Как выбрать промышленный 3Д принтер

ОГЛАВЛЕНИЕ

Технологии промышленной 3D-печати стремительно развиваются во многих отношениях, преодолевая критические пороги качества печати, надежности и структуры затрат. Последние достижения в области оборудования, материалов и программного обеспечения сделали 3D-печать доступной для более широкого круга предприятий, что позволяет все большему количеству компаний использовать инструменты, ранее ограниченные несколькими высокотехнологичными отраслями.

Сегодня промышленные 3D-принтеры ускоряют внедрение инноваций и поддерживают предприятия в различных отраслях, включая машиностроение, производство, стоматологию, здравоохранение, образование, развлечения, ювелирные изделия и аудиологию.

Промышленный 3D-принтер может произвести революцию в бизнесе, а также снизить производственные затраты и время выполнения заказа.

Промышленные процессы 3D-печати

Наиболее часто выбираемые технологии 3D-печаэт – моделирование наплавлением (FDM), стереолитография (SLA), селективное лазерное спекание (SLS), PolyJet и прямое лазерное спекание металла (DMLS).

FDM (Fused Depsition Modelling)

3D-печать по технологии FDM — один из старейших и наиболее распространенных аддитивных методов в мире. Он заключается в нанесении последующих слоев расплавленного материала и предоставлении возможности соседним слоям остыть и слиться друг с другом перед нанесением следующего слоя.

Технология FDM может быть описана как процесс, обратный числовой резке с ЧПУ. 3D-модели преобразуются в g-коды, являющиеся наборами инструкций. Они служат для позиционирования драйверов и, таким образом, для точного выдавливания с целью создания еще одного слоя. Технология в основном использует точное количество материала, необходимое для конкретной детали, в отличие от методов ЧПУ, которые приводят к большим потерям материала, который мы используем.

На разрешение высокого прототипа влияет множество факторов, таких как точность позиционирования драйверов, калибровка пользователем или качество материала, применяемого при 3D-печати FDM. Обычно допуск печати FDM составляет от 0,15 мм до 0,25 мм.

К самым большим преимуществам FDM можно отнести быструю настройку заполнения напечатанных 3D-моделей. Это означает, что очень легко распечатать прототип только для проверки настройки и окончательной обработки. При небольшом внутреннем заполнении или даже пустотелом сердечнике мы экономим на стоимости материала. По завершении этапа проектирования мы можем провести окончательный контроль или запустить мелкую или среднюю производственную серию с окончательным заполнением соответствующей 3D-печати.

SLS (Selective Laser Sintering)

Технология SLS – селективное лазерное спекание – заключается в слиянии частиц полиамида с помощью луча высокоэнергетического лазера. Процесс начинается с заполнения камеры порошкообразным материалом. По мере печати рабочая поверхность опускается и добавляется еще один слой порошка. Спекание порошка полиамида происходит осторожно, слой за слоем. Решение позволяет изготавливать геометрически сложные элементы с высокой точностью размеров по сравнению с другими методами 3D-печати.

SLS особенно интересен с точки зрения использования материалов, которые широко применяются в индустрии пластмасс, включая полиамиды.

В SLS-принтерах используется мощный лазер для плавления мелких частиц полимерного порошка. Нерасплавленный порошок поддерживает деталь во время печати и устраняет необходимость в специальных поддерживающих конструкциях, что делает SLS особенно эффективным выбором для сложных механических деталей.

Способность производить детали с превосходными механическими характеристиками делает SLS наиболее распространенной технологией аддитивного производства полимеров для промышленного применения.

SLA (Stereolithography )

SLA – cтереолитография – это технология 3D-печати с использованием жидкой фотополимерной смолы. В этой технологии материал модели отверждается УФ-лазерным лучом для достижения окончательной геометрии. Материал, необходимый для SLA-печати – жидкая смола – хранится в резервуаре, в который рабочая платформа постепенно погружается, а затем локально освещается (в местах создания соответствующей модели) УФ-лазером. Отверждение смолы путем освещения повторяется до тех пор, пока деталь не будет готова, и последняя промывается изопропиловым спиртом, чтобы удалить полимер, который не затвердел. После очистки распечатка помещается в специальный осветительный прибор, где модели из смолы приобретают свои окончательные свойства.

Стереолитография — одна из самых точных технологий 3D-печати в мире. Это позволяет воссоздать на печатных моделях даже самые мелкие детали. Точность распечаток SLA составляет от 0,1 мм до 0,2 мм.

Детали SLA имеют самое высокое разрешение и точность, самые четкие детали и самую гладкую поверхность из всех технологий 3D-печати из пластика. Основное преимущество SLA заключается в его универсальности. Составы смол SLA предлагают широкий спектр оптических, механических и термических свойств, соответствующих характеристикам стандартных, инженерных и промышленных термопластов.

SLA — отличный вариант для высоко детализированных прототипов, требующих жестких допусков и гладких поверхностей, а также форм, инструментов, шаблонов, медицинских моделей и функциональных деталей. Он также предлагает материал с самой высокой температурой отклонения тепла в 238 градусов по Цельсию, что делает его идеальным выбором для определенных инженерных и производственных приложений, а также широчайший выбор биосовместимых материалов для стоматологии и медицины.

DMLS (Direct metal laser sintering)

DMLS одна из самых передовых технологий. В 3D-печати используется мощный лазер для сплавления металлов и сплавов в микромасштабе. Основное применение DMLS — создание металлических деталей сложной геометрии. Сразу после процесса 3D-печати детали полностью функциональны (термостойкие, прочные и долговечные). Фактически, детали даже лучше, чем литые, в отношении плотности, что отражается на их механических свойствах.

Прямое лазерное спекание металла очень выгодно по сравнению с традиционными методами производства, так как даже самые сложные элементы могут изготавливаться в единичном производственном цикле, что означает снижение производственных затрат. Технология DMLS в сочетании с топологическим анализом позволяет изготавливать детали, которые легче, чем те, которые получены традиционными методами производства.

Металлические детали, изготовленные по технологии DMLS, отличаются исключительной прочностью и очень высоким соотношением веса и прочности. Обычно используются материалы с высоким сопротивлением, такие как инструментальная сталь 316 L, алюминиевый сплав, титан или инконель (сплав никеля и хрома).

PolyJet

Технология 3D PolyJet — одна из самых точных технологий 3D-печати в мире. Принцип работы близок к технологии SLA, так как основан на отверждении жидкой смолы. Однако в этом случае фотополимерные смолы отверждаются УФ-лампами. Толщина одного слоя, напечатанного с использованием этой технологии, составляет всего 0,016 мм (меньше толщины человеческого волоса). Точность технологии менее 0,099 мм не может быть достигнута другими аддитивными технологиями.

Технология PolyJet окажется подходящей для изготовления точных элементов там, где требуется высокая точность, благодаря применению смол с различными свойствами, особенно механическими, и растворимого материала основы. Он предназначен для быстрого прототипирования и создания конечных прототипов высокого качества с гладкой поверхностью.

Применение промышленных 3D-принтеров

Число отраслей, использующих 3D-печать для повышения эффективности производства и рабочего процесса, неуклонно растет. Эта технология широко используется в производстве ювелирных изделий, в зуботехнических лабораториях для изготовления коронок, мостов и имплантатов, а также в производстве слуховых аппаратов и протезов, которые идеально подходят пациентам.

Первая коммерческая технология 3D-печати была изобретена в 1984 году Чарльзом Халлом. Прошло почти 30 лет, и индустрия 3D-печати быстро развилась от стереолитографии к биопечати.

Медицина – это, пожалуй, самая интересная область применения. 3Д печать в этой отрасли используется в широком диапазоне применений – от производства протезов и слуховых аппаратов до биопечати частей тела. Прорывы в этой области происходят быстро и впечатляюще.

В архитектуре и строительстве 3D-печать используется для создания детальных моделей зданий . Раньше архитекторы полагались только на программное обеспечение САПР для проектирования конструкций. С помощью 3D-печати теперь можно конвертировать файлы САПР в файлы для 3D-печати. Таким образом, архитекторы и инженеры могут легко модифицировать трехмерные конструкции и тестировать различные рыночные возможности с помощью более быстрого и доступного прототипа. Некоторые преимущества 3D-печати в архитектуре и строительстве включают сокращение отходов материалов и изобретение инновационных форм и структур.

3D-печать используется для изготовления сложных деталей для электронной, автомобильной и аэрокосмической отраслей промышленности. Гиганты автомобилестроения, такие как GM, Jaguar Land Rover и Audi, уже довольно давно используют эту технологию для производства автозапчастей. Ведущие производители самолетов, такие как Airbus и Boeing, используют эту технологию для улучшения характеристик, снижения стоимости обслуживания и затрат на топливо. Компания Boeing использовала эту технологию для создания воздуховодов для контроля окружающей среды (ECD) для самолета 787. Производство и сборка ECD довольно сложны, поскольку он состоит из около 20 различных деталей, которые теперь можно напечатать на 3D-принтере как одно целое. 3D-печать компонентов самолетов, которые на 65% легче, но такие же прочные, как и традиционные детали, экономит много денег, а также снижает выбросы углерода. Суммы, которые экономят авиастроители, огромны. Авиационная промышленность готова к 2050 году создать целый самолет с помощью 3D-печати.

Даже НАСА более чем желает использовать эту технологию в своих космических полетах. Инженеры НАСА печатают на 3D-принтере детали для системы космических запусков. Недавно НАСА отправила на Марс робот, который имеет почти 70 нестандартных деталей, напечатанных на 3D-принтере. Ученые также изучают возможности использования этой технологии на Международной космической станции для изготовления запасных частей на месте.

Возможности 3D-печати безграничны. Поскольку целевой рынок очень огромен, а конкуренция минимальна, эти приложения неизбежно будут быстро расти и вытеснят традиционные инженерные приложения 3D-печати.

Последнее поколение промышленных 3D-принтеров сделало изготовление прототипов и конечных деталей более быстрым и более доступным, открыв двери практически любой компании для использования 3D-печати для улучшения разработки и производства продукции.

Читайте также: Что следует учитывать при выборе 3D-сканера