Обзор технологий 3d печати

Шоколад

Британские учёные представили публике первый шоколадный 3D принтер, который печатает любые шоколадные фигурки, заказанные оператором. Принтер наносит каждый следующий слой шоколада поверх предыдущего. Благодаря способности шоколада быстро застывать и твердеть при охлаждении, процесс печати протекает довольно быстро. В ближайшем будущем такие принтеры будут востребованы в кондитерских и ресторанах.

Шоколадный принтер в работе

Прочие материалы

Существуют 3D принтеры, которые предназначены для печати глиняными смесями, известковым порошком, продуктами питания, живыми органическими клетками и многими другими удивительными материалами. О том, какие материалы для 3D печати будут использоваться в ближайшем будущем, остаётся лишь догадываться.

Характеристики изделий из Dura Form ProX

• Высокая прочность и полная функциональность
• Долговечность
• Четкие края, высокая детализация, гладкая поверхность без обработки
• Постоянство свойств материала
• Стабильность характеристик под действием УФ лучей
• Использование в широком диапазоне температур (от -40º C до 185º C)
• Схожесть качества с качеством изделий, изготовленных методом литья под давлением
• USP Класс VI (возможность тестирования на биосовместимость)
• Возможность стерилизации
• Возможность механической обработки
• Возможность окрашивания

Металлические порошки – особенности применения

Сырье для 3D-оборудования выпускается в форме сферических гранул с размером зерна 4-80 мкрн. Данная величина влияет на толщину стенок выращиваемого объекта, равномерность слоев, прочность готового образца. Порошковые смеси не всегда однородны по составу. Путем сочетания частиц разнообразных металлов можно получать ресурсы с неповторимыми механическими или технологическими свойствами.

Разным сплавам нужная различная тепловая обработка, поэтому для работы с металлами используются принтеры с подогреваемой платформой построения.

Для изготовления геометрически сложных конфигураций, создания объектов с повышенной плотностью, обеспечения точности соблюдения размеров или стабильной повторяемости используются уникальные составы, разработанные для конкретных задач.

Полилактид (PLA)

Полилактид – это самый биологически совместимый и экологически чистый материал для 3D принтеров. Он изготавливается из остатков биомассы, силоса сахарной свёклы или кукурузы. Имея массу положительных свойств, полилактид имеет два существенных недостатка. Во-первых, изготовленные из него модели недолговечны и постепенно разлагаются под действием тепла и света. Во-вторых, стоимость производства полилактида очень высока, а значит и стоимость моделей будет значительно выше аналогичных моделей, изготовленных из других материалов. Используется в технологиях 3D печати: SLS и FDM.

Полилактидная нить и изделия, напечатанные полилактидом на 3D принтере

What gets made?

The SLS machines will are ideal for printing objects using various materials like glass, plastics, and metal. The process can make both final products and prototypes. The SLS is useful for specific industries that require small quantities of printed objects featuring high-end materials. The aerospace industry is the greatest beneficiary of this technology.

The molded parts are worth the top dollar as they will remain long-lasting. The SLS process can also print customized products like dental retainers, prosthetics, and hearing aid. It is a manufacturing method that can create delicate or highly intricate objects.

Several selective laser sintering companies around the world print certain parts for their clients. They equally make prototypes and finished products.

SLS at Home

The SLS process will require the involvement of high-powered lasers. As a result, it is potentially expensive to use it while at home. Interestingly, rapid inventors are coming out with simplified desktop SLS printer versions.

The focus of the latest technology is to ensure SLS printing is possible in the comfort of the home.

Технология склеивания порошков

Технология склеивания порошков – она же Binding powder by adhesives позволяет не просто создавать объёмные модели, но и раскрашивать их.

Принтеры с технологией binding powder by adhesives используют два вида материалов: крахмально-целлюлозный порошок, из которого формируется модель, и жидкий клей на водной основе, проклеивающий слои порошка. Клей поступает из печатающей головки 3D принтера, связывая между собой частицы порошка и формируя контур модели. После завершения печати излишки порошка удаляются. Чтобы придать модели дополнительную прочность, её пустоты заливаются жидким воском.

Технология склеивания порошков

Условные обозначения:

1-2 – ролик наносит тонкий слой порошка на рабочую поверхность; 3 – струйная печатающая головка печатает каплями связующей жидкости на слое пороша, локально укрепляя часть сплошного сечения; 4 – процесс 1-3 повторяется для каждого слоя до готовности модели, оставшийся порошок удаляется

В настоящее время 3D принтеры с технологией склеивания порошков изготавливаются компанией Z Corporation.

Как пользоваться и печатать

Предварительные настройки (список)

До начала работы пользователь должен выполнить ряд подготовительных мероприятий:

1. Подготовить место, где будет производиться печать.
2. Заправить устройство расходными материалами.
3. Подключить принтер к персональному компьютеру или ноутбуку.
4. Проверить проходимость экструдера.
5. Выполнить калибровку движения печатающей каретки.
6. Загрузить модель в программу для печати.

Непосредственно в процессе:

1. Следить за нагревом подложки и сопла.
2. Постоянно вести наблюдение за температурным режимом.
3. Управлять скоростью подачи расходника.
4. Вовремя проводить замену бобин с пластиком на нить другого цвета или если она закончилась.

Но также обратите внимание на такие «моменты»:

• Калибровка. Прежде чем запустить печать, калибруется движение печатающего механизма относительно платформы во всех направлениях с учетом расходного материала.
• Температура. Задается температура плавления пластика. Необходимо добиться того, чтобы слои пластика не накладывались друг на друга, но и пустого пространства между ними не было. Для этого разработан ряд утилит, применяются пробные модели.
• Время создания объекта. Время печати детали зависит от ее габаритов, быстродействия принтера и его точности. Чем выше точность исполнения, тем дольше печатается модель: от нескольких минут до пары часов.

Трехмерная печать плотно вошла в человеческую деятельность. Приобрести принтер или собрать его как сложный конструктор для взрослых смогут многие, как и научиться создавать трехмерные модели. Кто знает, может в скором будущем люди научатся печатать отходами из мебельного производства для экономии экологического материала. Или смогут печатать камни с необычной геометрией для строительства изысканных сооружений по принципу полигональной кладки, которые обнаруживают по всему земному шару.

Быстрое пропитывание

Независимо от нюансов, основано изготовление с помощью этих устройств на быстром пропитывании. Данная концепция предполагает быстрое формирование опытных образцов для демонстрации возможностей, которые дает будущий продукт.

Технология предполагает не удаление материалов, как это бывает при фрезеровании, ковке, сверлении и т.д., а послойное наращивание, т.е. постепенное увеличение массы.

Развитие трехмерной печати в настоящее время идет в нескольких направлениях:

• STL – стереолитография;
• FDM – использование термопластов;
• SLS – спекание лазером.

Второй метод наиболее широко применяем.

Способствую этому такие факторы:

• применение недорогих пластиков;
• техника, простая в эксплуатации.

Работа с терпомпластами, предусмотренная этой технологией, включает использование полилактида, получают который из кукурузы и тростника сахарного. Поэтому, его основным преимуществом считается экологическая чистота.

Функциональность печатных изделий

Она зависит от нескольких факторов:

• качества печати;
• используемого материала и др.

Домашние варианты подходят, чтобы печатать шестеренки, например, для самодельных роботов или корпуса для электронных девайсов. Опытным любителям под силу печать уникальных изделий из современного композитного материала с добавками углеволокна. «Напечатать» игрушки, ручки для посуды и прочее – проблем не составляет. Но, с помощью принтеров можно отремонтировать вещи раритетные, с производства снятые давно.

В России выпуск собственных 3D-принтеров тоже отлажен. Изделия, с помощью их изготовленные, не хуже по качественным характеристикам зарубежным аналогам. Кроме этого, всегда есть, куда обратиться, если потребуется сервисное обслуживание.

Есть еще одна разновидность машин, которые работают с:

• смолами жидкими, для отверждения которых используют свет;
• порошками металлическими и пластиковыми, для спекания которых применяют лазеры;
• изготавливающие из обычной бумаги трехмерные предметы.

An Overview of Selective Laser Sintering

SLS is a process of additive manufacturing that came into being in mid-1980. This method will work with various materials like ceramics, plastics, metal, and certain composite powders. We now categorize this technology as powder bed fusion.

Typically, the most available bed fusion systems are either powder or metal-based. We refer to the plastic option as SLS and the metal-based as selective laser melting SLM. However, the two methods are expensive and sophisticated.

Most of the manufacturers use them to make parts in small quantities, which are of great value. A perfect example is the making of medical devices and aerospace parts.

Сравнение PLA и ABS накаливания

PLA — менее гибкий пластик, чем ABS. Печатные изделия имеют более выраженную блестящую поверхность и гладкую поверхность. Однако для очистки отпечатанного объекта требуются дополнительные усилия. Кроме того, низкая температура стеклования не позволит использовать изделие с печатью PLA в местах с прямыми солнечными лучами или вблизи источников тепла, поскольку они могут нагреваться и терять форму.

Нить PLA 3D позволяет печатать с более высокой скоростью, с более тонким слоем и высокоточными моделями. Это идеальный печатный материал для хобби, дома и в образовательных целях.

АБС — это прочный и гибкий пластик. Он плохо пахнет при нагревании и нуждается в нагревательной пластине во время печати. Эти свойства делают невозможной качественную печать для некоторых 3D-принтеров.

АБС- отпечатанные объекты легко очищаются простой наждачной бумагой, и объект становится более гладким. Кроме того, глянцевый вид получается либо протиранием отпечатанного материала тканью, смоченной в ацетоне, либо с использованием метода ацетонной ванны. ABS также легче обрабатывать повторно, чем PLA, и материал не потеряет своих свойств.

При этом PLA является идеальным материалом для 3D-печати для любителей и любителей домашних 3D-принтеров, в то время как ABS, благодаря своим свойствам, рекомендуется профессиональным инженерам и производителям для производства высококачественных прототипов.

Гидрогель

Учёные из иллинойского Университета (США) напечатали при помощи 3D принтера и гидрогеля биороботов длиной 5-10 мм. На поверхность биороботов поместили клетки сердечной ткани, которые распространились по гидрогелю и начали сокращаться, приводя в движение робота. Такие роботы из гидрогеля способны передвигаться со скоростью 236 микрометров в секунду. В будущем они будут запускаться в организм человека для обнаружения и нейтрализации опухолей и токсинов, а также для транспортировки лекарственных препаратов к месту назначения.

Биороботы из гидрогеля, напечатанные 3D принтером

How does Selective Laser Sintering Work?

The process will begin as a Computer-Aided Design file (CAD). The computer will convert the CAD file into STL format for better interpretation by the 3D printing apparatus.

The most commonly used materials are plastic. The SLS 3D printers utilize a high power laser to fuse small particles of the polymer powder. This powder goes through a thin layer within the build chamber. At this point, the printer will preheat the powder to the right temperature.

The temperature will be less than the material’s melting point. The design assists the laser beam in the rising temperature of particular regions of powder, which traces the model to cause solidification.

The laser will scan a cross-section of your 3D model while heating the powder at the correct material’s melting point. The process will fuse the particles to be mechanically intact, thus creating a solid object.

The unfused powder has a vital role in supporting the part while printing. It will eliminate the requirement for dedicated support structures. The build platform will be lower by a single layer within the build chamber, between 50 and 200 microns. Later, the laser will begin to scan the successive cross-section of the build.

The process will repeat for every layer until the required part becomes complete. The finished product will now cool within the printer gradually.

When the cooling process is over, the operator will remove the build chamber for your printer and takes it to the cleaning station to remove the excess powder.

О технологии селективного лазерного спекания (3D печать SLS)

Промышленная 3D печать из полиамида осуществляется по технологии SLS, когда объект формируется путём
спекания порошка под действием лазерного излучения. Материал наносится на платформу тонким
равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком),
после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем
платформа опускается на толщину одного слоя, и на неё вновь наносится порошкообразный материал.
Порошковая 3D печать не нуждается в
поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта за счёт заполнения
пустот, материалом, что имеет особое значение для 3D печати в промышленности. Для уменьшения
необходимой для спекания энергии температура
рабочей камеры обычно поддерживается на уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, а для
предотвращения окисления процесс проходит в бескислородной среде.