Коллеги, сегодня поговорим о наболевшем!
А именно то, как некоторые продавцы 3D-принтеров, пытаются вам продать свой продукт всеми правдами и неправдами....
Вначале поговорим о двух самых распространенных технологиях 3D-печати: DLP и SLA, именно такие 3D принтеры в стоматологии встречаются чаще всего.
На стоматологическом рынке сегодня наибольшей популярностью пользуются принтеры работающие по технологиям печати DLP и SLA, чем отличаются между собой эти две технологии?
Обе (DLP и SLA) в качестве сырья для печати используют «жидкую пластмассу», другими словами фотополимер, который полимеризуется и приобретает твердую форму под действием УФ излучения.
Немного истории:
Пионерами, в развитии стоматологической 3D-печати и создании биосовместимых полимеров в большом ассортименте, является голландская компания Nextdent, ранее известная всем как компания Vertex.
Этой зимой, видя большой потенциал этих биосовместимых материалов, компанию Nextdent купил отец 3D-печати, 3D-гигант - американская компания 3D Systems.
Получить сертификацию для биосовместимых материалов не так уж и просто, поэтому фотополимеры компании Nextdent приобретают другие компании и продают под своими разными брендами: Formlabs, Novux и другие.
Теперь опять вернемся к технологиям 3D-печати.
DLP. Принцип печати:
Программа которая идет в комплекте с принтером разбивает печатаемый объект на слои с заданной толщиной.
В ванночку принтера с прозрачным дном наливают фотополимер (материал для печати).
На самое дно ванны погружается рабочий столик, отступая от дна на один (первый) слой нашего объекта (в этом «отступе» находится жидкий фотополимер).
Проектор, расположенный под ванной проецирует на дно ванны картинку первого слоя и благодаря УФ излучению застывает только та пластмасса, на которую попало изображение с проектора.
Так слой за слоем вырастает наш печатаемый объект, будь то модель челюсти или временная коронка.SLA. Принцип печати: Принцип печати похож, но с отличием в том, что проецируется не слой целиком, а по каждой точке объекта быстро проходит лазерный луч, который полимеризует жидкий фотополимер (материал)
Зачастую покупателю самостоятельно не просто разобраться во всех свойствах 3D-принтера и его материалов, но есть один понятный показатель, на который ориентируются почти все. И естественно, на этом показателе в основном играют продавцы 3D-принтеров.
Уже догадались какой основной аргумент они приводят, продавая вам свой принтер?
Точность печати!
Давайте тогда разберемся с этим популярным параметром, который перекручивают в ту или иную сторону умышленно или из-за некомпетентности.
Точность печати .
Этот параметр зависит от многих факторов, мало того, не только от принтера, но и от материала и окружающей среды.
Как зависит от материала?
Чем более опаковый материал (наполненный пигментами и блокираторами света), тем более точными будут напечатанные из него изделия. Это происходит благодаря отсутствию рассеивания света при печати и полимеризации примыкающего к модели материала.
Как зависит от окружающей среды?
При печати фотополимером, важно контролировать его температуру во время печати.
Во время полимеризации именно в DLP принтерах выделяется много тепла.
Как негативно влияет повышенная температура на печать?
Очень просто, ускоряется химическая реакция и для полимеризации материала текущего света становится слишком много.
Повышается риск полимеризации пограничного слоя модели (засвет лишней пластмассы) соответственно увеличение ее размеров, другими словами потеря точности.
В SLA принтерах это не так страшно, так как лазер имеет меньшую мощность (выделяет меньше тепла) обьем ванны для материала обычно значительно больше (чем в DLP принтерах) что приводит к тому, что фотополимер в ванне нагревается медленнее и нет рисков перегрева.
Именно поэтому печать SLA немного дольше, но зато она лишена рисков перегрева и потери точности, как в DLP принтерах.
Значит, чтобы получить максимально точно напечатанное изделие, а в помещении у вас жарко - контролируйте температуру используемого полимера.
Холодно - тоже не лучший вариант, так как материалу может не хватить силы света, он не закрепиться на столике для печати и вам придется подогреть материал и начать весь процесс печати с начала.
Конечно возня с подогревом материала не очень удобна!
Но если ваш принтер имеет функцию автоматического подогрева материала - вам с этим не придется возится вручную.
Многие ювелиры успешно применяют в своей работе программно-управляемые фрезерные станки, которые вытачивают восковки для литья, а некоторые аппараты - и сразу металлические детали. В этой статье мы рассмотрим 3D-печать как альтернативу и дополнение к этому процессу.
Скорость
При создании детали в единичном экземпляре, ЧПУ-фрезер выигрывает в скорости - фреза станка движется со скоростью до 2000-5000 мм/мин и там, где фрезер управится за 15 минут, принтер может печатать деталь до полутора часов, иногда даже больше.
Это справедливо, правда, лишь для простых и гладких изделий, типа обручального кольца простой формы и без рисунка, которые не требуют высокого качества поверхности, т.к. их легко быстро заполировать. Сложные изделия фрезер вытачивает так же неспешно, как их печатает 3D-принтер, а зачастую и дольше - время обработки может доходить до шести часов.
Фото @FormlabsJp
При создании сразу серии изделий ситуация кардинально меняется - за один проход принтер способен распечатать полную платформу восковок - это площадка (на примере принтера ) 145х145 мм, и их там помещается, в зависимости от размера моделей, до 35 штук. При скорости печати 10-30 мм/час (а печатает он слоями, сразу по всей площади платформы), это дает заметное преимущество перед фрезером, который единовременно вырезает лишь одну модель - это либо одна сложная деталь, либо несколько простых, плоских, из одной цилиндрической восковой заготовки.
Кроме того, 3D-принтер может печатать сразу елку моделей для отливки, без необходимости собирать ее из отдельных заготовок. Это тоже экономит время.
Фото @3d_cast
Точность и качество
Точность позиционирования фрезы в ЧПУ-аппаратах достигает 0,001 мм, что выше чем у 3D-принтера. Качество обработки поверхности фрезером зависит еще и от размера самой фрезы, а радиус вершины фрезы - не менее 0,05 мм, но движение фрезы задается программно, обычно это шаг в треть или половину фрезы, соответственно - все переходы сглаживаются.
Фото @freemanwax
Толщина слоя при печати на Form 2, самом популярном но далеко не самом точном принтере, а значит и вертикальная точность, составляет 0,025 мм, что в два раза меньше диаметра острия любой фрезы. Диаметр его луча составляет 0,14 мм, что уменьшает разрешение, но позволяет также получать более гладкую поверхность.
Фото @landofnaud
В целом, качество получаемых изделий на фотополимерном принтере и топовых фрезерных станках сопоставимое. В некоторых случаях, на простых формах, качество фрезерованной детали будет выше. Со сложностью форм история другая - 3D-принтер способен напечатать такое, что ни один фрезер никогда не вырежет, в силу конструктивных ограничений.
Экономичность
Фотополимеры, которыми печатают стереолитографические принтеры, стоят дороже обычного ювелирного воска. Крупные куски воска после фрезера можно переплавить в новые заготовки, хотя это тоже время и лишние действия, но и экономия. Фрезерованный воск выходит дешевле, в пересчете на стоимость каждого единичного изделия аналогичного объема.
Воск - не единственный расходный материал в работе фрезера, фрезы тоже постепенно стачиваются и требуют замены, их хватает на 1-2 месяца интенсивной работы, но это не сильно сокращает разрыв.
Работа фрезера, в пересчете на себестоимость изготовленных изделий, обходится дешевле.
Фото @3DHub.gr
Удобство и возможности
Специфика фрезеровки такова, что даже на пятиосевом станке фреза способна достать далеко не везде. Это вынуждает ювелиров создавать составные модели из нескольких частей, которые затем надо спаивать, а то и предварительно дорабатывать вручную. 3D-принтер же способен распечатать модель сколь угодно сложной формы, включая внутренние полости и сложные сочленения, за один проход.
Как это происходит
Распечатанные модели припаиваются к восковому стволу, затем получившаяся конструкция заливается гипсом или специальным раствором, после отвердения которого готовая форма разогревается в печи, а потом заливается металлом.
Материал восковок без остатка выгорает, позволяя металлу занять все освободившееся место и в точности повторить форму заготовки.
Детальнее:
1. Процесс литья начинается с печати модели и стандартной пост-печатной обработки - распечатанная деталь отделяется от поддержек, промывается, подвергается закрепляющей экспозиции в ультрафиолете, при необходимости - слегка полируется.
2. Далее процесс аналогичен тому, что применяется при литье с применением обычных восковок. Заготовки припаиваются к восковому литнику, который удержит их в правильном положении и создаст канал для распределения металла.
Если количество и размер изделий позволяют, можно пропустить этот этап - если распечатать изделия вместе с литником как единое целое.
3. Литник закрепляется в литьевой колбе. Если колба перфорирована, отверстия стоит закрыть, например - упаковочным скотчем.
4. Заполняющий раствор смешивается в пропорциях указанных производителем.
Потом его заливают в колбу с находящимся внутри литником. Наливают аккуратно, чтоб не повредить модели и не сместить елку.
5. Колба помещается в вакуумную камеру не менее, чем на 90 секунд, чтоб из раствора вышел весь воздух. Потом ее переносят в защищенное от вибрации место, для скорейшего застывания.
6. Литьевые емкости ставят в печь, холодную или разогретую до 167ºC, и постепенно поднимают температуру, до полного выгорания пластика моделей.
Preheat - предварительный нагрев.
Insert flask - поместить колбу в печь.
Ramp - поднять (изменить) температуру.
Hold - держать температуру (пример: 3h = 3 часа)
7. По завершении этого процесса в форму заливают металл.
8. После заливки форму охлаждают, заполняющий материал вымывается.
9. Остается лишь извлечь готовые изделия, разделить их и слегка отполировать.
Фото изделий созданных :
Выводы:
Обе технологии имеют свои плюсы и минусы. Если в ювелирной мастерской уже есть фрезерный ЧПУ-станок, то с большинством задач по изготовлению единичных экземпляров он справится. Более того - если изготавливаются только единичные экземпляры и не очень часто, то станок тут и в скорости выигрывает.
Если не стоит задачи развивать производство, увеличивать объем работ, оборот средств, поднимать уровень сложности изделий, то 3D-принтер будет лишь дополнительной финансовой нагрузкой.
При увеличении темпа и объемов работ, при постоянном введении новых моделей, преимущества 3D-принтера станут заметны сразу, в серийном производстве разница в скорости серьезная. Принтер сложно переоценить в быстром прототипировании и изготовлении партий заготовок.
Если же предприятие выполняет оба типа заказов - как единичные, так и серийные, - эффективнее и экономически целесообразнее будет иметь в хозяйстве оба аппарата, для разных типов работ, они органично дополнят друг друга.
Оборудование
Formlabs
Технология: SLA
Рабочая камера: 145 x 145 x 175 мм
Толщина слоя: 25-100 мкм
Фокус лазера: 140 мкм
Мощность луча: 250 мВт
Цена: руб
Form 2 - компактный стереолитографический 3D-принтер, легко помещающийся на рабочем столе.
Благодаря своей точности (25-100 микрон) пользуется большой популярностью у ортодонтов и ювелиров, так как способен печатать множество изделий за один сеанс.
Фото @FormlabsJp
Фотополимер для печати выжигаемых моделей стоит рублей за картридж объемом 1 литр.
3D Systems
Технология: MJM
Рабочая камера: 295 x 211 x 142 мм
Разрешение: 800 x 900 x 790 точек на дюйм
Толщина слоя: 32 мкм
Цена: рублей
Многоструйный принтер компании 3D Systems, предназначенный для печати литьевых заготовок материалами VisiJet и функциональных деталей - пластиками.
MJP уступает стереолитографическим принтерам в компактности - он значительно крупнее и не может быть размещен на рабочем столе, но это компенсируется скоростью печати и большей рабочей областью.
3D Systems
Технология: MJM
Рабочая камера: 298 х 183 х 203 мм
Разрешение: до 750 x 750 x 1600 DPI
Толщина слоя от: от 16 мкм
Точность печати: 10-50 мкм
Цена: рублей
ProJet 3600W Max - усовершенствованный вариант модели ProJet 3500 CPX, специализированного 3D-принтера для печати литьевых восковок. Это промышленные 3D-принтеры, используемые на производствах в режиме беспрерывной работы, с большой платформой и высокой производительностью. В принтерах данной серии использована технология многоструйного моделирования (Multi Jet Modeling, MJM), которая увеличивает скорость работы и позволяет использовать специально предназначенные для нее материалы VisiJet.
Используемый в нем новый воск отличается высокой прочностью, модели из него не ломаются в руках при отделении от платформы или случайном падении, что случалось с моделями распечатанными из его предшественника - Hi Cast.
Стоит материал рублей за 1,7кг
275 000 руб
Hunter - новый DLP 3D-принтер компании Flashforge. DLP - стереолитографическая технология использующая вместо лазера проектор.
Эта технология имеет свои плюсы - DLP-печать быстрее и способна дать большую детализацию на сверхмалых масштабах. С другой стороны - DLP-проекция состоит из пикселей, если необходима идеально гладкая поверхность - лучше выбрать SLA-принтер, например - Form 2.
Flashforge Hunter DLP 3D совместим с третьим поколением стереолитографических смол, что дает пользователю широкий выбор материалов для печати.
В принтере использован DLP-модуль собственной разработки производителя, характеристики которого оптимизированы именно для 3D-печати. Этот компонент обладает большей линейной точностью, чем обычные DLP, предназначенные для бытовых видеопроекторов.
Wanhao
Технология печати: DLP, 405нм
Максимальная скорость печати: 30 мм/час
Максимальная область печати: 120х68х200 мм
Разрешение: 2560х1440 точек на слой
Точность: 0.04 мм
Толщина слоя: 0.035-0.5mm
Вес: 12 кг
Цена: рублей.
Wanhao Duplicator 7 - недорогой фотополимерный принтер для того, чтоб попробовать стереолитографию. Недостатки этой модели - низкая стабильность работы, невысокое разрешение и проблемы с повторяемостью “из коробки”.
Фото @
Литейное производство – один из старейших технологических процессов, известных человечеству. Еще в Бронзовом веке наши предки умели менять агрегатное состояние руды, переплавлять ее в жидкий металл, заливать в форму и получать нужную отливку. В конце XX века, с появлением цифрового моделирования и затем с бурным развитием аддитивных технологий , наметились кардинальные перемены.
Роль аддитивных технологий
Выращивание моделей и форм путем 3D-печати позволяет получить результаты, недостижимые средствами классических технологических процессов. Важное преимущество заключается также и в значительной экономии времени на изготовление модельной оснастки. Сокращение срока создания прототипов и возможность вносить изменения в конструкцию открыли широчайшие возможности для опытного производства.
Благодаря 3D-процессам можно забыть о всех минусах традиционного литья. К последним относятся:
- долгий производственный цикл;
- трудоемкость механической обработки;
- недостаточная точность;
- роль человеческого фактора.
С другой стороны, широкому внедрению аддитивных технологий препятствуют высокая стоимость оборудования и материалов для 3D-принтера , необходимость в крупных первоначальных инвестициях и ограничения в размерах изделий, печатаемых на 3D-принтере. Впрочем, прогнозы оптимистичны: учитывая быстрое развитие технологий, эти проблемы будут постепенно уходить в прошлое. Сегодня 3D-технологии уже успешно применяются на литейных предприятиях за рубежом и в России при создании форм размером до 50 кв. см.
Поскольку литье лежит в основе практически всех производственных отраслей (машиностроение, приборостроение, авиация , автомобильная индустрия , судостроение , нефть и газ), интересно посмотреть, как аддитивные технологии помогают решать задачи современного литейного производства.
Основные виды литья металлов
В статьях, посвященных литью , мы рассказываем о возможностях аддитивных процессов применительно к двум технологиям:
- литье в песчано-глинистые формы;
- оболочковое литье.
Литье в песчано-глинистые формы (ПГФ) – стандартизированная технология, наиболее распространенная и проверенная, а с точки зрения функциональности – самая продвинутая. Производства, ее использующие, как правило, оборудованы автоматическими формовочными и стержневыми линиями, применяют автоматическую заливку и т.д. Литье в ПГФ характеризуется наличием многоразовой металлической или деревянной модельной оснастки. Форма, которую с нее снимают и в которую затем заливают металл, – одноразовая и сделана из специальной песчано-глиняной формовочной смеси. Такие формы стало возможным изготовлять на 3D-принтерах. Как правило, в этом случае используется технология CJP (цветная струйная печать из композита на основе гипса).
Оболочковое литье оперирует одним из двух методов:
- литье по выжигаемым моделям .
Они очень похожи, но в то же время имеют ряд отличий – об этом мы подробнее расскажем в следующих статьях. Главная особенность этой технологии в том, что каждая модель используется один раз для отливки одного изделия, и сама форма, которая из нее получается, тоже одноразовая. При внедрении 3D-методов на производстве такого типа применяется:
- печать воском – для литья по выплавляемым моделям ;
- печать фотополимерной смолой – для литья по выжигаемым моделям.
Литье в песчано-глинистые формы с использованием 3D-технологий
Процесс литья в ПГФ начинается с создания математической модели оснастки. Инженер-технолог или технолог-литейщик определяет линию разъема, усадку, уклон и другие параметры.
Создание математической модели оснастки. Серым цветом показана сама отливка, синим – стержневые знаки
Затем эти данные передаются в аддитивную установку. Мы рассмотрим пример печати на 3D-принтере, принцип работы которого основан на технологии цветной струйной печати (CJP). Главное преимущество этой технологии в том, что, если модель по геометрии помещается в камеру построения, за одну операцию можно напечатать сразу несколько моделей.
Так модель выглядит в ПО, в виртуальной камере построения и во время печати
Следующий этап – обработка модели. Обратите внимание: для экономии материала модель сделана пустотелой, с внутренним оребрением. В случае необходимости, пустой объем заливается простой эпоксидной смолой, чтобы придать конструкции большую жесткость. Так как гипс – материал не конструкционный, сама модель пропитывается смолой. После этого поверхность подвергается обработке (шпаклевке и шкурению) и покрывается специальной краской для модельной оснастки. Весь цикл изготовления методом литья в песчано-глинистые формы занимает не больше недели. По стойкости такая модель сопоставима с дерево-модельной оснасткой.
На сегодняшний день существует множество технологий для создания реальных объектов из 3D моделей. Наиболее распространенная и доступная технолология — это печать пластиком(технология FDM).
В нашей статье мы приводим классификацию технологи печати и расскажем и каждой из них.
В настоящее время технологии 3D печати разделяются на 4 основных категории:
1. Экструдирование — выдавливание расплавленного материала;
2. Фотополимеризация — отверждение полимера УФ или лазерным излучением.
3. Печать методом спекания и плавления материалов
4. Ламинирование — склеивание слоев материала с последующим вырезанием;
Помимо этого, существуют другие технологии, не попавшие в вышеуказанные категории, мы рассказывем о них в конце этой статьи.
- 1. Экструзия материала
1.1. Моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM)
Наиболее распространенная технология 3D печати , особенно среди персональных и настольных 3D принтеров.
Технология работает по принципу наплавления материала слоями. Пластиковые или металлические нити разматываются из рулона(картриджа) и поступают в печатающую головку(экструдер). Экструдер разогревает нити до жидкого состояния и выдавливает материал через сопло, перемещаясь в горизонтальном и вертикальном направлениях, слой за слоем формируя объект.
Преимущества технологии 3D-печати по технологии FDM
- . скорость и простота изготовления моделей
- . доступность;
- . безопасность , экологическая чистота и нетоксичность большинства материалов;
- . точность построения;
- . простота использования и обслуживания;
- . прочность деталей;
- . простота утилизации.
Материал для печати : Термопластики (PLA , ABS , PVA , HIPS и т. п.), легкоплавкие металлы и сплавы , съедобные материалы (шоколад и др.)
1.2. Моделирование методом напыления с последующим фрезерованием слоя(Drop On Demand Jet, DODJet)
В этой технологии 3D-печати также используется два вида материалов — модельный и материал поддержки.
Печатающая головка одновременно распыляет оба типа « расходников». Затем специальная фрезеровочная головка производит охлаждение распыленного слоя и его механическую обработку. Технология DODJet позволяет строить высокоточные модели с абсолютно гладкой поверхность. Так как распыление рабочего слоя происходит за счет механически движущийся головки , то скорость изготовления прототипа во многом зависит от сложности печатной модели.
Материал для печати : Литейный воск
- 2. Фотополимеризация
2.1. Лазерная стереолитография( Laser Stereolithography, SLA)
Технологию изобрел Чарльз Халл. Получив патент на нее , Халл основал компанию 3D Systems , которая и сегодня остается ведущей компанией-производителем SLA-машин.
Технология предполагает использование специального фотополимера — светочувствительной смолы в качестве модельного материала. Основой в данном процессе является ультрафиолетовый лазер, который последовательно переводит поперечные сечения модели на поверхность емкости со светочувствительной смолой. Фотополимер затвердевает только в том месте, где прошел лазерный луч. Затем новый слой смолы наносится на затвердевший слой, и новый контур намечается лазером. Процесс повторяется до завершения построения модели. Стереолитография — наиболее популярная технология быстрого прототипирования для получения высокоточных моделей. Она охватывает практически все отрасли материального производства от медицины до тяжелого машиностроения. SLA-технология позволяет быстро и точно построить модель изделия практически любых размеров. Качество поверхностей зависит от шага построения. Современные машины обеспечивают шаг построения 0,025 — 0,15 мм.
SLA-технология дает наилучший результат при изготовлении мастер-моделей для последующего изготовления силиконовых форм и литья в них полимерных смол, а также используется для выращивания ювелирных мастер-моделей .
Материал для печати : Фотополимерная смола
2.2. Цифровая обработка светом (Digital Light Processing, DLP)
Аналог SLA технологии. В отличии от традиционной технологии стереолитография , использующей сканирующий ультрафиолетовый лазер для того , чтобы сделать жидкий материал твердым , DLP принтер работает по схожему принципу , однако использует DLP-прожектор , который воздействует на каждый слой. Как только первый слой застывает на платформе , платформа опускается немного глубже в резервуар со смолой , а прожектор засвечивает новое изображение , чтобы затвердел следующий слой.
Материал для печати : Жидкая смола
2.3. Технология MJM(Multi-Jet-Modeling)
Технология разработана и запатентована компанией 3D Systems.
В основе MJM - технологии 3D-печати, лежит послойное сечение СAD файла на горизонтальные слои, которые последовательно отправляются на 3D-принтер. Каждый слой формируется печатающей головкой, которая через группы сопел выпускает на горизонтальную движущуюся платформу или расплавленный(температура около 80 C) фотополимер или расплавленный воск. Фотополимер или воск расплавляются в системе подачи материала до того как попадают в печатающую головку. Если 3D-печать выполняется из фотополимера, то после печати каждого слоя, платформа, на которой выращен слой, отъезжает за печатающую головку под ультрафиолетовую лампу. Вспышка ультрафиолетовой лампы вызывает реакцию фотополимера, вследствие которой материал твердеет. После этого платформа отъезжает опять под печатающую головку и цикл формирования слоя повторяется. Печатающая головка образует новый слой. Особенностями технологии MJM является возможность воспроизводить 3D-модели с высокой точностью. В процессе 3D-печати используется материал поддержки: воск(поставляется отдельными картриджами). Если 3D-печать выполняется из фотополимера, то материал поддержки удаляется посредством высокой температуры: деталь с поддержкой помещается в печь с температурой ~60 C. Если 3D-печать выполняется из воска, то поддержка удаляется с помощью специального раствора.
Немаловажно и то, что в клей можно добавлять красящие вещества, а, следовательно, есть возможность получить не только объемную модель, но и разноцветную.
Материал для печати : Фотополимерная смола, акриловый пластик, литейный воск
2.4. Полиструйная технология(PolyJet, PJET)
Представлена в 2000 году компанией Objet , которая затем в 2012 году было приобретена компанией Stratasys.
Трехмерная печать PolyJet похожа на струйную печать документов, но вместо струйной подачи чернил на бумагу 3D-принтеры PolyJet выпускают струи жидкого фотополимера, который образует слои на модельном лотке и мгновенно фиксируется ультрафиолетовым излучением. Тонкие слои ложатся последовательно и образуют точную трехмерную модель или прототип. Модели готовы к использованию сразу по извлечении из 3D-принтера, не требуется никакая дополнительная фиксация. Помимо выбранного модельного материала, 3D-принтер также выпускает струи гелеобразного вспомогательного материала, предназначенного для поддержки выступов и сложных геометрических форм. Его легко удалить вручную или с помощью воды.
Технология трехмерной печати PolyJet обладает множеством преимуществ для быстрого прототипирования, быстро и точно образуя потрясающе тонкие детали и гладкие поверхности. Технология использует широкий ряд материалов, в том числе жесткие непрозрачные материалы сотен ярких цветов, прозрачные и цветные полупрозрачные тона, гибкие эластичные материалы и специализированные фотополимеры для 3D-печати в стоматологической и медицинской отраслях, а также в производстве товаров широкого потребления.
Материал для печати : Фотополимерная смола
- 3. Печать методом спекания и плавления материала
3.1. Селективное лазерное спекание(Selective Laser Sintering, SLS)
Метод SLS был изобретен Карлом Декартом (Carl Deckard) в 1986 г.
По данной технологии модели создаются из порошковых материалов за счет эффекта спекания при помощи энергии лазерного луча. В отличие от SLA-процесса , в данном случае лазерный луч является не источником света, а источником тепла. Попадая на тонкий слой порошка, лазерный луч спекает его частицы и формирует твердую массу, в соответствие с геометрией детали. В качестве материалов используются полиамид, полистирол, песок и порошки некоторых металлов. Существенным преимуществом SLS-процесса является отсутствие так называемых поддержек при построении модели. В процессах SLA и MJM при построении нависающих элементов детали используются специальные поддержки, предохраняющие свежепостроенные тонкие слои модели от обрушения. В SLS-процессе в таких поддержках нет необходимости, поскольку построение ведется в однородной массе порошка. После построения модель извлекается из массива порошка и очищается.
Ведущими производителями SLS-машин являются компании Concept Laser (Германия), 3D Systems(США) и EOS GmbH(Германия).
Материал для печати : Термопластик , металлический порошок , керамический порошок , стеклянный порошок
3.2. Прямое металлическое лазерное плавление (Direct Metal Selective Laser Melting, SLM)
Разновидность технологии SLS. Материалом выступают металлы и сплавы в виде порошка. Для печати доступны следующие металлы и сплавы: сталь , нержавеющая сталь , инструментальная сталь , алюминий , сплав кобальт-хром , титан.
Тонкие слои качественного порошка металла равномерно распределяются с использованием специального покрывающего механизма, платформа на которой расположен порошок при этом может опускаться по вертикали. Весь процесс происходит внутри камеры, которая поддерживает жесткий контроль атмосферных инертных газов таких, как аргон, азот, кислород на уровне ниже 500 частей на миллион. Затем каждый слой формируется путем избирательного воздействия лазеров на поверхность порошка с помощью двух высокочастотных сканеров X и Y осей. Процесс повторяется слой за слоем, пока деталь не будет завершена.
Материал для печати : Практически любой металлический сплав в виде гранулы/крошки/порошка
3.3. Э лектронно-лучевая плавка(Electron Beam Melting, EBM)
Эта технология была разработана компанией Arcam AB в Швеции.
Технология представляет собой изготовление деталей путем плавления мощным электронным пучком металлического порошка, наносимого слой за слоем, в вакууме. В отличие от некоторых методов спекания металла, части получаются без пустот, очень прочными.
Технология позволяет изготавливать детали любой геометрической формы с параметрами используемого материала. Машина EBM считывает данные из модели 3D, расположенной, как правило, в CAD файле, и последовательно формирует ее слой за слоем. Эти слои сплавляются вместе с использованием электронного пучка, управляемого компьютером. Таким образом он строит целые части. Процесс происходит в вакууме, что делает его подходящим для изготовления деталей из материалов, сильно подверженных влиянию кислорода, например, титана.
Важным преимуществом является то, что порошок представляет собой чистый конечный материал без каких бы то ни было наполнителей. Так что Вам не нужно подвергать напечатанную деталь дополнительной термической обработке.
EBM работает при температуре, находящейся обычно между 700 и 1000° С. Детали получаются готовыми практически сразу же после остывания.
Титановые сплавы, как уже отмечалось выше, без труда обрабатываются этой технологией, что делает ее подходящим выбором для рынка медицинских имплантатов.
Материал для печати : Сплавы титана
3.4. Выборочное тепловое спекание(Selective Heat Sintering)
Аналог селективного лазерного спекания (SLS), однако в данной технологии вместо высокоточного лазера используется направленное должным образом тепло. Специальная лампа закрывается маской , и таким образом появляется возможность выборочно воздействовать на исходный материал.
Для того, чтобы иметь возможность тепловым потоком, в данной технологии применяют специальные ультрафиолетовые лампы. Одним из основных преимуществ является то, что для данной длины волны ИК-излучения возможно подобрать 2 вида материала: один будет пропускать тепло, а другой будет отражать. Также одним из основных свойств ИК излучения является возможность подобрать такую длину волны, при которой конкретный материал будет поглощать или отражать все излучение.
Интересно отметить, что один слой толщиной 100 микрон(0,1мм) печатается всего за 1-2 секунды. Данная технология — это настоящий прорыв в скоростной печати. Важно подчеркнуть, что модель формируется из порошка, причем весь не использованный порошок можно использовать повторно.
Данная технология позволяет изготавливать модели самых сложных геометрических форм, а также позволяет печатать несколько деталей одновременно.
Материал для печати : Термопластичный порошок
3.5. Послойное распределение клеящего вещества по гипсовому порошку(Powder bed and inkjet head 3d printing, Plaster-based 3D printing, 3DP)
3DP - это специфическая аддитивная технология производства , основанная на использовании порошка и связующего материала. Данная технология запатентована в 1993 году Эли Sachs и Майком Cima из Массачусетского технологического института (MIT) и продана в 1995 году компании Z Corporation , которая , в свою очередь , была приобретена компанией 3D Systems в январе 2012 года.
3DP использует порошковый метод производства аналогичный SLS, но вместо спекания или плавления порошка используется связующее вещество(клей), которое вводится в порошок. Для этих целей используется печатающая головка аналогичная головке струйного 3D принтера.
Технология очень проста: есть слой порошка, по нему сверху проходит печатающая головка и избирательно(по форме сечения) наносит специальную связующую жидкость. Свежий слой порошка распространяется по всей поверхности модели, и процесс повторяется. Когда модель завершена, несвязанный порошок автоматически удаляется.
Материал для печати : Гипс, композит на основе гипса, гипсовый порошок
- 4. Изготовление объектов с использованием ламинирования(Laminated Object Manufacturing, LOM)
В этой технологии модель изготавливается из тонких слоев полимерной пленки. Предварительно каждый слой будущего изделия вырезается из рабочего материала лазером или механическим резаком. Готовые формы слоев размещаются в установленном порядке и склеиваются. Послойное соединение может происходить разными способами — при помощи местного нагрева , спрессовкой под давлением или обычным химическим склеиванием.
Материал для печати : Бумага, металлическая фольга, полиэтиленовая пленка
- 3D- печать от Mcor Technologies
Недавно появившаяся технология , которая позволяет печатать изделия из обычной бумаги формата А4. Резец из твердосплавной стали вырезает каждый слой будущей модели из листа бумаги. Затем слои проклеиваются обычным канцелярским клеем на водной основе. Такую технологию печати использует инновационный 3D-принтер MATRIX 3000.
Материал для печати : стандартная офисная бумага
- Контурное изготовление(Contour Crafting, CC)
Изобрел технологию профессор Бехрох Хошневис (Behrokh Khoshnevis) из университета Южной Калифорнии СС - это строительная технология и её используют не 3D-принтеры. Устройство для печати более похоже на козловой кран. Вместо многотонного крюка , у которого находится распыляющая бетонную смесь головка со встроенными пневматическими формирователями поверхностей. Мгновенно застывающий бетонный раствор слой за слоем наносится на основу дома. Стены , вместе с проемами , вентиляционными отверстиями , дымоходами в прямом смысле этого слова растут на глазах. На возведение полой « коробки» одного коттеджа площадью 100 метров квадратных уходит примерно восемь часов непрерывной работы.
Материал для печати : бетонная смесь
Технология DLP (Digital Light Processing, цифровая обработка светом) встала на службу 3D-печати относительно недавно, а до этого она имела множество приложений в самых разных областей науки, техники и производства.
DLP была изобретена в 80-х годах в недрах фирмы Texas Instruments , одного из мировых лидеров в сфере микроэлектроники. Суть технологии в получении такого светового потока, который при проецировании на некую поверхность даёт нужное изображение известного разрешения, в том числе в цвете. Интуиция подсказывает, что для этого необходимо собрать некую систему из зеркал и источников света. Вот только как?
Описание технологии 3D-печати Digital Light Processing (DLP)
В основе DLP-системы лежит специальное устройство размером с обычный компьютерный процессор - DMD-чип (Digital Micromirror Device, устройство из цифровых микрозеркал) . Это не просто кремниевый чип, как может показаться, глядя на рекламные брошюры, а очень сложная структура, которая относится как так называемому классу микроэлектронно-механических систем (MEMS - Micro-Electronic Mechanical System) . Этот чип вы найдете во многих потребительских устройствах, основанных на технологии DLP , например в проекторах и телевизорах. Помимо этого, DLP успешно применяется в измерительных и сенсорных устройствах, системах «умного» освещения и даже для получения световых потоков с управляемой длиной волны. В качестве источника света могут выступать как световые лампы (накаливая, люминисцентные или светодиодные), так и лазеры. Длина волны простирается от ультрафиолета до инфракрасного диапазона. На промышленном уровне DMD-чипы выпускаются с 1996 года.
Рассмотрим подробнее DMD-чип , который иногда также называют пространственным светомодулятором. Визуально он имеет плоское прямоугольное исполнение:
Поместив его под микроскоп, мы увидим матрицу из миллионов микрозеркал, каждое из которых имеет размеры порядка 10 микрон, что является десятой частью от толщины человеческого волоса.
Вот схематичное изображение DLP-ячейки Texas Instruments :
Каждое микрозеркало способно отражать как невидимый, так и видимый спектр света и отражает свет в одном из двух направлений. Направление определяется углом поворота зеркала. В чипах Texas Instruments этот угол принимает значения -12 либо +12 градусов. Само направление задается загрузкой бита «0» или «1» в ячейку памяти. Таким образом на каждую ячейку подается независимый поток битов с частотой в несколько килогерц, в результате чего мы имеем на одном из выходов полезное изображение, а на другом выходе обычно стоит светопоглотитель.
Линейка DMD-чипов обычно включает в себя стандартный ряд разрешений: WVGA (608×684), WXGA (912×1140), XGA (1024×768) и 1080p (1920×1080) . Для управление яркостью и цветом применяют различные вращающиеся светофильтры, частота вращения которых синхронизирована с битовым потоком, но непосредственно к 3D-печати это уже мало относится.
3D-печать на основе DLP относится к классу аддитивиных методов создания объектов и восходит корнями к технологии безмасочной литографии (Maskless Lithography) , с помощью которой выращивают печатные платы. Как известно, с каждым днем электронные устройства становятся более миниатюрными, и создавать под них печатные платы становится все сложнее, и тут безмасочная литография приходит на помощь. «Болванку» помещают в специальный раствор на глубину несколько микрон, после чего DLP-источник проецирует изображении в соответствии с нужной схемой дорожек и контактов. В тех точках, где раствор подвержен действию света, происходит формирование твердого слоя. Для сравнения, при технологии SLA (Stereolithography, стереолитография) лазер последовательно обходит заданное сечение, в то время как в DLP сечение образуется одновременно. Аналогичным образом выращивается трехмерный предмет в DLP-принтере , только в качестве раствора используется жидкий пластик, затвердевающий на свету.
