Аддитивное производство, также известное как 3D-печать, позволяет создавать объекты, добавляя материал по слоям. Существуют разные виды аддитивного производства, которые определяются используемым аддитивным оборудованием. Рассмотрим некоторые из них.
В следующих разделах статьи мы рассмотрим технологии Selective Laser Sintering (SLS) и Fused Deposition Modeling (FDM). Узнаем, как работает каждая технология, какие материалы могут быть использованы и в каких областях их применяют. Мы также рассмотрим преимущества и недостатки каждой технологии и расскажем о новых разработках в сфере аддитивного производства. Продолжайте чтение, чтобы узнать больше о захватывающем мире 3D-печати и его возможностях!
Аддитивное производство и его виды
Аддитивное производство, также известное как 3D-печать, является инновационным методом создания объектов, основанным на последовательном нанесении тонких слоев материала для создания трехмерных моделей. В отличие от традиционных методов производства, которые основаны на удалении материала, аддитивное производство возможно благодаря нанесению материала слой за слоем.
Существует несколько видов аддитивного производства, которые отличаются используемым аддитивным оборудованием:
1. Фотополимеризация
Фотополимеризация – это процесс, при котором сырье, обычно жидкое или вязкое пластиковое вещество, превращается в твердую форму под воздействием света. Этот процесс осуществляется с помощью лазеров или ультрафиолетовых и видимых световых источников.
2. Экструзия
Экструзия – это метод, при котором пластик нагревается и прессуется через сопло, чтобы создать трехмерные объекты. В этом процессе используются нагреваемые материалы, такие как пластики или металлы, которые затем наносятся слой за слоем.
3. Лазерное спекание
Лазерное спекание – это метод, при котором металлические порошки нагреваются лазерами, чтобы связать их вместе и создать желаемую форму. Этот процесс обычно используется для создания сложных металлических деталей.
4. Ламинирование
Ламинирование – это процесс, в котором тонкие слои материала склеиваются вместе для создания трехмерной модели. В этом методе используется специальный клей или смола, чтобы слои соединились между собой.
5. Пудровое связывание
Пудровое связывание – это метод, при котором тонкий слой порошка наносится на рабочую поверхность, а затем связывается с помощью связующего агента, такого как клей или смола. Этот процесс обычно используется для создания цветных моделей или прототипов.
Каждый из этих видов аддитивного производства имеет свои преимущества и недостатки. Выбор подходящего метода зависит от требований и материала, который необходимо использовать для создания модели.
Мини-лекция «Аддитивные технологии»
Стереолитография
Стереолитография является одним из видов аддитивного производства, основанным на использовании аддитивного оборудования. Она представляет собой процесс создания трехмерных объектов путем последовательного нанесения и затвердевания тонких слоев материала.
Основным принципом работы стереолитографии является использование лазерного луча для сканирования и отверждения жидкой смолы или полимерного материала. При этом слой за слоем создается трехмерный объект, который впоследствии может быть использован в различных областях, таких как прототипирование, медицина, аэрокосмическая промышленность и другие.
Процесс стереолитографии:
1. Подготовка модели: Сначала необходимо создать или импортировать трехмерную модель объекта на компьютере. Затем модель разбивается на слои при помощи специального программного обеспечения.
2. Нанесение материала: Жидкая смола или полимерный материал заливается в емкость, называемую ванной. Далее роботизированная платформа погружает нижний слой в жидкость.
3. Отверждение материала: Лазерный луч сканирует поверхность жидкости и отверждает материал, создавая первый слой объекта. После сканирования платформа поднимается на величину одного слоя.
4. Послойное нанесение: Процесс сканирования и отверждения повторяется для каждого последующего слоя, пока не будет создан весь объект.
5. Постобработка: После завершения процесса стереолитографии объект требует постобработки, включающей удаление остаточной жидкости или полимерного материала, а также отверждение и обезвоживание для получения желаемых свойств и структуры.
Стереолитография является мощным инструментом, позволяющим быстро и точно создавать сложные трехмерные объекты. Благодаря этому методу технология аддитивного производства продолжает развиваться и находить все новые применения в различных отраслях промышленности и науки.
Селективное лазерное сплавление (SLS)
Селективное лазерное сплавление (SLS) является одним из видов аддитивного производства, которое основано на использовании лазеров для создания трехмерных объектов. При этом процессе лазерный луч нагревает и сплавляет пылевидный материал, который затем застывает и образует слой предмета. Затем создается следующий слой, пока не будет получена полностью готовая деталь.
Основные принципы работы SLS:
- Пылевидный материал: В SLS используется пылевидный материал, который часто называется сырым материалом. Этот материал является основным строительным блоком, из которого создается трехмерный объект.
- Лазерное сплавление: Лазерный луч сканирует плоскость сырого материала и нагревает его до точки плавления. После остывания материал затвердевает и формирует первый слой объекта.
- Постепенное создание слоев: Процесс повторяется для каждого слоя, чтобы создать полностью готовую деталь. При этом предыдущие слои остаются предварительно застывшими, что обеспечивает стабильность конструкции.
Особенностью SLS является то, что в процессе используется нагреваемый пылевидный материал, поэтому затвердевшие слои поддерживают форму и стабильность конструкции. Это делает SLS особенно полезным для создания сложных геометрических форм, включая внутренние полости и пустоты.
Важно отметить, что SLS может быть использован для печати различных типов материалов, включая пластик, металл и керамику. Этот вид аддитивного производства находит применение в различных отраслях, таких как авиационная и автомобильная промышленность, медицина и производство инженерных деталей.
Многоцветная печать (MJP)
Многоцветная печать (MJP) — это один из видов аддитивного производства, который позволяет создавать трехмерные объекты с использованием нескольких цветов. Этот метод отличается от других подходов к аддитивному производству, таких как фотополимерные и наплавляемые методы печати, тем что использует специальную технологию для нанесения капель краски на поверхность объекта во время процесса создания.
Принцип работы MJP
Процесс многоцветной печати состоит из нескольких основных шагов:
- Создание 3D-модели объекта: перед началом печати необходимо создать 3D-модель объекта, которую затем можно будет распечатать.
- Подготовка печатной платформы: перед началом печати печатная платформа должна быть подготовлена. Это может включать в себя нанесение покрытия на поверхность платформы и установку необходимых материалов и инструментов.
- Процесс печати: во время печати капли краски наносятся на поверхность объекта, создавая слои, которые со временем затвердевают и образуют трехмерный объект.
- Постобработка: после завершения печати объект может потребовать дополнительной постобработки, такой как удаление поддержки или обработка поверхности для достижения требуемого вида и отделки.
Преимущества и применение MJP
Метод многоцветной печати имеет ряд преимуществ, которые делают его подходящим для различных областей применения:
- Многоцветность: возможность использования нескольких цветов позволяет создавать объекты с более высокой степенью детализации и реалистичности.
- Точность и качество: многоцветная печать обеспечивает высокую точность и качество создаваемых объектов, что делает ее полезной для создания прототипов и моделей.
- Развитие сферы дизайна: многоцветная печать открывает новые возможности для дизайнеров и художников, позволяя им создавать уникальные и оригинальные изделия.
Многоцветная печать широко используется в различных областях, включая промышленность, медицину, архитектуру, дизайн и искусство. Она может применяться для создания прототипов, моделей, сувениров, украшений, а также для персонализации и настраиваемых изделий.
Электронно-лучевая литография
Электронно-лучевая литография (E-beam lithography) является методом аддитивного производства, позволяющим создавать очень маленькие и сложные элементы на поверхности материала с помощью электронного луча. Этот метод широко применяется в современной микроэлектронике и наноэлектронике для создания интегральных схем, нанометровых структур и других микро- и наноустройств.
Основным элементом в электронно-лучевой литографии является электронная пушка. Она генерирует узкий поток электронов, который фокусируется с помощью электромагнитных линз на поверхность материала. При попадании электронов на материал происходят различные физические и химические процессы, которые позволяют создать требуемые структуры.
Преимущества электронно-лучевой литографии:
- Высокая точность и разрешение: электронный луч позволяет создавать объекты размером до нескольких нанометров, что важно для создания микро- и наноустройств.
- Возможность создания сложных структур: электронно-лучевая литография позволяет создавать структуры с высокой степенью детализации и сложности.
- Гибкость и масштабируемость: этот метод можно применять для создания различных типов структур на различных материалах.
Применение электронно-лучевой литографии:
- Микроэлектроника: электронно-лучевая литография используется для создания интегральных схем и других элементов микроэлектронной техники.
- Наноэлектроника: данный метод активно применяется для создания нанометровых структур, таких как нанотранзисторы и нанодатчики.
- Нанофотоника: электронно-лучевая литография используется для создания наноструктур, которые могут отражать или пропускать свет в зависимости от их формы и материала.
Электронно-лучевая литография является одним из важных методов аддитивного производства с точки зрения используемого аддитивного оборудования. Её применение позволяет создавать сложные и очень маленькие структуры в микро- и нанотехнологиях, что способствует развитию современной электроники и других отраслей науки и промышленности.
Фузионное осаждение материалов (FDM)
Фузионное осаждение материалов (FDM) — это один из видов аддитивного производства или, как его еще называют, 3D-печати. Основная идея FDM заключается в создании объекта путем нанесения пластичного материала слоями на платформу, при этом каждый слой сливается с предыдущим, чтобы образовать трехмерную модель.
Основной принцип работы
Процесс FDM начинается с подачи пластичного материала, который обычно представляет собой пластиковую нить или филамент, в нагретый экструдер. Экструдер нагревает материал до температуры плавления и выдавливает его через сопло, создавая тонкую нить. Эта нить затем наносится на платформу в заданном порядке и плавится, чтобы скрепиться с предыдущим слоем. Платформа медленно опускается после каждого нанесения слоя, позволяя создавать объекты с высотой.
Преимущества и ограничения
Преимущества FDM включают относительно низкую стоимость оборудования, широкий выбор доступных материалов и возможность создания деталей со сложной геометрией. FDM также позволяет создавать функциональные прототипы и конечные изделия.
Однако, несмотря на свою популярность, FDM имеет и некоторые ограничения. Качество поверхности может быть неравномерным и требует дополнительной обработки. Также механические свойства материалов, используемых в FDM, могут быть ограничены по сравнению с другими методами аддитивного производства. Структура слоев также может привести к ухудшению прочности и усталостной стойкости.
