Технологии 3D-печати

Разработанная в 1984 году компанией CharlesHull, 3D-печать быстро получила свое развитие. И если тогда в качестве основной технологии применяли только стереолитографию, то сейчас существует более десятка техник трехмерной печати. Каждая из них имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

Выборочное лазерное спекание (SLS)

Методика, применяемая для лазерного спекания, схожа с технологией SLA. Основная разница состоит в рабочем материале. Для SLS используют специальный порошок, который спекается под импульсным воздействием лазера. Порошок, с помощью встроенного валика, равномерно распределяется по поверхности основы, после чего луч воздействует только на область отверждения. Затем, основа опускается вниз на толщину слоя, после чего процедура повторяется. В результате, изделие формируется без поддерживающих элементов и с одновременным заполнением пустот.

Преимущества SLS:

• в качестве исходного материала можно применять пластик, металл, керамику, воск для литья, стекло;
• возможность изготавливать крупные сложные элементы, до 50 см;
• хорошо подходит для производства ювелирных изделий.

Недостатки:

• низкое качество изделий, которое выражается в видимой слоистости и шероховатости поверхности;
• изделие требует дополнительной финишной полировки;

Стереолитография (SLA)

В основе технологии лежит воздействие ультрафиолетового лазера или ртутной лампы на комбинацию фотополимера и реагента-отвердителя. С помощью светового луча производится последовательное построение прототипа, с отверждением каждого слоя. Для этого аппарат оснастили динамичным столиком, погружающимся в фотополимерную массу на толщину всего одного слоя изделия. В момент погружения луч воздействует на область отверждения, добиваясь схватывания материала, после чего начинается формирование следующего слоя, и так до полного формирования детали.

Преимущества технологии:

• высокое качество печати, позволяющее получить прототип, который не требует дальнейшей обработки;
• широкая возможность изготовления миниатюрных элементов и сложных конструкций;
• способность выдерживать температурный режим до 100°С;
• повышенная прочность механического воздействия.

Недостатки:

• высокие требования к качеству фотополимера, которые ограничивают ассортимент материала для изготовления прототипов;
• неполное отверждение изделия, из-за непродолжительного воздействия лазера. После изготовления, модель необходимо выдержать в полимеризационной камере;
• низкая производительность печати, не превышающая 3 см в час;
• отсутствие возможности сочетания цветов или материалов.

Метод многоструйного моделирования (MJM)

Базовый принцип технологии MJM основывается на классической печати обычных принтеров струйного типа. Разница лишь в том, что для изготовления моделей используется не краска, а фотополимер, воск или пластик. Подача предварительно разогретого материала осуществляется через встроенные сопла небольшого диаметра. Количество сопел будет зависеть от модели устройства. Изготовление прототипа происходит за счет непрерывной подачи полимера во время движения сопел по горизонтали и вертикального смещения рабочей поверхности вниз. Наносимая масса послойно застывает, формируя деталь.

Преимущества MJM технологии:

• возможность одноэтапной комбинации материалов, отличающихся по цветовой гамме и свойствам;
• дополнительная функция отверждения УФ-лампой;
• толщина слоя около 16 мкм.

Недостатки:

• необходимость в поддерживающих элементах;
• требуется финишная обработка прототипа.

Послойное склеивание пленок (LOM) 

Технология LOM заключается в предварительной раскройке рабочих пленок и послойной склейки или сдавливании полученных шаблонов. Вырезание осуществляют с помощью лезвия или лазерного луча, соблюдая точное соответствие контуров каждого слоя печатаемого изделия. В качестве материала изготовления используют пластик, керамику, бумагу и металл. Одновременно, может быть применено окрашивание прототипа. 

Преимущества LOM:

• технология позволяет печатать полноценные конструкции без пустот;
• можно подобрать наиболее экономичный вариант расходника;
• нет необходимости в поддерживающих структурах;
• возможность создавать крупные модели.

Недостатки:

• качество изделия будет зависеть от толщины листа используемого расходника;
• отсутствие возможности дополнительной полировки, так как это приводит к расслоению материала;
• большое количество отходов.

Послойное наплавление (FDM)

Изготовление моделей с помощью технологии FDM осуществляется по принципу послойного нанесения термопластического материала. Он нагревается в головке для печатанья и под давлением подается на поверхность рабочего стола в виде нити, в соответствие с заданными параметрами. Каждый слой наносится друг на друга по горизонтали при одновременном перемещении по вертикали головки или рабочей поверхности. Для вывода материала используют несколько сопел с минимальным диаметром. Одно сопло предназначено для вывода основного материала, второе отвечает за подачу поддерживающего расходника. В качестве основы, как правило, используются различные полимеры – пластики и другие вещества, обладающие небольшой температурой плавления.

Преимущества FDM:

• хорошее качество поверхности изделия;
• доступность и большой выбор расходного материала;
• возможность многоцветовой печати;
• для поддержки используются легко удаляемые расходники;
• возможность создавать модели различного размера и сложности.

Недостатки:

• маленькая скорость печати;
• видимая слоистость поверхности;
• требуется заключительная ручная обработка.

Перечисленные технологии 3D печати являются не единственными. Но, на сегодняшний день они наиболее востребованы пользователями. Каждая из них нашла свое применение в определенной области, неплохо справляясь со своими задачами.