Технологии 3D-печати представляют собой особый метод создания физических объектов на основе цифровой модели. Существует множество разных типов 3D-принтеров, каждый из которых использует свою уникальную методику и материалы для печати. Одна из наиболее распространенных технологий 3D-печати — это наплавление материала слоями.

Одним из видов 3D-принтеров, работающих на основе технологии наплавления, является принтер с поддержкой техники SLM (Selective Laser Melting). В процессе печати металлов применяется лазерное действие на порошок металла, в результате чего образуется объект, состоящий из тонких слоев металла.

Еще одним вариантом 3D-принтера, работающего с помощью техники наплавления, является принтер с поддержкой техники EBF3 (Electron Beam Freeform Fabrication). В этом случае объект создается из металлического порошка при помощи электронного луча.

Напротив, лазерная технология печати использует действие точных лазерных пучков для формирования материала. Эта технология позволяет создавать высокоэффективные и металлические модели. Она заключается в особых действиях лазерных пучков на жидкий материал, который затем затвердевает.

Также существует технология DLP (Digital Light Processing), в которой используется светодиодный проектор для создания изображения на слое жидкого материала. Слои затвердевают под воздействием ультрафиолетовых лучей, а затем поддерживающая структура удаляется.

Особенность промышленных 3D-принтеров заключается в их способности работать с различными материалами, включая металлы, пластик и дерево. Сфера применения данных технологий широка и охватывает производство точных компонентов, насадок для турбин и кольца для двигателей. Помимо этого, такие принтеры могут применяться для создания моделей для дизайнерских проектов и восковых моделей для процесса отливки.

Таким образом, 3D-принтеры с разными технологиями 3D-печати предоставляют возможность производства высококачественных и точных объектов из различных материалов. Это дает возможность развивать новые отрасли производства и создавать уникальные изделия, которые ранее были недоступны.

Технологии 3D-печати: различные виды 3D-принтеров с EBM

EBM (Electron Beam Melting — плавление электронным лучом) — это метод селективного лазерного наплавления металлических изделий на основе порошковых материалов.

Данный метод является альтернативным использованию SLM-принтера и DLP-принтера.

1. EBM-принтеры

EBM-принтеры представляют собой тип 3D-принтеров, в которых для печати используется электронный луч, управляемый компьютером.

Электронный луч расшифровывается программой и направляется на рабочую платформу, где находится специальный порошок из металла.

При взаимодействии с электронным лучом порошок металла нагревается и превращается в твердую металлическую деталь.

EBM-принтеры используются для создания металлических изделий высокого качества. Они позволяют получать детали разной формы и сложности,

а также могут использоваться для производства оборудования для медицины, авиации, стоматологии и других отраслей.

2. Принцип работы EBM-принтеров

Печать на EBM-принтерах происходит путем слоистого сплавления металлического порошка.

Слои порошка создаются при помощи вращающегося лопастного аппарата и рабочего стола,

которые подают порошок на печатную платформу. Затем печатающий луч сканирует этот порошок,

нагревая его до температуры плавления и сваривая его.

Преимущества использования EBM-принтеров:

  • Высокая скорость печати: печать может происходить значительно быстрее по сравнению с другими методами.
  • Возможность использования широкого спектра материалов: EBM-принтеры позволяют работать с различными металлами и сплавами,
    такими как никель-кобальтовый хром, титан, инконель, алюминий и т.д.
  • Высокое качество изделий: благодаря использованию слоистой печати и точному контролю температуры,
    EBM-принтеры обеспечивают качественную и точную печать металлических изделий.

3. Направления применения EBM-принтеров

EBM-принтеры нашли применение в различных отраслях, таких как медицина, авиация, стоматология и промышленность:

  • Медицина: EBM-принтеры используются для создания сложных металлических деталей для имплантатов,
    протезов, зубных коронок и других медицинских изделий.
  • Авиация: благодаря возможности печати сложных и легких металлических деталей, EBM-принтеры
    применяются в производстве деталей для авиационных двигателей и оборудования.
  • Стоматология: с помощью EBM-принтеров можно создавать точные и качественные зубные коронки,
    имплантаты и другие стоматологические изделия.
  • Промышленность: EBM-принтеры используются для производства сложных металлических запчастей,
    инструментов, прототипов и других необходимых изделий в промышленности.

Весь процесс печати на EBM-принтере контролируется компьютером с помощью специализированного программного обеспечения.

Используемые материалы для печати представляют собой порошки различных металлов и сплавов,

которые после печати могут быть дополнительно обработаны (шлифовка, финишная обработка).

Высокоскоростные 3D-принтеры

Высокоскоростные 3D-принтеры представляют собой один из типов 3D-принтеров, которые позволяют достичь быстрой и эффективной печати объектов. В данном контексте рассмотрим несколько подходов, используемых при создании таких принтеров.

Лазерные 3D-принтеры с использованием порошка и лазерной сварки

  • Принцип работы: Для печати при использовании данной технологии используется порошок, который подвергается воздействию лазерного луча. Лазерная сварка приводит к склеиванию частиц порошка и формированию необходимой конструкции.

  • Плюсы:

    • Возможность быстрого и точного формирования объектов;
    • Получение сильных и прочных изделий;
    • Возможность использования широкого спектра материалов, включая металлы.

  • Минусы:

    • Высокая стоимость принтера;
    • Сложность в обработке и доработке готовых изделий;
    • Длительные сроки изготовления конкретной модели изделия.

Jetting 3D-принтеры с использованием фотополимерной смолы

  • Принцип работы: В данном случае используется фотополимерная смола, которая наносится на рабочую поверхность при помощи специальных матриц или головок печати. Затем слои смолы подвергаются действию УФ-лучей, что приводит к их затвердеванию.

  • Плюсы:

    • Быстрая печать объектов;
    • Высокая прочность получаемых изделий;
    • Возможность использования разнообразных материалов.

  • Минусы:

    • Высокий расходный материал;
    • Ограниченный выбор материалов для печати;
    • Требуется последующая обработка и отделка готовых изделий.

Классификация 3D-принтеров по скорости печати и используемым технологиям демонстрирует, что высокоскоростные 3D-принтеры могут быть полезны в различных отраслях, таких как стоматология, аэронавтика и другие. Большой выбор подходов к построению и возможность использования разных материалов позволяют подобрать наиболее подходящий вариант для конкретных задач.

Металлические 3D-принтеры

Металлические 3D-принтеры являются одним из самых последних достижений в области 3D-печати. Они используются для создания объектов из металлических материалов, таких как алюминий, нержавеющая сталь и титан.

Принцип работы металлических 3D-принтеров

Основная технология, используемая в металлических 3D-принтерах, называется DMLS (Direct Metal Laser Sintering) или SLM (Selective Laser Melting). В этом методе металлический порошок нагревается лазером до температуры, достаточной для спекания слоев порошка вместе.

Головка 3D-принтера перемещается по направлениям X, Y и Z. Лазерные излучатели предоставляют энергию для спекания материала в определенных точках слоя. Каждый слой, состоящий из множества точек, создает 3D-модель объекта. Толщина слоев примерно от 9 до 150 микрон в зависимости от требуемой детализации и производительности 3D-принтера.

Преимущества металлических 3D-принтеров

  • Высокая производительность: Металлические 3D-принтеры могут создавать сложные детали из металла с высокой точностью и повторяемостью;
  • Широкий выбор материалов: Металлические 3D-принтеры могут использовать различные металлические материалы в своей работе, включая цветные и engineered материалы;
  • Высокая детализация: Благодаря использованию тонких слоев и точной направленности лазерного излучения, металлические 3D-принтеры могут создавать объекты с высокой поверхностной детализацией и точностью;
  • Коммерческий потенциал: Металлические 3D-принтеры находят применение во многих отраслях, включая авиацию, медицину и производство компонентов, что делает их коммерчески привлекательными.

Примеры металлических 3D-принтеров

Один из самых известных металлических 3D-принтеров — это MELD, который использует метод спекания металлического порошка с помощью энергии. Еще одним примером является метод фотополимерного спекания, который используется в 3D-принтерах, работающих с фотополимерами.

Кстати, для легкости восприятия можно отметить, что металлические 3D-принтеры работают аналогично тому, как фотополимерные 3D-принтеры создают объекты, но вместо использования фотополимеров они используют металлические материалы.

Керамические 3D-принтеры

Керамические 3D-принтеры — это особый тип 3D-принтеров, которые способны создавать изделия из керамики. Эта технология находит применение в различных отраслях, таких как медицина, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и т.д. Керамические 3D-принтеры используются для изготовления разнообразных деталей и изделий, от прототипов до готовых продуктов.

Технологии керамической 3D-печати

На сегодняшний день существует несколько технологий керамической 3D-печати:

  • Экструзионная технология: в этом способе керамическая нить подается на печатную платформу через сопло, а затем перемещается вдоль осей X, Y и Z для создания изделий.
  • MJM-принтеры: такие принтеры используют термопластичные полимеры для создания изделий. С помощью сварки полимера создается трехмерная модель, которая затем подвергается полировке и окрашиванию.
  • Технология селективного лазерного спекания: при этом методе керамическая порошковая смесь наносится слоями на печатную платформу, а затем с помощью лазера каждый слой спекается.
  • Лазерное наплавление металлических порошков: этот способ позволяет создавать металлические изделия с использованием лазерного наплавления порошков. При этом слои порошка спекаются с помощью лазера, чтобы создать конкретную форму.
  • Лопатки: это специальная технология, используемая в авиационной и энергетической отраслях. С помощью этой технологии можно создавать лопатки для газотурбинных двигателей и другие подобные детали.

Преимущества керамических 3D-принтеров

Керамические 3D-принтеры имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными способами производства керамических изделий:

  • Возможность создавать сложные геометрические формы, которые трудно или невозможно изготовить другими способами.
  • Более быстрое производство: керамические 3D-принтеры позволяют изготавливать детали в значительно более короткие сроки.
  • Экономия материалов: благодаря точному контролю нанесения материала можно существенно сократить расход керамики.
  • Возможность изготавливать индивидуальные детали по заказу.
  • Улучшение качества конечных изделий: керамические 3D-принтеры обеспечивают высокую точность и качество исполнения.

Таким образом, керамические 3D-принтеры являются эффективным и инновационным способом создания керамических изделий различного назначения.

Органические 3D-принтеры

Органические 3D-принтеры предоставляют возможность создания живых моделей, используя различные технологии 3D-печати. Несмотря на то, что они не нашли широкого применения в повседневной жизни, эти принтеры представляют собой инновационное решение для различных областей, требующих решения задач в области биологии и медицины.

Стереолитография (SLA)

Один из самых распространенных методов органической 3D-печати — стереолитография (SLA). В данном случае, процесс создания изделия основан на использовании жидких фотополимеров, которые отверждаются под воздействием лазерного засвечивания.

Достоинства стереолитографии:

  • Высокая точность и детализация моделей;
  • Возможность изготовления изделий сложной геометрии;
  • Возможность использования различных материалов, таких как смолы, металлы и другие;
  • Быстрое время изготовления изделия.

Недостатки стереолитографии:

  • Высокая стоимость принтеров и материалов;
  • Требуется обработка изделия после печати;
  • Ограничения по возможности печати в зависимости от толщины слоя.

Метод мультиматериалов (MJM)

Методом мультиматериалов (MJM) добиться возможности печати в пространстве с использованием различных материалов было непросто. Данный метод основан на нанесении материала через насадки и наплавление их с помощью подачи высокой температуры или трением с помощью двигателя. Метод MJM также известен под названием «полимерный лазерный принтер» или «3D-принтер восковых моделей».

Достоинства метода мультиматериалов:

  • Возможность создания изделий из нескольких материалов;
  • Высокая точность печати;
  • Возможность создания сложных геометрий изделий.

Недостатки метода мультиматериалов:

  • Сложности в настройке и поддержке принтера;
  • Высокая стоимость материалов и принтеров.

Electronic Beam Freeform Fabrication (EBF3)

EBF3-принтеры используют принцип наплавления металлов с использованием лазерного луча, что позволяет создать изделия из металлов с высокой скоростью и точностью. Основным преимуществом EBF3-принтера является возможность создания деталей различных форм и сложности.

Достоинства EBF3-принтера:

  • Возможность создания изделий из металла;
  • Высокая точность и детализация изделий;
  • Быстрое время изготовления изделия.

Недостатки EBF3-принтера:

  • Высокая стоимость принтеров и материалов;
  • Требуется тщательная обработка изделия после печати;
  • Сложности в настройке и использовании принтера.

Жидкостные 3D-принтеры

Жидкостные 3D-принтеры являются одним из типов аддитивных устройств, используемых для создания трехмерных моделей. В основе работы жидкостных 3D-принтеров лежит технология наплавления материала.

Принцип работы

Процесс 3D-печати на жидкостных принтерах основан на принципе воска и сплавлении материала. Вначале на рабочую платформу наносится тонкий слой фотополимерной смолы. Затем специальное устройство, называемое световой проекционной системой, освещает слой светом определенной длины волны, заставляя смолу затвердевать, или полимеризоваться, в нужных местах. Таким образом, постепенно формируется трехмерная модель.

Преимущества и применение

  • Жидкостные 3D-принтеры позволяют получать модели с высокой точностью и детализацией.
  • С их помощью можно создавать сложные геометрические формы и мелкие детали.
  • Технология 3D-печати на жидкостных принтерах наиболее подходит для прототипирования и создания малосерийных деталей.

Материалы и технологические особенности

В основном, на жидкостных 3D-принтерах используются фотополимерные материалы, которые полимеризуются под воздействием света. Данные материалы делают модели прочными и устойчивыми к механическим воздействиям. Однако, несмотря на это, они менее прочные, чем материалы, применяемые в других технологиях 3D-печати.

Сроки печати на жидкостных 3D-принтерах зависят от размеров и сложности модели, а также от выбранных настроек печати. Обычно, печатная модель получается за примерно несколько часов.

Примеры жидкостных 3D-принтеров

Один из примеров жидкостных 3D-принтеров — это принтеры на основе технологии стереолитографии. Они используют специальную жидкую смесь (фотополимер), которая затвердевает под воздействием света. Еще одним примером является технология электронно-лучевой плавки (EBM). В этом случае, сплавление происходит путем направления электронного луча на металлический порошок, что позволяет получать детали из стальных сплавов.

Жидкостные 3D-принтеры пригодны для использования как в промышленности, так и дома. Важно подчеркнуть, что использование 3D-принтеров с различными технологиями позволяет добиться оптимального соотношения качества и стоимости изделий.

Видео:

3D печать – Обзор технологий 3D печати в 2022 году