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