для прототипирования и небольших производственных циклов, чем когда-либо прежде. Эти достижения привлекли внимание общественности к аддитивному производству, поскольку производители изучают последние инновации и то, как они могут ускорить производственные процессы.

Согласно исследованию MarketsandMarkets, рынок материалов для 3D-печати вырастет с 530,1 млн долларов в 2016 году до более чем 1,4 млрд долларов к 2021 году. Этот рост в значительной степени можно объяснить расширением вариантов материалов, которые используются для печати объектов. В то время как 3D-принтеры изначально использовали ограниченный набор пластиков, новые машины могут печатать гораздо более широким спектром материалов.

Проблемы, с которыми сталкивается рынок материалов для 3D-печати

Материал, используемый в 3D-печати, определяет эффективность процесса печати и качество конечного продукта. Однако, несмотря на быстрый рост аддитивного производства, эта технология должна преодолеть множество проблем, прежде чем она сможет стать жизнеспособной альтернативой традиционным методам производства и механической обработки. Многие из этих проблем напрямую связаны с сырьем, в том числе:

• Стоимость сырья

3D-печать не выигрывает от эффекта масштаба, обеспечиваемого другими производственными технологиями. Аддитивное производство все еще относительно медленное и в основном используется для прототипов или очень небольших серий, что означает отсутствие больших скидок на оптовые материалы.

• Ограниченный диапазон материалов

Хотя типы доступных материалов для проектов 3D-печати за последнее десятилетие значительно расширились, выбор все еще довольно ограничен. В настоящее время выбор материала зависит от ограничений технологии 3D-печати и любых ограничений, налагаемых дизайном.

• Доступность сырья

Сырье для аддитивного производства по-прежнему может быть трудно найти, особенно когда дизайн требует более редких материалов, таких как металлы или керамика.

Эти проблемы должны быть решены в ближайшем будущем, когда произойдет вышеупомянутый рост рынка. Поскольку 3D-печать становится все более распространенным методом для производителей, цены на материалы будут падать в геометрической прогрессии, варианты будут расширяться, а все типы материалов станут более доступными.

Заинтересованные стороны рынка материалов для 3D-печати

Успешный рост аддитивного производства во многом будет зависеть от сотрудничества между различными участниками цепочки поставок сырья. К основным заинтересованным сторонам относятся:

• Поставщики материалов
• Производители принтеров
• Бюро полиграфических услуг
• Конечные пользователи

Поскольку каждый из этих участников выводит на рынок новые инновации, технология будет продолжать развиваться. Сотрудничество между каждым звеном цепочки поставок позволит заинтересованным сторонам управлять развитием технологии и ее развитием.

Типы материалов для 3D-печати

Материалы для 3D-печати обычно представляют собой нити, порошки или жидкости. Используемые типы включают четыре основные категории:

• Пластик
  • Фотополимеры – эпоксидные смолы и гибриды, акрилаты, полиамид, нитрилкаучук
  • Пластиковый порошок – ПА, ТПУ, ПЭЭК, ПП, ПС
  • Пластиковые нити — ABS, PLA, ПК и их смеси, нейлон, полиэтилентерефталат, термопластичный полиуретан.

• Керамика
  • Керамический порошок

• Металлы
  • Алюминий и сплавы
  • Нержавеющая сталь
  • Инконель, кобальт-хром, никелевые сплавы
  • Титан и сплавы
  • Другое

• Другое
  • Песок со связующим
  • Светочувствительные смолы

Фотополимеры

На фотополимерные смолы приходится ведущая доля мирового рынка материалов для аддитивного производства, и ожидается, что в обозримом будущем их доля на рынке увеличится. Фотополимеры — это жидкие смолы, используемые в 3D-принтерах Polyjet и Stereolithography, которые затвердевают и отверждаются в процессе полимеризации с помощью УФ-лучей для формирования пластиковых деталей и прототипов. Фотополимеры обычно содержат несколько основных компонентов, включая связующие вещества, мономеры и фотоинициаторы. Фотоинициаторы являются основными компонентами фотополимера и преобразуют энергию света в химическую энергию. Фотополимеры печатаются для изготовления деталей медицинского, военного и электронного оборудования.

Пластиковые порошки

Пластиковые порошки — еще один тип материала для 3D-печати, занимающий значительную долю рынка. Пластиковые порошки, такие как полиамид, полиэфирэфиркетон (PEEK) и термопластичный полиуретан (TPU), выбраны для снижения веса транспортных средств, чтобы повысить эффективность использования топлива и сократить выбросы.

Основные процессы печати деталей пластиковыми порошками включают моделирование напыления и лазерное спекание, в целом они выполняются быстро и относительно экономичны. Это стимулирует спрос на пластиковые порошки, особенно для прототипов.

Полиамид, вероятно, останется наиболее часто используемым материалом для прототипирования из-за его разумной цены, простоты обработки и превосходной отделки. Полиамид — один из самых популярных материалов для 3D-печати, используемый профессиональными компаниями, занимающимися 3D-печатью.

ТПУ подходит для изготовления деталей, требующих высокой эластичности, термостойкости и стойкости к истиранию, а также высокой прочности на сдвиг. PEEK представляет собой полукристаллический термопласт с превосходными свойствами механической и химической стойкости, сохраняющийся при высоких температурах.; однако из-за его высокой цены использование PEEK ограничено только для самых требовательных приложений.

Пластиковые нити

Пластиковые нити являются термопластичным сырьем для 3D-принтеров, моделирующих наплавление. Пластиковые нити обеспечивают исключительную прочность деталей и легко поддаются формованию. Среди широкого спектра материалов, ABS и PLA, безусловно, являются наиболее распространенными материалами накаливания. Водонепроницаемость и прочность — это благоприятные характеристики АБС, которые делают его идеальным материалом для печати функциональных деталей. PLA легко печатать, он биоразлагаем и является популярным материалом для печати потребительских деталей. Одним из самых дорогих материалов является воск или Moldlay — это материал для печати моделей литья по выплавляемым моделям. Он может расплавиться в процессе запекания скорлупы.

Металлы

Металлы обычно используются для печати инструментов и деталей прототипов. Сталь широко применяется в автомобильной, промышленной, пищевой и медицинской промышленности благодаря хорошей прочности и долговечности. Сталь также является наиболее экономичной альтернативой. Нержавеющие стали, такие как 316L и 17-4PH, а также сплавы мартенситностареющей стали являются распространенными материалами в этой категории.

Другие металлы для 3D-процессов включают алюминий, дорогостоящие нестальные материалы, такие как титан, инконель и другие высокопрочные сплавы. К наиболее распространенным материалам в этом сегменте относятся:

• Алюминиевые сплавы
• Кобальт-хромовые сплавы
• Сплавы на основе никеля
• Титановые сплавы

Эволюция аддитивного производства

Рыночные прогнозы могут дать нам представление о том, что ждет 3D-печать в будущем, но лучший способ оставаться в курсе тенденций аддитивного производства — стать заинтересованным лицом в этой технологии. В Impro мы предлагаем широкий спектр производственных услуг, включая литье в песчаные формы, литье по выплавляемым моделям и прецизионную механическую обработку, и мы сосредоточены на том, чтобы стать энтузиастом в области аддитивного производства.

Чтобы узнать больше о будущем 3D-печати, следите за обновлениями во второй части нашей серии из трех статей на эту тему, в которой основное внимание будет уделено самой технологии. Вы также можете скачать нашу бесплатную электронную книгу «3D-печать против традиционного производства» уже сегодня!