Загрузка...
Энциклопедия Технологий и Методик

оооооооооооооооооооооооо

Загрузка...
Энциклопедия Технологий и Методик
 
Технологии для Домашнего компьютера
 

3D печать – что это такое, и какие технологии 3d-печати существуют

Многие из нас слышали о таком явлении как 3D печать. Но не многие действительно понимают, что это действительно такое. Связано это с тем, что такое достаточно инновационное направление, использует множество различных способов для достижения конечного результата - физического воплощения объемного прототипа модели.

Обратимся к Википедии: 3D-печать или прототипирование — это технология, которая позволяет послойно создавать физические объекты на основе цифровой 3D-модели.

Соответственно, 3D-принтер — устройство, которое использует метод послойного создания объекта по компьютерной 3D-модели.

3D печать возможна с использованием необходимого оборудования и программного обеспечения. Но об этом чуть позже. Для начала остановимся на общих принципах изготовления деталей в производстве цельных (монолитных) частей.

Все изделия, которые подпадают под данную категорию (не имеющие сочленений и не склеенные) создаются путем:

- создания (отливки, прессования) детали из сыпучих или жидких материалов. Это требует изначально создать затратную форму для литья объекта (клише). Данный способ подходит для создания серийных объектов. Затраты на производство маленьких партий таким способом будут довольно высокими;

или путем:

- вырезки (выпиливания) детали из куска заранее подготовленного материала. Этот способ используется для производства предметов, стоимость материала которых не критична, или отходы которых в дальнейшем можно подвергнуть переработке (дерево, металл). Отрицательной стороной здесь может быть усиленный износ режущего инструмента, и большие затраты на электроэнергию.

На практике процесс обработки усложняется еще и тем, что невозможно точно обработать внутреннюю структуру объекта. Она остается недосягаемой для режущего инструмента или просто заливается сплошным слоем при отливке.

Чтобы решить эту проблему прибегают к различным хитростям: создают объект из двух частей, вспенивают материал перед созданием объекта (тот же газо/пеноблок). Но эти способы не дают хирургической точности внутренней структуры и только усложняют процесс производства детали.

Различные способы заполнения объекта при 3D печати.

Иное дело 3D печать! Во время нее, объект создается очень качественно. Точность современных домашних принтеров уже достигла 0,1 мм, а опытные разработки позволят достичь позиционирования в 0,01 мм!

3D объект в разрезе.

- Скорость работы. Разработка прототипа в программе 3D-моделирования, и воплощение задумки в материале происходят за считанные часы, а то и минуты.

- Малая материалоемкость и низкая отходность позволяют не тратить лишний материал. За исключением поддерживающих структур под нависающими поверхностями.

- Изготовление продукции различными партиями, от одного до нескольких тысяч, без принципиального изменения себестоимости одного образца.

- Идеальная внутренняя структура. Возможность создать объект больших размеров, который при этом будет иметь минимальный вес, и строится за считанные минуты. Принтер создаст внутри вашего объекта геометрически прочную структуру заполненную воздухом. Это просто мечта для авиамоделистов!

Теперь вы можете изменить вес Вашего объекта одним кликом мышки. Вам нет нужды что-то высчитывать самим. Современное ПО для 3D принтеров сделает все за Вас. Так же, правильная внутренняя структура позволяет создавать гибкие объекты, ударопрочные объекты и многое другое.

Технология 3D печати имеет и массу других преимуществ:

- отходы легко подвергаются переработке, что позволяет вновь пускать их в производство,

- большое разнообразие материалов которое уже сейчас насчитывает десятки видов пластика, полимеров и композитных материалов,

- долговечное и удобное хранение материалов не требующее особых условий,

- низкая себестоимость за счет исключения человеческого труда,

- автономность процесса создания 3D объекта не требующая постоянного присутствия человека,

и многое другое.

Итак, перейдем к описанию видов технологии и различию между ними.

Из той же Википедии можно узнать, что основных видов трехмерной печати объекта только две: лазерная и струйная. Каждая из этих технологий, в свою очередь подразделяется еще на несколько подвидов, имеющих подчас довольно кардинальные отличия друг от друга. Некоторые из них не получили широкого распространения, и до сих пор являются достаточно специфичными, и имеющими довольно узкое применение.

В данной статье мы рассмотрим только те технологии, которые нашли применение в портативных и не дорогих устройствах для 3D печати в настоящее время или в скором времени займут прочное положение на рынке недорогих домашних решений.

Этими технологиями являются: SLA, SLS, FDM.

1) SLA (Laser Stereolithography) - или лазерная стереолитография. Это одна из самых первых технологий трехмерного прототипирования которая увидела свет в 1986 году и была запатентована компанией 3D Systems Inc

При данной технологии объект формируется лучом лазера на тонком слое специального жидкого фотополимера, который моментально затвердевает под его воздействием. далее объект смещается на толщину нового слоя (вверх или вниз в зависимости от конструкции аппарата), и над старым слоем формируется новый, который намертво с ним сцепляется.

Таким образом объект как бы выращивается, на медленно двигающейся подложке, и на основании которой и был сформирован первый слой.

2) SLS (Selective Laser Sintering) - технология по своей сути очень близкая к SLA и отличающаяся от нее тем, что вместо жидкости в качестве фотополимера выступает измельченный порошок, который по тому же принципу твердеет под лучом лазера, формируя слой за слоем в объеме будущей детали.

Каждый новый слой порошка формируется механическим приспособлением (валиком), которое равномерно распределяет его по поверхности перед включением лазера.

3) FDM (Fused Deposition Modeling) - технология, основанная на наплавлении разогретого материала по контуру слоя будущего объекта, при помощи подачи его через специальное тонкое формовочное сопло. После формирования одного слоя платформа опускается на его толщину, подобно тому как это происходит по технологии SLA, и головка с соплом (экструдер) начинает формировать следующий слой. Т.е. здесь можно также сказать о том, что деталь "вырастает" на передвижной платформе.

Каждый из трех рассмотренный способов 3D печати, имеет свои достоинства и недостатки, в той или иной мере отраженные в их распространении на рынке бюджетных устройств и также их стоимости.

Давайте проведем более детальный разбор трех основных технологий печати, (а именно SLA, SLS, FDM) и приведены примеры действующих и успешно продающихся устройств работающих по данным принципам.

SLA (Laser Stereolithography)

Технология трехмерной печати с использованием сырья в виде жидкого фотополимера, который затвердевает под воздействием светового излучения лазера, образуя твердую поверхность в точке проекции лазера.

Основные плюсы:

- отличная точность позиционирования, гладкость поверхности;

- изготовление моделей любой сложности (тонкостенные и мелкие детали);

- довольно высокая, по сравнению с другими технологиями, скорость создания объекта;

- отсутствие технологических проблем с печатью (перегрев, расслаивание, обрушение под весом, сбой маршрута головки, плохое прилипание, отклеивание углов).

Недостатки:

- невысокая физическая прочность изготовленных объектов;

- ограничения в выборе материалов (возможность задействовать только специальные типы фотополимеров);

- необходимость в ультрафиолетовой засветке объекта после печати, для окончательного затвердевания.

Самым главным минусом такого способа, является стоимость оборудования основанного на данной технологии. На сегодняшний день она колеблется в районе нескольких десятков тысяч долларов, и даже может превышать 100 тыс.$ за один аппарат подобного рода.

Исключением из этого правила высокой стоимости за лучшее качество, стала новинка от компании FORMLABS под названием The Form-1.

Заявленный компанией производителем как недорогой домашний принтер, он имеет ориентировочную стоимость около 3000 долл., что конечно гораздо меньше аналогичных устройств, но окончательная цена на него до сих пор не известна, т.к. производитель еще не начал его отгрузку покупателям.

Все дело в том, что при проектировании и производстве данного принтера, были нарушены множественные патентные права компаний, первоначально занимающихся разработкой подобного оборудования для стереолитографии.

Речь в частности идет и о упоминавшейся ранее 3D System Inc., которая предъявила исковые требования к молодой фирме.

Неизвестно чем все это закончится, но пока можно лишь надеяться на удачное завершение всей истории и появлении The Form-1 в продаже.

К слову сказать, патент на технологию стереолитографии, принадлежащий 3D System Inc., действителен до 2018 года, поэтому ранее этого времени, появление бюджетных устройств подобного рода, будет ограничено сложностями в виде попадания в такие истории производителей.

SLS (Selective Laser Sintering)

Этот метод похож на предыдущий, за исключением того что вместо жидкого фотополимера используется измельченный порошок который спекается лазером в точке контакта и наращивает тем самым структуру изготавливаемого объекта.

К достоинствам данного метода необходимо отнести прежде всего:

- возможность осуществлять печать объектов без использования поддерживающих структур, под нависающими поверхностями. В данном случае сам порошок служит поддержкой и не дает модели разрушится пока она окончательно не сформирована;

- разнообразие различных материалов которые можно применять для печати;

- высокая прочность изделий, которая может быть достигнута использованием соответствующего материла (на сегодняшний день в качестве сырья доступны нейлон, стекло, пластик, керамика, различные металлы);

К недостаткам данной технологии относятся:

- "грязь" при производстве: порошок летуч и при неосторожном обращении поднимается в воздух, засоряя окружающее пространство и попадая в легкие человека;

- сложность последующей обработки (обжига) после печати, в специальной печи для окончательного спекания порошка;

- усадка детали после обжига достигающая порой значений 30% (а в среднем 8-10%) от исходного объема, что накладывает ограничения на допуски точности, и требует последующей механической обработки для приведения к требуемым значениям качества;

- сложность и громоздкость оборудования, используемого в основном при промышленном производстве;

- цена принтера, такая же высокая как и в предыдущем рассмотренном случае, при методе печати с использованием фотополимеров.

Привести пример бюджетного устройства работающего по технологи SLS достаточно сложно, т.к. на данный момент она также защищена патентами, срок действия которых, кстати истекает в 2014 году.

Ожидается, что основной бум появления устройств, использующих данный принцип печати, предстоит уже в самое ближайшее время.

Например уже сейчас в Нидерландах, разрабатывается оупен-сорс проект бюджетного порошкового принтера Pwdr Model 0.1

имеющего вполне достойные характеристики для такого рода устройства и невысокую планируемую цену.

Принтер имеет простую конструкцию и построен из стандартных доступных комплектующих. Собрать его можно и самостоятельно, при определенном умении. Все чертежи и инструкции по сборке находятся в открытом доступе.

Так что поле для будущих инноваций достаточно обширно и можно надеяться, что ближайшем будущем мы увидим достойных представителей этого семейства, которые по самым предварительным прикидкам способны будут заменить такие тех.процессы как литье, штампование, и обработку небольших деталей на различных режущих станках.

FDM (Fused Deposition Modeling)

Технология послойного наплавления пластика, который непрерывно подается на контур будущей детали через тонкое формовочное сопло.

Достоинства данного метода:

- недорогое и широко распространенное сырье для печати (полимеры и пластик);

- простая в изготовлении и ремонте механическая часть устройства;

- возможность использования обширной палитры цветов для печати;

- невысокая стоимость печати.

Недостатки данного метода:

- растекание пластика из-за нагрева за границы печатаемой области;

- ограничение применения других материалов кроме тех, что можно расплавить и продавить;

- чувствительность к перепадам температур во время процесса печати.

Можно конечно сказать, что все это детские болезни из-за несовершенства технологии которая все время оттачивается множеством инженеров-конструкторов по всему миру.

 

 

Составитель. Патлах В.В.
http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2014 гг.

Loading...

 

оооооооооооооооооооооооо

Загрузка...