Типы технологий 3D-печати

Термин 3D-печать охватывает несколько производственных технологий, при которых детали создаются слой за слоем. Каждый из них различается по способу изготовления пластиковых и металлических деталей, а также по выбору материала, обработке поверхности, долговечности, скорости и стоимости изготовления.

Существует несколько типов 3D-печати, в том числе:

• Стереолитография (SLA)
• Селективное лазерное спекание (SLS)
• Моделирование методом наплавления (FDM)
• Процесс цифрового освещения (DLP)
• Многоструйный синтез (MJF)
• ПолиДжет
• Прямое лазерное спекание металла (DMLS)
• Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)

Выбор правильного процесса 3D-печати для вашего приложения требует понимания сильных и слабых сторон каждого процесса и сопоставления этих характеристик с вашими потребностями в разработке продукта. Давайте сначала обсудим, как 3D-печать вписывается в цикл разработки продукта, а затем рассмотрим распространенные типы технологий 3D-печати и преимущества каждой из них.

3D-печать для быстрого прототипирования и не только

Можно с уверенностью сказать, что 3D-печать чаще всего используется для прототипирования. Его способность быстро производить одну деталь позволяет разработчикам продуктов проверять и обмениваться идеями экономически эффективным способом. Определение цели вашего прототипа покажет, какая технология 3D-печати будет наиболее выгодной. Аддитивное производство подходит для целого ряда прототипов, от простых физических моделей до деталей, используемых для функционального тестирования.

Технология SLA формирует пластиковые детали путем отверждения жидкой термореактивной смолы УФ-лазером. По мере сборки деталей им требуются опорные конструкции, которые удаляются после завершения сборки.

Несмотря на то, что 3D-печать является почти синонимом быстрого прототипирования, есть сценарии, когда это жизнеспособный производственный процесс. Обычно эти приложения связаны с небольшими объемами и сложной геометрией. Часто компоненты для аэрокосмических и медицинских приложений являются идеальными кандидатами для производственной 3D-печати, поскольку они часто соответствуют ранее описанным критериям.

Пять соображений по 3D-печати

Как и в большинстве случаев в жизни, при выборе процесса 3D-печати редко бывает простой ответ. Когда мы помогаем клиентам оценить варианты 3D-печати, мы обычно указываем пять ключевых критериев, позволяющих определить, какая технология удовлетворит их потребности:

1. Бюджет
2. Механические требования
3. Косметический вид
4. Выбор материала
5. Геометрия

После завершения сборки SLS техник извлекает деталь из порошкового слоя, стряхивает лишний материал и затем дробеструйная обработка детали.

Процессы полимерной 3D-печати

Давайте рассмотрим некоторые распространенные процессы 3D-печати пластиком и обсудим, когда каждый из них наиболее полезен для разработчиков продуктов, инженеров и дизайнеров.

Стереолитография (SLA)

Стереолитография (SLA) — это оригинальный процесс промышленной 3D-печати. Принтеры SLA превосходны в производстве деталей с высоким уровнем детализации, гладкой поверхностью и жесткими допусками. Качественная обработка поверхности деталей SLA не только красиво выглядит, но и может помочь в функционировании детали — например, при проверке подгонки сборки. Он широко используется в медицинской промышленности, и его распространенные области применения включают анатомические модели и микрофлюидику. Мы используем 3D-принтеры Vipers, ProJets и iPros производства 3D Systems для деталей SLA.

Селективное лазерное спекание (SLS)

Селективное лазерное спекание  (SLS) сплавляет порошки на основе нейлона в твердый пластик. Поскольку детали SLS изготовлены из настоящего термопластичного материала, они долговечны, подходят для функциональных испытаний и могут поддерживать живые петли и защелки. По сравнению с SL детали прочнее, но имеют более грубую поверхность. SLS не требует опорных структур, поэтому всю платформу сборки можно использовать для вложения нескольких деталей в одну сборку, что делает ее пригодной для большего количества деталей, чем другие процессы 3D-печати. Многие детали SLS используются для создания прототипов, которые однажды будут отлиты под давлением. Для наших принтеров SLS мы используем машины sPro140, разработанные 3D-системами.

ПолиДжет

PolyJet — еще один процесс 3D-печати пластиком, но есть одна особенность. Он может изготавливать детали с несколькими свойствами, такими как цвета и материалы. Дизайнеры могут использовать эту технологию для создания прототипов эластомерных или формованных деталей. Если ваш дизайн представляет собой цельный жесткий пластик, мы рекомендуем придерживаться SL или SLS — это более экономично. Но если вы создаете прототип многослойной конструкции или конструкции из силиконовой резины, PolyJet может избавить вас от необходимости инвестировать в инструменты на ранних этапах цикла разработки. Это поможет вам быстрее перерабатывать и проверять дизайн и сэкономить деньги.

Цифровая обработка света (DLP)

Цифровая световая обработка похожа на SLA в том, что она отверждает жидкую смолу с помощью света. Основное различие между этими двумя технологиями заключается в том, что DLP использует экран цифрового светового проектора, тогда как SLA использует УФ-лазер. Это означает, что 3D-принтеры DLP могут одновременно отображать весь слой сборки, что приводит к более высокой скорости сборки. Хотя DLP-печать часто используется для быстрого прототипирования, более высокая производительность делает ее пригодной для мелкосерийного производства пластиковых деталей.

Protolabs использует машины Concept Laser Mlab и M2 для металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере.

Многоструйный синтез (MJF)

Подобно SLS, Multi Jet Fusion также изготавливает функциональные детали из нейлонового порошка. Вместо того, чтобы использовать лазер для спекания порошка, MJF использует струйную матрицу для нанесения плавящих агентов на слой нейлонового порошка. Затем над кроватью проходит нагревательный элемент, который сплавляет каждый слой. Это приводит к более стабильным механическим свойствам по сравнению с SLS, а также к улучшенной отделке поверхности. Еще одним преимуществом процесса MJF является ускорение времени сборки, что приводит к снижению производственных затрат.

Моделирование методом наплавления (FDM)

Моделирование методом наплавления (FDM) — это распространенная технология настольной 3D-печати пластиковых деталей. Принтер FDM работает путем экструзии пластиковой нити слой за слоем на строительную платформу. Это экономичный и быстрый метод создания физических моделей. В некоторых случаях FDM можно использовать для функционального тестирования, но эта технология ограничена из-за деталей с относительно шероховатой поверхностью и недостаточной прочностью.

Процессы 3D-печати металлом

Прямое лазерное спекание металла (DMLS)

Металлическая 3D-печать открывает новые возможности для дизайна металлических деталей. Процесс, который мы используем в Protolabs для 3D-печати металлических деталей, — это прямое лазерное спекание металла (DMLS). Он часто используется для уменьшения металлических, многокомпонентных сборок до одного компонента или легких деталей с внутренними каналами или полыми элементами. DMLS подходит как для прототипирования, так и для производства, поскольку детали имеют такую ​​же плотность, как и те, которые производятся традиционными методами производства металлов, такими как механическая обработка или литье. Создание металлических компонентов сложной геометрии также делает его пригодным для медицинских применений, где конструкция детали должна имитировать органическую структуру.

Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)

Электронно-лучевое плавление — это еще одна технология 3D-печати металлом, в которой используется электронный луч, управляемый электромагнитными катушками, для расплавления металлического порошка. Во время сборки печатная платформа нагревается и находится в вакууме. Температура, до которой нагревается материал, определяется используемым материалом.

Когда использовать 3D-печать

Как указывалось ранее, среди приложений для 3D-печати есть несколько общих знаменателей. Если количество ваших деталей относительно невелико, 3D-печать может быть оптимальной — мы рекомендуем нашим клиентам услуг 3D-печати обычно от 1 до 50 деталей. Поскольку объемы начинают приближаться к сотням, стоит изучить другие производственные процессы. Если ваша конструкция имеет сложную геометрию, которая имеет решающее значение для функционирования вашей детали, например алюминиевый компонент с внутренним каналом охлаждения, 3D-печать может быть вашим единственным вариантом.

Выбор правильного процесса сводится к согласованию преимуществ и ограничений каждой технологии с наиболее важными требованиями вашего приложения. На ранних стадиях, когда появляются идеи, и все, что вам нужно, — это модель, чтобы поделиться с коллегой, эти ступенчатые поверхности с вашей стороны не вызывают особого беспокойства. Но как только вы доходите до точки, когда вам нужно провести пользовательское тестирование, такие факторы, как косметика и долговечность, начинают иметь значение. Хотя универсального решения не существует, правильное использование технологии 3D-печати при разработке продукта снизит риски проектирования и, в конечном итоге, приведет к созданию более качественных продуктов.