Пт. Гру 27th, 2024

Аддитивное производство – это послойное производство любого изделия на основе 3D-модели. Это также называется “выращиванием”, так как изделие изготавливается постепенно. Если при традиционных видах производства (например, при экструзионно-выдувном формовании) получается заготовка, из которой отсекается лишнее или производятся манипуляции с формой, в случае аддитивного производства из сырья строится новое готовое изделие. В зависимости от выбранной аддитивной технологии, создание изделия может происходить снизу вверх или сверху вниз, также объект может приобретать различные свойства.  

Сегодня аддитивное производство – это синоним термина “3D-печать”, который стал более популярным в обиходе. 

u0420u0438u0442u0435u0439u043b u0432 u0422u0435u043bu0435u0433u0440u0430u043c

Аддитивное производство применяется для изготовления прототипов, образцов и готовых изделий из различных материалов, от пластика до композитных компонентов. Различные предприятия используют сегодня 3D-печать для производства предметов промышленного, бытового, медицинского назначения. Также эта технология активно используется в военной сфере. При помощи 3D-принтера изготавливают детали салона машин, узлы самолетов, имплантаты, элементы двигателей, и др. Данный способ сильно упрощает и ускоряет изготовление продукции. Многие компании прибегают к 3D-печати как к средству визуализации, чтобы быстро определить, насколько готовое изделие будет соответствовать нормам, будут ли дефекты – еще до запуска серийного производства. 

Также большое значение 3D-печать имеет в сфере дизайна. На 3D-принтере можно напечатать макет упаковки, бутылки или флакона оригинальной формы. Также сегодня печатают данным методом различные дизайнерские изделия, прототипы электрических приборов, мебель. При этом готовое изделие может сразу включать в себя все элементы дизайна, в том числе фирменный знак, этикетку, штрих-код. Использование 3D-прототипов в дизайне позволяет заказчику подержать будущий проект в руках, изучить его фактуру, цветовое сочетание, размеры, и т.п., буквально примерять его в интерьере или экстерьере. 

Виды аддитивных технологий

Аддитивное производство – это горизонтальное нанесение тонких слоев один за другим на базе трехмерной модели. Она, в свою очередь, создается при помощи 3D-сканеров и систем автоматизированного проектирования (САПР). 

Что же касается технологий печати, существующих на сегодняшний день, то самые основные следующие: 

  • FDM (Fused Deposition Modeling) – моделирование методом наплавления, когда каждый последующий слой создается из жидкого пластика, пропускаемого через экструдер;
  • SLM/DMP (Selective Laser Melting / Direct Metal Printing) – выборочное плавление лазером металлического порошка; 
  • SLS (Selective Laser Sintering) – по платформе с нанесенным порошком двигается лазер, который выборочно спекает между собой точки в порошке – так появляется слой изделия; 
  • MJP (MultiJet Printing) – многоструйное моделирование с использованием воска или фотополимера;
  • MJF (MultiJet Fusion) – создание изделий без лазера, при помощи поламидной 3D-печати, где нагревательный элемент покрывает сразу всю рабочую поверхность (эту технологию используем мы в Infomir); 
  • SLA (Laser Stereolithography) – внутри 3D принтера находится ванна с жидким фотополимером, по нему движется лазерный луч и там, где он касается жидкости, она застывает, создавая слой изделия;
  • CJP (ColorJet Printing) – полноцветная 3D-печать, подразумевающая склеивание особого гипсового порошка. 

Сырье для 3D-печати

В аддитивном производстве применяются разнообразные материалы. Первое место занимает пластик разных видов. В первую очередь это полиактид (PLA), который можно получать из возобновляемых ресурсов. Например, полиактид производят из кукурузного крахмала. Он не выделяет вредных веществ, может использоваться для производства пищевой упаковки, а также не имеет специфического запаха в процессе печати. 

Также нередко применяется сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол, известный большинству как ABS. Из такого вида пластика производят матовые изделия. Этот материал также не выделяет запаха и, кроме того, устойчив к повышенным температурам, жирам и маслам. 

Иногда применяется и поливиниловый спирт (PVAL или PVOH). Он водорастворим, поэтому из него часто наплавляются разные внутренние элементы, которые затем нужно убрать из готовой модели – это делается довольно легко и быстро.

Для несущих конструкций нередко применяется ударопрочный полистирол (HIPS). Также в некоторых случаях используются соединения пластика PLA с другими материалами – деревом, медью и т.д. 

Кроме того, аддитивное производство возможно с использованием следующих видов сырья: 

  • гипсового порошка;
  • воска;
  • порошкообразных сплавов металлов;
  • керамонаполненных фотополимеров в жидком состоянии;
  • порошкообразного полистирола;
  • порошкообразных полиамидов – в том числе стекло-, угле- и металлонаполненных; 
  • и других материалов.

Как происходит изготовление объекта на 3D-принтере?

Несмотря на кажущуюся сложность, аддитивное производство занимает всего несколько этапов:

  1. создание CAD-модели предмета;
  2. сохранение модели в специальном файле, в формате, который затем распознается принтером;
  3. загрузка файла в программу резки для принтера, чтобы задать различные физические характеристики;
  4. разделение модели на слои;
  5. непосредственно 3D-печать, слой за слоем, при помощи принтера;
  6. постобработка –  различные процессы для достижения оптимальной фактуры, текстуры, и т.п.
  7. готовое изделие. 

Существующие методы постобработки

Хотя в результате 3D-печати получаются высокоточные изделия, на них заметны линии – места соединения слоев. Этот недостаток легко убирается при помощи различных видов финишной обработки. В первую очередь, убираются поддержки – этот этап необходим для многих технологий 3D-печати. Подпорки бывают обычные и растворимые, и их легко убрать в промышленном производстве. 

Далее можно воспользоваться следующими методами постобработки: 

  • Ошкуривание – используется для всех видов изделий, от прототипов до полнофункциональных узлов.
  • Пескоструйная обработка – очень популярный метод обработки. Из сопла под напором распыляется мелкодисперсный материал, который скрывает полосы слоев. 
  • Паровая обработка – изделие держат в парах закипевшего вещества. Частицы этого вещества вплавляются в объект на глубину примерно 2 микрона. Всего несколько секунд – и поверхность идеально гладкая и блестящая. 
  • Погружение изделия в специальный раствор – например, ацетон, дихлорметан. 
  • Заполнение пустот – после зачищения или растворения подпорок снаружи могут оказаться пустоты, которые иногда образуются при печати. Заполнение этих пустот осуществляется при помощи эпоксидной смолы либо специальных заполнителей. 
  • Полировка при помощи специальных составов для обработки пластика, чтобы создать зеркальный блеск. 
  • Грунтовка и покраска – после ошкуривания. При помощи специального аэрозоля поверхность обрабатывается очень легко и тщательно. 
  • Эпоксидное покрытие – при помощи смешивания эпоксидной смолы и отвердителя, и нанесения состава на изделие в несколько слоев.
  • Металлизация (гальванизация) – довольно сложная обработка, доступная только в профессиональной мастерской. Готовое изделие требует также покрытия антикоррозийным составом. 

Преимущества аддитивного производства

Еще 5-10 лет назад 3D-печать была дорогостоящим процессом, который можно было увидеть только в лабораториях больших предприятий и на выставках. Сегодня она применяется повсеместно. Небольшие стартапы и крупные корпорации пользуются аддитивным производством для изготовления различных деталей, прототипов, готовых изделий. Это объясняется многочисленными достоинствами 3D-печати, к которым относятся: 

  • возможность быстро запустить производство кастомизированных деталей, которые не могут изготавливаться по классическим технологиям либо нужны в малом количестве;
  • изготовление сложных по конфигурации изделий;
  • возможность разрабатывать 3D-модели в одной точке мира, и за несколько секунд передавать их в другую точку, где есть подходящий принтер;
  • максимально точное соответствие готового изделия 3D-модели;
  • малый расход материалов и минимизация отходов;
  • выгодность мелкосерийного производства;
  • печать в любой момент, когда возникает потребность в детали;
  • возможность быстрого внесения правок в проект уже на стадии производства;
  • простое внесение изменений в конструктивные элементы без влияния на долговечность предмета;
  • возможность объединить нескольких элементов в один, что делает сборку проще и быстрее.

Сегодня 3D-печать применяются в совершенно разных отраслях. Эксперты сходятся во мнении, что в ближайшие годы аддитивные технологии будут развиваться и станут использоваться для изготовления уже готовых изделий даже чаще, чем традиционные методы производства. 

Из нишевой 3D-печать уже превратилась в повсеместную технологию, доступную по цене компаниям разного масштаба. В Infomir мы следим за самыми современным трендами аддитивного производства, внедряем новые технологии и делаем 3D-печать доступной для наших клиентов. Подписывайтесь на рассылку, чтобы получать свежие материалы об аддитивном производстве!