Kas yra 3D Spausdinimas?

3D Spausdinimas pic13D spausdinimo pasaulis – persipynęs technologijų, medžiagų, naujų procesų ir galimybių tinklas, todėl susigaudyti 3D spausdinimo sistemoje gali būti sudėtinga. 3D spausdinimas nereiškia vienos gamybos rūšies arba technologinio proceso, todėl, norint jį gerai suprasti, reikia giliau pažvelgti į visas naudojamas 3D spausdinimo sistemas. Nors nėra paprasta glaustame straipsnyje apžvelgti daugiau kaip 30 metų gamybos procesų pažangos, mes priėmėme šį iššūkį, kadangi norime padėti Jums priimti pagrįstus ir motyvuotus sprendimus, kaip, kur ir kada savo veiklos operacijose ar net kasdieniame gyvenime, pasinaudoti 3D spausdinimu.

Gauti Pasiūlymą

3D Spausdinimas – Apibrėžimas

3D spausdinimas reiškia bet kokį gamybos procesą, kurio metu pagal CAD duomenis adityviai po sluoksnį statomos arba formuojamos 3D dalys. Ši technologija yra labai svarbi, kadangi ji suteikia galimybę gaminti tiesiogiai – tai reiškia, kad Jūsų projektas per kompiuterį ir spausdintuvą tiesiogiai tampa fiziniu produktu. Pasiaiškinkime išsamiau.

3D spausdinimas prasideda nuo skaitmeninio failo, sukuriamo su kompiuterizuoto projektavimo programa (CAD). Užbaigtas projektas yra eksportuojamas standartiniu teseliacijos failu (STL); tai reiškia, kad failas konvertuojamas į trikampius paviršius ir viršūnes. Tada STL failą reikia supjaustyti į šimtus, o kartais ir tūkstančius, 2D sluoksnių (1 pav.). Toliau 3D spausdintuvas nuskaito 2D sluoksnius kaip statybinius blokus, kuriuos sluoksniais išdėsto vieną virš kito, taip sudarydamas trimatį objektą. Visi projekto failai, nepriklausomai nuo 3D spausdinimo technologijos, prieš spausdinimą yra supjaustomi į sluoksnius. Sluoksnio storis – sluoksniuoto projekto kiekvieno sluoksnio storis – iš dalies priklauso nuo technologijos, iš dalies nuo medžiagos, o iš dalies – nuo pageidaujamos raiškos ir Jūsų projekto termino. Storesni sluoksniai reiškia greitesnę gamybą, plonesni sluoksniai reiškia smulkesnę raišką, mažiau matomas sluoksnių linijas ir mažesnį apdorojimo atspausdinus darbų intensyvumą (2 pav.). Susluoksniavus detalę nustatoma jos gamybos orientacijos kryptis.

3D spausdinimas - sluoksniai 3D spausdinimas - sluoksnių linijos

Orientacija

Orientacija reiškia, kaip ir kuria kryptimi dalis yra padedama ant 3D spausdinimo platformos. Pavyzdžiui, dalis gali būti orientuota kampu, padėta plokščiai arba pastatyta vertikaliai. Panašiai, kaip ir apdorojant CNC staklėmis, orientacijos kryptis turi įtakos 3D spausdinimo būdu gautos detalės paviršiui ir detalumui. Kadangi 3D spausdinimo būdu vienu metu gaminama po vieną 2D sluoksnį, atskiros linijos ant dalies paviršiaus atrodo kaip briauniniai paviršiai. Sluoksnių linijos ant paviršių paprastai labiau matomos apatinėje detalės pusėje. Kai kurios orientacijos kryptys labiau tinka lenktiems arba kvadratiniams detalių elementams, o spausdinant smulkius detalių elementus reikia ypač atsižvelgti į detalės orientacijos kryptį. Spausdinant technologijomis, kuriose medžiaga labiau linkusi persisukti (arba deformuotis), spausdinant didelius plokščius paviršius reikia atsižvelgti į orientacijos kryptį. Būtina atsižvelgti į šiuos veiksnius, kadangi dalies orientacija lemia, kuriose vietose bus pridėta arba reikės pridėti atramų. Atramos yra labai svarbus veiksnys spausdinant 3D būdu, nes jos gali turėti įtakos medžiagos apdailai ir 3D spausdinimo būdu pagamintos detalės tikslumui.

3d-printing-support-structure

Atramos

Daugelyje 3D spausdinimo procesų atraminės konstrukcijos veikia kaip „pastoliai“ tiems detalių elementams, kurių negalima atspausdinti tiesiog ore, pavyzdžiui, užlaidoms, išpjovoms, skylėms, angoms ir t. t. Kuriose vietose reikės atramų, labai priklauso nuo medžiagos, gamybos proceso (3D spausdinimo technologijos), detalės raiškos (sluoksnio storio) ir kitų veiksnių. Atraminės konstrukcijos paprastai gaminamos iš tokios pačios arba panašios medžiagos, kaip ir galutinė dalis, o modeliui sukietėjus yra pašalinamos. Apžvelgę atskirus 3D spausdinimo procesus pasiaiškinsime išsamiau, kodėl technologijoms reikia atramų, o kur jų nereikia.

Trumpai Apie 3D Spausdinimą

Prisiminkime: 3D spausdinimo eigoje, nepriklausomai nuo pasirinkto proceso, 3D CAD failas supjaustomas į 2D sluoksnius ir adityviuoju būdu po vieną 2D sluoksnį auginamas gaminys. 3D spausdinimas yra itin svarbus, kadangi pakeičia gamybos supratimą.

Kitame skyriuje apžvelgiame, kodėl 3D spausdinimas yra laikomas situaciją gamyboje iš esmės keičiančiu sprendimu, kaip 3D spausdinimas pakeitė prototipų kūrimą, gamybos kainą, įgyvendinimo trukmę ir projektavimo laisvę.

Kodėl 3D Spausdinimas (vis dar) yra Situaciją Iš Esmės Keičiantis Sprendimas

3D spausdinimas revoliucingai keičia požiūrį į gamybą per tris pagrindinius privalumus: trumpesnę įgyvendinimo trukmę, projektavimo laisvę ir mažesnę kainą.

Įgyvendinimo Trukmė

Šiandienėje užsakomųjų paslaugų sistemoje, kurią gali simbolizuoti „Netflix“ ir „Amazon“ (kur net iš „Starbucks“ galima užsisakyti internetu), gali būti kiek sunku deramai įvertinti, kaip gamyba atrodė iki 3D spaudos. Tai, kaip prototipai buvo kuriami pastaruosius tris dešimtmečius, netgi gali pasirodyti prabanga, palyginti su prototipų kūrimu iki 3D spausdinimo. Šiandien, pasinaudojant tokiomis 3D spausdinimo platformomis kaip „PolyJet“ arba stereolitografija, yra įmanoma už prieinamą kainą 3D spausdinimo būdu pagaminti ankstyvo etapo dizainą ir per naktį jį atspausdinti iš naujo. Daugybė 3D spausdinimo technologijų, pavyzdžiui, lazerinis sulydymas, lydžiosios masės formavimas arba tiesioginis lazerinis metalų sulydymas, suteikia galimybę 3D spausdinimo būdu atspausdinti galutinį produktą vos per vieną ar dvi dienas. Tačiau, kol atsirado šie greito prototipų kūrimo ir produktų gamybos procesai, idėjos perkėlimas į fizinį pasaulį buvo daug pastangų ir lėšų reikalaujantis procesas, dažnai nebuvo nei vietos, nei laiko greitai perkurti prototipus arba atlikti daug dizaino pakoregavimų. Panagrinėkime gan dažnai pasitaikantį pavyzdį.

Sugrįžkime į 1985 metus. Jūs esate projektavimo inžinierius, kuriantis naują produktą. Tai svajonių projektas ir Jūs jau turite dizaino idėją. Nuo ko pradėti? Pirmiausia einate į braižybos skyrių (seniausia kompiuterizuoto projektavimo sistema (CAD) „AutoCAD“ sukurta dar vos prieš dvejus metus, o tai dar per mažai laiko Jūsų įmonei visiškai ją įsisavinti). Projektą sukuriate braižydami rankomis ir atidžiai matuodami liniuote ir pieštuku. Užbaigę projektą, kreipiatės į savo įmonės modeliavimo cechą arba kitą modeliavimo įmonę. Dirbtuvėse modelį galima pagaminti rankiniu būdu – varginančiu rankų darbu ir gamybos priemonėmis pridedant reikiamų elementų ir detalių – arba dirbtuvėse galima pagaminti prototipo kūrimo įrankį ir išlieti plastikinę arba metalinę dalį, o tai Jūsų projektą pratęstų dar 2–4 savaitėms.

Jūs pasirenkate apdorojimą CNC staklėmis. Staklių braižytojas padeda Jūsų projektą paversti instrukcijomis, pagal kurias staklių operatorius galėtų pagaminti Jūsų suprojektuotą detalę, todėl Jūsų projektas rankiniu būdu paverčiamas ilga programa (dar vadinama RS-274 arba tiesiog „g kodu“), kurią staklės nuskaitys ir įvykdys kodą po vieną eilutę. Projektas dar pakoreguojamas atsižvelgiant į tai, ką galima ir ko negalima pagaminti per Jūsų turimą laiko terminą ir dėl gamybos proceso apribojimų. Dabar jau praėjo daugiau kaip mėnuo, o Jūsų projektas dar tėra ankstyvajame gamybos etape.

Greitai nusikelkime į 2005 metus. Jums pasitaikė proga pasiūlyti naują produktą. Tai svajonių projektas, Jau kelerius metus apytiksliai įsivaizduojate dizaino idėją. Prieš pereidami prie 3D CAD projektavimo, nubraižote apytikslį eskizą, tada paprastai numatote matmenis ir nubraižote dizainą 3D programa (juk Jūs CAD modeliavimo profesionalas!). Užbaigiate projektą su savo projekto vadovu, įkeliate savo 3D CAD failą į „ACATIA“ sistemą ir pasirenkate „PolyJet“ prototipo gamybą. Užbaigtą fizinį modelį parodote savo komandai. Jie iš karto atkreipia dėmesį į trūkumą – na, niekas nėra tobulas – ir Jūs sugrįžtate prie 3D projektavimo. Dar keli prototipai ir Jūs su savo komanda pasiekėte tikslą – modelis tobulas. Jūs užsakote naują spaudinį – tik šįkart jis turi būti funkcionuojantis ir kosmetiškai apdorotas. Jūsų patikimas 3D spausdinimo partneris „ACATIA“, atspausdina Jūsų detalę lydžiosios masės formavimo būdu, rankomis jį nušlifuoja ir išsiunčia Jums, ir viskam pakanka kelių darbo dienų. Prototipą pradėjote kurti vos prieš keturias savaites. Jūs užtrukote maždaug vieną mėnesį, kad galėtumėte pristatyti savo įgyvendintą idėją.

Štai tokį skirtumą padarė 3D spausdinimas – nuo savaičių iki dienų. Nuo „ne, mes negalime to padaryti“ iki „taip, mes galime tai pagaminti“. O šiandien 3D spausdinimas jau nėra skirtas vien prototipams ir modeliams. 3D spausdinimas naudojamas:

  • Kurti prototipus;
  • Gaminti didelius pramoginius modelius, naudojamus viskam – nuo filmų iki darbuotojų naujų metodų mokymų;
  • Gaminti nedideles produktų partijas ir įrankius;
  • Gaminti detales aviacijos ir kosmoso pramonei;
  • Kurti medicininės įrangos sprendimus;
  • Ir dar daug kam.

Svarbu žinoti, kokia technologija tinkamiausia konkrečiu atveju, ir kada verčiau rinktis vieną, o ne kitą. Tačiau įgyvendinimo trukmė tėra tik viena detalė visoje 3D spausdinimo sprendimo dėlionėje. Ko gero didžiausių pokyčių atnešęs 3D spausdinimo privalumas yra jam būdinga projektavimo laisvė.

Projektavimo Laisvė

Tradiciškai, galutinis dizainerių ir inžinierių darbas labai priklausė nuo gamybos proceso. Įprastiniai gamybos procesai, tokie kaip apdorojimas CNC staklėmis, pasižymi griežtais apribojimais surinkimo taisyklėmis, gamybos technologiškumui ir apskritai įvykdomumui. Nesilaikant šių įprastinių gamybos procesų projektavimo praktikos iš karto padidėja kaštai ir darbo sąnaudos. Tačiau, laikantis praeities projektavimo taisyklių, neišvengiamas inovacijų augimo sulėtėjimas. Adityvioji gamyba, arba 3D spausdinimas, dizaineriams ir inžinieriams atvėrė anksčiau neįsivaizduotas galimybes, kadangi jam negalioja tie patys projektavimo ir gamybos apribojimai, kaip tradicinei gamybai. 3D spausdinimo būdu galima be problemų įgyvendinti laisvų, organiškų ir sudėtingų pavidalų projektus, išlaikant jų tvirtumą tokiais metodais, kokie neįmanomi jokiais kitais gamybos būdais.

Toliau pateiktuose paveikslėliuose mes išdėstėme keletą gražiai sudėtingų konstrukcijų, pagamintų 3D spausdinimo būdu, vadinamu lazeriniu sulydymu. Šie 3D spaudiniai yra sudėtingi, tačiau juos galima atspausdinti kaip vieną daiktą. Tokias dalis pagaminti staklėmis būtų arba labai brangu, arba apskirtai neįmanoma. Tam tikro dizaino detales galima pagaminti tik 3D spausdinimo būdu, be 3D spausdinimo tai būtų tiesiog neįmanoma.

3D spausdinimas - sls pic 3D spausdinimas - sla pic 3D spausdinimas - fdm pic

3D spaudinių projektavimo laisvės sąnaudos yra laikomos nulinėmis, kadangi taikomas sluoksniavimo procesas. Gaminant detalę, projekto elementai yra vientisai integruojami kiekviename skerspjūvyje, todėl nereikia apdorojimo įrankiais, darbui imlaus surinkimo, sutrumpėja įgyvendinimo trukmė ir detalių skaičius, todėl sutaupoma kaštų.

Kaštai

3D spausdinimas sumažina gamybos kaštus per daugybę privalumų, kuriuos galima apibendrinti trimis pagrindiniais privalumais: nereikia gaminti gamybos priemonių, nesudėtingas kainos apskaičiavimas, mažesnės darbo sąnaudos. Dėl šių trijų privalumų sutrumpėja įgyvendinimo trukmė, o tai yra automatiškai susiję su kaštų sutaupymu. Toliau aprašėme šiuos tris kaštus mažinančius privalumus, ir kaip jie pasiekiami 3D spausdinimo būdu.

  1. Nereikia gaminti gamybos priemonių: įvairiais procesais reikia pasigaminti gamybos priemones – nuo preciziško liejimo pagal išlydomą vaškinį modelį iki liejimui slegiant reikalingų plieninių liejimo formų. Liejimo formomis dažniausiai pagaminama Jūsų projekto A ir B dalis. Projektuojant liejimo formas reikia atsižvelgti į tokias projekto ypatybes, kaip atkabinimo taškai, kad išlietą detalę būtų galima išimti iš liejimo formos; skyles ir kampus, kuriuos gali būti sunku pagaminti, atsižvelgiant į tai, kad detalės viduje negali būti atskirų elementų, nesiliečiančių su pačia liejimo forma, o paviršiaus elementai turi netrukdyti išlieto dalies atkabinimui; ir į tipines savybes, tokias kaip sienelės storis, kuris dažniausiai negali skirtis, kadangi skirtingo storio sienelės gali sukietėti skirtingu laiku, o tai daro įtaką net mažų detalių tikslumui. Liejimo formų gamybai būdinga daug projektavimo ir gamybos suvaržymų, todėl 3D spausdinimas yra situaciją keičiantis sprendimas. 3D spausdinimo būdu dalys gaminamos nuo apačios aukštyn, sudėtingiems projektams įgyvendinti nereikia jokių liejimo formų. Kadangi 3D spausdinimo metodui nereikia liejimo formų, nėra ir jų gamybos kaštų bei darbo sąnaudų. Be to, 3D spausdinimo būdu gaminami modeliai gali būti įvairesnių geometrinių ypatybių – pavyzdžiui, detalės viduje gali būti išsikišusių  (pakibusių ore arba slankiojančių) dalių!
    3D spausdinimas - galimybės pic1 3D spausdinimas - galimybės pic2 3D spausdinimas - galimybės pic3
  2. Nesudėtingas kainos apskaičiavimas: tai jau aptarėme ankstesniame skyriuje, tačiau verta pasikartoti. Pavyzdžiui, naudojant liejimo formas arba apdorojant įrankiais, pagaminti detalės viduje išsikišusią dalį reikėtų daug papildomo darbo. Gaminant liejimo formas ir jose liejant, reikėtų naudoti kaiščius ir juos ištraukti rankomis, o apdorojant staklėmis reikėtų daug koduoti ir keisti dalies orientaciją. Toks detalės viduje esantis elementas tiek pabrangintų gamybą, kad galutinės dalies gamyba, ko gero, net nebūtų svarstoma. 3D spausdinimo būdu vidiniai nepasiekiami elementai paprastai suformuojami be jokių papildomų darbo ir laiko sąnaudų, bei projekto modifikavimo.
  3. Mažesnės darbo sąnaudos: nors 3D spausdinimo metodui reikia rankinio darbo pašalinti atramas ir išlyginti paviršius, rankinio darbo poreikis daugeliu atžvilgių yra mažesnis, lyginant su įprastiniais procesais. Kaip minėta anksčiau, kadangi 3D spausdinimui nereikia liejimo formų, galima smarkiai sumažinti darbo sąnaudas, susijusias su liejimo formų gamyba. Gaminant 3D spausdinimo būdu taip pat sumažėja darbo apimtys, kuris būtų reikalingas kelioms gaminio dalims sujungti į vieną. Surinkimo pašalinimas labai sumažina kaštus. 3D spausdinimas dar labiau sumažina darbo poreikį dėl automatizavimo. Dalies paruošimas gamybai iš esmės yra automatizuotas, reikia tik tam tikro įsikišimo pagerinti dalies orientaciją arba įrengti atramą. Kitaip nei apdorojant įrankiais, kai programuotojui paprastai reikia rankomis parašyti kodą, pagal kurį staklės apdoroja dalį, 3D spausdinimo programinė įranga automatizuoja kodo paruošimą, kurio reikia detalei pagaminti pridedant po sluoksnį.

Dabar Puikus Metas 3D Spausdinimui

Kas nors gali nesutikti, kad 3D spausdinimas iš tiesų revoliucingai paveikė gamybą, tačiau sumažėję kaštai, laiko ir darbo sąnaudos tikrai transformavo gamybos pasaulį taip, kaip niekas kitas nuo pat pramoninės revoliucijos. Tai puikus laikas dirbti šioje pramonėje, kadangi medžiagos tobulinamos, o procesų kontrolė evoliucionuoja ir dar labiau automatizuoja bei tobulina 3D spausdinimą, kurį bus galima pritaikyti daug įvairiau.

3D Spausdinimo Procesai, Technologijos ir Medžiagos

PolyJet

Kiti pavadinimai: medžiagos išpurškimas (material jetting), kietinimas šviesa (photocuring), spausdinimas srautu (inkjet printing)

Kaip tai veikia: „PolyJet“ įrenginį galite įsivaizduoti kaip savo namuose esantį spausdintuvą, ant popieriaus spausdinantį 2D vaizdą. Jūsų 2D spalvotas spausdintuvas dengia ant popieriaus miniatiūrinius dažų lašelius, suformuodamas žodžius ir paveikslus. Panašiu būdu „PolyJet“ smulkiais spausdinimo galvutės purkštukais kietėjančios medžiagos lašelius nusodina iki 14 mikronų plonumo sluoksniais, suformuodamas tikslias 3D dalis. Vos nusodintos medžiagos iš karto kietinamos UV spinduliais.

„PolyJet“ detalėms reikia atraminių konstrukcijų, kad būtų galima suformuoti išsikišančius elementus ir skyles. Be atraminių konstrukcijų medžiaga gali atsidurti ne jai skirtoje vietoje, todėl susiformuotų netikslios sienelės, elementai ir kitos detalės. „PolyJet“ atraminė medžiagos sudėtis yra kitokia, ji parinkta tokia, kad atkibtų nuo dalies apipurkšta vandeniu. Kitose į „PolyJet“ panašiose medžiagos išpurškimo technologijose naudojamos vaškinės atramos, kurios nutirpsta ir atsijungia tam skirtose krosnelėse.

Medžiagos: „PolyJet“ technologijoje naudojamos fotopolimerų dervos. Fotopolimerai, arba šviesa kietinamos medžiagos, būna įvairių sudėčių, nuo lanksčių iki kietų, nuo skaidrių iki neskaidrių. „PolyJet“ yra viena iš dviejų 3D spausdinimo technologijų, kuriomis spalva spausdinama tiesiai į dalį, ir tai vienintelė technologija, galinti vienu metu spausdinti kelias medžiagas, todėl vienos medžiagos atskiros dalys gali būti įvairaus kietumo – nuo standžių iki lanksčių.

Pritaikymas: kadangi „PolyJet“ naudoja UV energiją sukietinti skystoms dervoms, per ilgai šildomų arba šviesoje laikomų dalių forma ir spalva gali pasikeisti, todėl „PolyJet“ dalys nėra skirtos naudoti esant didelėms apkrovoms, kai reikia didelio tvirtumo. „PolyJet“ idealiai tinka: šalto arba žemos temperatūros liejimo etaloniniams modeliams, parodomiesiems modeliams, tiksliems prototipams, formos, tinkamumo ir pojūčio modeliams.

Kodėl tai svarbu: „PolyJet“ yra greičiausia komercinė 3D spausdinimo technologija. 12.7 cm (5 colių) kraštinės kubo erdvėje telpančios dalys gali būti atspausdintos per 2 valandas. Už 12.7 cm (5 colių) kubo ribų „PolyJet“ technologija sulėtėja (prisiminkite, kad purkštukas juda pirmyn ir atgal per platformą, nusodindamas ploną medžiagos sluoksnį, todėl, kuo toliau antgalis nuvažiuoja, tuo labiau sulėtėja visas procesas). „PolyJet“ spausdina ploniausiais sluoksniais iš visų 3D spausdinimo procesų, o tai reiškia mažiau matomų sluoksnių linijų ir galimybę spausdinti smulkesnes dalis. Dėl šio metodo greičio, raiškos ir prieinamos kainos, jis idealiai tinka greitoms operacijoms – nuo etaloninių ir parodomųjų modelių iki pradinių dizaino prototipų.


Lydžiosios Masės Formavimas

Kiti pavadinimai: gamyba iš lydžiųjų gijų (FFF), gijų ekstruzija, lydžiųjų gijų nusodinimas, medžiagos nusodinimas, FDM

Kaip tai veikia: FDM metodu per antgalį po vieną sluoksnį ekstruduojamas įkaitintas termoplastikas ir formuojamos dalys. FDM spausdintuvuose naudojami keli antgaliai galinei daliai ir atraminei medžiagai. Ekstrudavus kiekvieną sluoksnį gamybos platforma pajuda žemyn ir padaro vietos kitam sluoksniui. FDM būdu galima nusodinti storesnius arba plonesnius sluoksnius, o tai gali pagreitinti gamybą (storesni sluoksniai) arba sutrumpinti apdorojimo rankomis trukmę (plonesni sluoksniai) dėl lygesnio paviršiaus. FDM reikia atraminės medžiagos, kad būtų galima gaminti kampus, iškyšas ir skyles, kurių nebūtų galima atspausdinti ant oro.

Medžiagos: FDM medžiagos gali būti nuo neskaidrių iki pusiau skaidrių, kelių spalvų, įskaitant mėlyną, raudoną, geltoną, baltą, juodą ir geltonai rudą. FDM termoplastikai apima FAR klasės ir biologiškai suderinamus termoplastikus, bei daug termoplastikų taip pat naudojamų ir liejimui slegiant, pavyzdžiui, ABS ir ASA.

Paskirtis: FDM metodas paprastai yra naudojamas lėktuvų interjero komponentams ir kanalams gaminti, taip pat medicininiams, vartojimo, pramoniniams ir transporto prototipams ir produktams gaminti.

Kodėl tai svarbu: FDM metodu naudojamos tos pačios medžiagos, kuriomis aviacijos ir kosmoso, medicinos ir pramonės sektoriai rėmėsi gaminant liejimo slegiant metodu, tačiau su 3D spausdinimo teikiama galimybe galima gaminti sudėtingos geometrijos dalis ir sumažinti medžiagos sunaudojimą. Kadangi FDM būdu gaminama po vieną sluoksnį, elementus ir atskirus komponentus galima sujungti į vieną projektą, todėl iki minimumo sumažėja surinkimo darbų poreikis. Išpjovos, vidiniai elementai, prijungimo elementai yra įtraukiami į vientisą dalį. FDM tapo neįkainojama priemone tuose sektoriuose, kuriuose reikia lengvų, tvirtų ir prieinamos kainos plastikinių dalių, nereikia gaminti liejimo formų ir apdoroti įrankiais.


Lazerinis Sulydymas

Kiti pavadinimai: medžiagos lydimas iš anksto suformuotame sluoksnyje, selektyvus lazerinis sulydymas, LS, SLS

Kaip tai veikia: lazeriniam sulydymui reikia uždaros gamybos kameros, kurioje detalės kaitinamos ir sujungiamos po vieną sluoksnį. Lazerinis sulydymas prasideda įkaitinant vidinę gamybos kamerą iki temperatūros, truputį mažesnės už plastiko miltelių lydymosi tašką. CO2 lazeris apšviečia miltelius projekte numatytose vietose ir reikiamose vietose padidina temperatūrą iki lydymosi taško, suformuodamas dalis po vieną sluoksnį. Lazerinis sulydymas yra vienas iš 3D spausdinimo procesų, kuriam visiškai nereikia pridėtinių atraminių konstrukcijų. Nesulydytų miltelių tankis kameroje yra pakankamai didelis, kad išlaikytų gaminamą dalį.

Medžiagos: lazeriniam sulydymui naudojama „Nylon“ 11 ir 12 medžiaga, žaliavinė ir pripildyta, iš kurios gaminamas FAR klasės ir biologiškai suderinamas plastikas. Lazeriniam sulydymui naudojamas užpildytas nailonas yra vienos arba daugiau medžiagų junginys, įskaitant stiklą, anglį arba aliuminį. Pripildytas nailonas gali padidinti standumą, tvirtumą, šilumos išsklaidymą arba užbaigto paviršiaus apdailai.

Paskirtis: lazerinis sulydymas yra viena iš plačiausiai naudojamų 3D spausdinimui skirtų plastiko technologijų, iš kurios gaminami kanalai aviacijos ir kosmoso pramonei, bei panašiems atvejams, kai reikia tvirtų detalių, naudojamų aukštoje temperatūroje. Metodas taip pat naudojamas tūkstančiams produktų automobilių, medicinos, vartojimo prekių, meno ir architektūros sektoriuose.

Kodėl tai svarbu: lazerinis sulydymas buvo vienas iš pirmųjų 3D spausdinimo procesų, pritaikytų galutinių produktų gamybai. Tai buvo viena iš pirmųjų 3D spausdinimo technologijų, pakilusių į padangę per aviacijos ir kosmoso pramonei skirtų kanalų gamybą. Lazeriniam sulydymui nereikalingas darbas konstrukcijoms pašalinti – milteliai paprasčiausiai iškratomi iš vidinių ertmių. Dėl to lazerinio sulydymo būdu pagamintų detalių sudėtingumas iš tiesų nepadidina kainos. Jis naudojamas konsoliduoti sudėtingas kanalų konfigūracijas, kadangi ja galima be jokių sujungimų gaminti vidinius, kitais būdais nepasiekiamus elementus, naudojant aukštos temperatūros ir chemikalams atsparias medžiagas. Išskirtinio tvirtumo lengvos medžiagos naudojamos gaminti degalų bakams, eleronams, valdymo plokštumoms ir kitoms nepilotuojamų orlaivių kritinės svarbos dalims.


Tiesioginis Lazerinis Metalų Sulydymas

Kiti pavadinimai: metalų 3D spausdinimas, adityvioji metalų gamyba, metalų miltelių sulydymas iš anksto suformuotame sluoksnyje.

Kaip tai veikia: DMLS metodui reikia visiškai uždaros gamybos kameros. Kamera įkaitinama iki temperatūros, truputį mažesnės už metalo lydymosi tašką. Švari gamybos platforma padengiama plonu metalo miltelių sluoksniu, o galingas kaitinantis lazeris iš miltelių sulydo arba išlydo modelį. Procesas kartojamas sulydant sluoksnį po sluoksnio.

Jeigu lazeriniam plastiko sulydymui nereikia atramų, tai DMLS metodui atramų reikia kampams, skylėms ir išsikišusiems elementams. DMLS reikia atraminių konstrukcijų, kadangi metalo lydymui reikalinga temperatūra yra eksponentiškai aukštesnė už plastikui lydyti reikalingą temperatūrą, o išsilydę metalo milteliai tampa tankesni už nesulydytus miltelius, todėl gali tiesiog įkristi į miltelius arba nulūžti nuo modelio, jeigu nebus paremti. Apdorojant po spausdinimo atramos pašalinamos įrankiais, o atramos likučiai nuo paviršiaus pašalinami šlifuojant, apdorojant šratų srautu arba kitu paviršiaus apdorojimo metodu. Tam, kad spausdinant DMLS metodu nereikėtų atraminių konstrukcijų, yra daug projektavimo gudrybių.

Medžiagos: DMLS technologijai tinkamų metalų miltelių kūrimo rinka yra didelė, todėl kasmet sukuriama naujų metalų. Šiuo metu DMLS metodu galima spausdinti iš titano, aliuminio, inkonelio, kobalto chromo ir nerūdijančiojo plieno lydiniams.

Paskirtis: DMLS yra alternatyva metalinių dalių ir komponentų gamybai, kai jų neįmanoma arba neapsimoka pagaminti įprastiniais metodais, tokiais kaip apdorojant staklėmis arba liejant. DMLS yra pagrindinis pasirinkimas gaminant sudėtingas dalis, kurioms reikia į vidų įtrauktos geometrijos, ir dalis, kurios turi sunkiai pasiekiamų elementų, arba kurių baigiamajam surinkimui reikėtų didelių darbo sąnaudų. DMLS metodu gaminamos konsoliduotos, lengvos dalys, kurioms pagaminti nereikia didelių darbo sąnaudų reikalaujančių surinkimo procesų ir liejimo modelių ar formų. DMLS metodas dažniausiai taikomas gaminti medicinos įrangos prototipus ir produktus, aviacijos ir kosmoso pramonei ir energetikos sričiai skirtas dalis, taip pat pritaikytų metalinių dalių gamybai.

Kodėl tai svarbu: DMLS būdu be liejimo formų gaminamos maksimalaus tankio, išmaniai suprojektuotos metalinės dalys. DMLS metodu galima atspausdinti vidinius elementus, kurių būtų neįmanoma pagaminti įrankiais. Dirbant su šiuo metalų spausdinimo metodu varikliui, kitam automobilio agregatui arba medicininiam komponentui parengiamas tiesioginės gamybos sprendimas. Būta atvejų, kada DMLS būdu daugiau kaip 150 dalių konsoliduota į 2 sudėtingus blokus, o tai itin supaprastino gamybą, sutrumpino gamybos laiką ir darbo sąnaudas, bei padidino verslo efektyvumą.


Stereolitografija

Kiti pavadinimai: fotopolimerizacija vonelėje (vat photopolymerization), kietinimas šviesa (photocuring), SLA, SL

Kaip tai veikia: spausdinant stereolitografijos būdu skystas plastikas po vieną sluoksnį kietinamas tiksliu UV lazeriu. Šio metodo platforma įrengta virš skysto plastiko vonelės. Gaminio platforma padengta plonu sluoksniu skysto plastiko. UV lazeris šviečia į reguliuojamus veidrodžius, kuriais UV energija nukreipiama žemyn į gamybos platformos plotą ir reikiamose vietose po vieną sluoksnį sukietina skystą plastiką. Sukietėjus kiekvienam sluoksniui, platforma nusileidžia į skysčio vonelę, o padengimo geležtė vienodu sluoksniu paskleidžia plastiką nauju sluoksniu.

Kaip ir „PolyJet“ technologijai, stereolitografijai reikia detalės atramų. Stereolitografijos atveju atramų medžiaga yra tokia pati medžiaga, kaip ir galutinio gaminio medžiaga. Tačiau, kitaip nei „PolyJet“ metodu, stereolitografijos metodu atspausdintos dalys visiškai nesukietėja. Spausdinimo metu kameroje esanti derva tam tikrose vietose gali įsiterpti tarp dalies ir vonelės skysčio. Nepašalinus dervos likučių jie pakartotinai absorbuojami į spausdinamą dalį ir ją išpučia, iškraipo projektą. Dėl to, užbaigus dalies gamybą, dervos perteklius išleidžiamas ir pašalinamos atramos. Toliau dalis patenka į UV krosnelę užbaigti kietinimą.

Medžiagos: stereolitografijoje naudojamas šviesa kietinamas plastikas, iš kurio suformuojamos standžios, skaidrios arba neskaidrios, baltos, pilkos arba bespalvės. Stereolitografijos medžiagos, kurios gali išsikreipti arba pakeisti spalvą ilgai veikiamos šviesa arba šiluma, nėra idealiai tinkamos naudoti esant didelėms apkrovoms.

Paskirtis: stereolitografija yra ko gero labiausiai žinoma dėl galimybės gaminti daugiausiai tuščiavidures dalis su storesniu išoriniu kevalu arba koriniu vidumi. Stereolitografijos būdu pagamintos tuščiavidurės dalys dažniausiai naudojamos kaip precizinio liejimo modeliai. Stereolitografija taip pat dažnai naudojama: dideliems reprezentaciniams modeliams, prototipams ir šalto arba žemos temperatūros liejimo etaloniniams modeliams.

Kodėl tai yra svarbu: nors stereolitografija yra pagrindinis pasirinkimas, kai reikia modeliuoti skaidrius, didelius ir lengvus modelius ir dalis, ko gero pats svarbiausias jos indėlis į gamybą yra galimybė gaminti beveik tuščiavidurius, lengvus precizinio liejimo modelius. Stereolitografija yra alternatyva įprastiniams precizinio liejimo modeliams. Tradicinių išlydomo vaško modelių gamyba užtrukdavo savaites, o padarius klaidą arba pakeitus projektą modelį tekdavo gaminti iš naujo. Stereolitografijai nereikia liejimo formų, o dalys gaminamos iš karto vientisos, todėl nereikia atskirų dalių surinkimo darbo. Precizinio liejimo modelių projektai gali keliauti tiesiai iš dizainerio kompiuterio į spausdintuvą ir į liejyklą, išvengiant didelių laiko ir lėšų investicijų, būdingų liejimo formų gamybai pagal išlydomą vaškinį modelį.

Papildomi Šaltiniai

Remiantis šiomis pagrindinėmis 3D spausdinimo technologijomis galima suprasti daugelį 3D spausdinimo variantų, pagrįstų šiais esminiais procesais. Jeigu ruošiatės pradėti naują projektą, mes rekomenduojame perskaityti papildomus šaltinius, kad įgytumėte daugiau žinių, kaip 3D spausdinimą pradėti naudoti savo veiklos procesuose ir kuriant produktus:

7 klausimai, kuriuos reikėtų sau užduoti renkantis 3D spausdinimo technologiją ir medžiagą

Copyright © 2018 ACATIA. Visos teisės saugomos. | Naudojimo Sąlygos ir Privatumo Politika