Как работает фотополимерный 3D-принтер

Обновлено: 06.07.2024

Аддитивное производство (обычно называемое 3D-печатью) – это производственный метод, при котором материал добавляется слой за слоем для создания твердого объекта. Существуют разные виды 3D-печати, но это основной принцип каждого процесса. Во-первых, вы должны создать файл САПР, представляющий собой цифровую 3D-модель объекта, которая будет служить основой для производства. Затем программа нарезает файл САПР на слои и отправляет его на принтер, где начинается процесс.

Преимущества:

Срок изготовления обычно составляет 2–3 дня.
Снижение затрат на разработку и производство
Для создания трехмерных компонентов не требуются инструменты. Файл САПР служит основой для производства.
Возможны простые и экономичные изменения компонента
Сниженный риск брака при крупносерийном производстве.
Больше свободы при проектировании компонентов
Значительное сокращение отходов материала во время производства по сравнению с абляционными процессами.

<р>1. Файл САПР (3D-модель) 2. Процесс среза 3. Процесс построения послойным методом

Обзор различных методов 3D-печати

Моделирование наплавлением (FDM) — процесс экструзионной печати материала, при котором термопластичная нить расплавляется и наносится слоями через сопло. Это также называется напылением прядей из расплава или изготовлением плавленых нитей (FFF).
Селективное лазерное спекание (SLS) — процесс печати слиянием в порошковом слое, при котором исходный материал в форме порошка сплавляется слой за слоем с помощью лазера.< br />Стереолитография (SLA) — процесс фотополимеризации в ванне, при котором платформа для сборки медленно опускается в ванну с фотополимерной смолой и выборочно отверждается УФ-лазером.
Мультиструйное моделирование (MJM) — процесс струйной печати, при котором несколько печатающих головок перемещаются горизонтально, накладывая друг на друга слои фотоотверждаемой пластмассы или воска. Материал отверждается с помощью УФ-излучения.
Селективное лазерное плавление (SLM) — процесс печати методом слияния в порошковом слое, аналогичный SLS. Основные отличия заключаются в том, что SLM использует металлический порошок для создания деталей, а лазер плавит материал для формирования однородной детали, а не спекает его.

Моделирование методом плавления (FDM)

Экономично
Быстрая работа
Минимальные отходы материала

Направление давления определяет способ поглощения силы объектом.
Очень тонкие стенки не могут быть изготовлены
Требуются вспомогательные материалы

Селективное лазерное спекание (SLS)

Можно производить очень тонкие компоненты
Также подходит для больших количеств.
Возможна тонкая толщина стенки
Поддерживающие конструкции не требуются
Механически и термически устойчивы.

Высокое энергопотребление
Прозрачная структура невозможна

Стереолитография (SLA)

В настоящее время считается самым точным методом.
Очень гладкие поверхности
Возможны гибкие и блокирующие объекты
Возможны сборки из нескольких частей

При определенных обстоятельствах компонент может быть хрупким
Свобода дизайна может быть ограничена из-за необходимой структуры поддержки.

Многоструйное моделирование (MJM)

Различные материалы можно комбинировать друг с другом.
Высокая степень детализации с мельчайшими структурами.
Возможно большое пространство для установки

Меньший выбор материалов
Ограниченные механические характеристики — не подходит для функциональных прототипов.

Селективное лазерное плавление (SLM)

Материал практически без пор.
Можно сделать движущиеся части
Свобода дизайна

Лишь около 50 % излишков порошка можно использовать повторно.
Высокое энергопотребление
Поверхности часто приходится переделывать

Блог о 3D-печати

Хотите узнать больше о различных типах 3D-печати? Ознакомьтесь с записью в нашем блоге ниже!

Развитие 3D-печати

3D-печать была изобретена в 1980-х годах, и наиболее важные разработки произошли в последние годы. Также становится все более распространенным использование 3D-печати в промышленном производстве. Ожидается, что к 2020 году мировой рынок 3D-печати достигнет 22,4 млрд долларов США.

Фотополимеры, используемые в 3D-печати, обеспечивают высокую детализацию деталей и эстетический реализм конечного продукта, не имеющий аналогов в других технологиях. В случае с прототипами и концептуальными моделями часто бывает необходимо имитировать внешний вид и ощущение конечного продукта. Вот где фотополимеры действительно сияют. При минимальной финишной обработке фотополимерные технологии позволяют быстро изготавливать эстетичные детали, намного быстрее передавая вашу идею вам и вашей команде.

Фотополимеры – это термореактивные материалы или полимеры, свойства которых меняются под воздействием ультрафиолетового излучения. Эти материалы могут быть прозрачными или непрозрачными, гибкими и жесткими, и могут быть специально разработаны для удовлетворения уникальных потребностей применения.

Фотополимеры подходят для моделей и прототипов, не требующих длительного срока хранения, но имеют ограниченный срок службы. Они не устойчивы к ультрафиолетовому излучению и со временем могут обесцвечиваться или деформироваться. Эти свойства являются важными факторами при работе с фотополимерами, но при тестировании определенного внешнего вида или функциональности предполагаемого дизайна материал остается непревзойденным в мельчайших деталях и гладкой поверхности. В Stratasys Direct мы предлагаем широкий ассортимент фотополимеров для двух технологий: PolyJet и Stereolithography.

ПолиДжет

Фотополимеры PolyJet обладают свойствами от каучука до жестких, от прозрачных до непрозрачных, от нейтральных до полноцветных. Технология PolyJet также позволяет нам комбинировать несколько материалов в одной модели для выполнения конкретных требований. Мы можем имитировать литье поверх двух разных фотополимеров, чтобы придать прототипам точное ощущение продукта. Кроме того, PolyJet печатает в полноцветном режиме, добавляя еще один уровень настройки и возможности для эстетики конечного продукта.

PolyJet наносит слои жидкого фотополимера толщиной от 16 микрон (0,0006 дюйма) слой за слоем по мере одновременного отверждения УФ-светом. PolyJet может печатать жесткие и гибкие материалы в одной сборке для создания формованных деталей без инструментов. Технология позволяет получать детали с твердостью по Шору от 27A до 95A. Поскольку PolyJet не требует жестких инструментов для изготовления отформованной детали, он часто используется для прототипов, требующих эластомерной поверхности, таких как ручки или кнопки, или для проверки твердости материала.

За счет смешивания двух или трех базовых смол для создания почти 1000 композитных материалов с определенными предсказуемыми свойствами фотополимеры PolyJet расширяют ваши возможности, поскольку для творческих прототипов можно получить ряд оттенков, прозрачности, значений по Шору А и других свойств.< /p>

Стереолитография

Фотополимеры для стереолитографии (SL) представляют собой смолы на основе эпоксидной или акрилатной смолы, из которых можно создавать прозрачные или непрозрачные, прочные и жесткие детали. Эти материалы имитируют свойства ABS, поликарбоната и полипропилена в слоях толщиной до 0,002 дюйма. В Stratasys Direct мы предлагаем фотополимеры SL со специальной формулой для таких применений, как модели для литья по выплавляемым моделям.

Стереолитография позволяет создавать детали с помощью точного УФ-лазера для отверждения и отверждения тонких слоев смолы. Детали SL после сборки требуют удаления некоторого поддерживающего материала и дальнейшего УФ-отверждения, а также другой требуемой последующей обработки. Наш опыт отделки может взять ваши прототипы SL и превратить их в точную копию вашего готового продукта. Индивидуальная отделка, текстура, цвет, рисунок, экранирование от электромагнитных и радиопомех, гальваническое покрытие и другие функциональные покрытия могут повысить ценность прототипов и моделей.

Материалы для стереолитографии отличаются от материалов PolyJet тем, что некоторые из них обладают более высокой ударопрочностью, устойчивостью к температуре деформации и влажности для функционального прототипирования или моделей. В Stratasys Direct мы предлагаем уникальный стиль почти полой сборки со стереолитографией, который позволяет нам создавать большие концептуальные модели с меньшим весом.Используйте фотополимеры SL для создания легких крупногабаритных деталей гораздо быстрее и с меньшими затратами с помощью этого метода.

Покрытие фотокачества с фотополимерами

Конечным преимуществом изготовления деталей из фотополимеров PolyJet и SL является возможность воплотить в жизнь ваши идеи намного быстрее, чем при использовании традиционных методов производства. PolyJet и SL предлагают очень косметические, иногда большие и чрезвычайно легкие модели, доставленные точно в срок.

Ресурсы по стереолитографии

Врачи из Техасского института сердечной аритмии используют SL для воссоздания точных моделей сердца своих пациентов перед операцией.

3D-печать и литейные цеха

Благодаря более чем 20-летнему опыту мы разработали ключевые решения для наших литейных клиентов.

Более 20 лет опыта позволили нам разработать ключевые решения для наших литейных клиентов.

Руководство по проектированию литья по выплавляемым моделям

Воспользуйтесь свободой проектирования 3D-печатных моделей для литья по выплавляемым моделям.

Что такое SLA-принтеры?

В стереолитографических (SLA) принтерах, впервые выпущенных на рынок компанией 3D Systems, для отверждения смолы используется ультрафиолетовый лазер. Подобно печатающей головке FDM, лазер проходит через жидкую смолу, формируя слой. Сфокусированный лазерный луч полимеризует такой небольшой объем, что при SLA-печати получаются замечательные мелкие детали. Промышленные принтеры, такие как 3D Systems, могут воспроизводить элементы размером до 0,125 мм. Меньшие по размеру и более доступные SLA-принтеры, такие как Formlabs или Peopoly, имеют гораздо меньшие объемы печати, но все же превосходят FDM-принтеры по качеству поверхности и деталям.

Что такое DLP-принтеры?

Принтеры с цифровой обработкой света (DLP) проецируют интенсивный ультрафиолетовый свет на каждый слой полимера, используя ту же технологию, что и некоторые проекторы для домашних кинотеатров. Ультрафиолетовые светодиоды светят на массив из миллионов маленьких зеркал, называемый цифровым микрозеркальным устройством (DMD). Каждое зеркало изгибается, чтобы отражать ультрафиолетовый свет в сторону смолы или от нее. Эти пиксели объединяются, чтобы создать изображение среза в смоле, отверждая слой в процессе. Принтер DLP затвердевает весь срез сразу, выполняя задания намного быстрее, чем принтер SLA, за счет детализации поверхности.

Что такое ЖК-принтеры?

Принтеры из полимера, которые более доступны для малого бизнеса или любителей, обычно используют технологию жидкокристаллического дисплея (ЖК-дисплея). Так же, как дисплей смартфона, пиксели ЖК-дисплея открываются, пропуская свет и создавая изображение. В случае с полимерным принтером свет является ультрафиолетовым, и изображение затвердевает в слое смолы. ЖК-принтеры также печатают каждый слой одновременно, что дает им то же преимущество в скорости, что и DLP-принтеры. Однако размер и качество печати ограничены разрешением, размером и плотностью пикселей ЖК-панели.

Сколько стоит полимерный 3D-принтер?

Цены на полимерные 3D-принтеры варьируются в широком диапазоне. Промышленные принтеры таких компаний, как 3D Systems, стоят шестизначные суммы. С другой стороны, ЖК-принтеры, предназначенные для любителей, могут стоить менее двухсот долларов. Цены на сами смолы могут варьироваться от 20 долларов США за литр для базовых прототипов до сотен долларов США за литр специальных смол.

Разница между 3D-печатью на основе смолы и 3D-печатью на основе нити видна, когда вы вытаскиваете объект из кровати. Объекты, созданные с помощью полимерной печати, могут быть более детализированными и согласованными с меньшим количеством артефактов печати.Однако объекты, созданные с помощью филаментной печати, обладают лучшими техническими характеристиками и более широким диапазоном материалов и стилей.

При использовании обоих материалов могут возникнуть проблемы с безопасностью. Как и некоторые нити, смолы являются раздражителями и опасны ядом. Ношение перчаток и адекватная вентиляция являются обязательными. Пользователи должны быть обучены надлежащим процедурам безопасности при работе со смолами и их утилизации.

Ультрафиолетовые световые лучи в принтерах DLP и LCD больше, чем в принтерах SLA, но все же обеспечивают более мелкие детали, чем принтеры FDM. А с более тонким шагом в расположении слоя более тонкие слои могут создавать окончательные объекты без видимых следов слоя.

В отличие от FDM-печати, ориентация печати не влияет на прочность деталей, напечатанных смолой. Процесс отверждения не является мгновенным, поэтому затвердевающая смола химически связывается с окружающей средой. Каждый новый слой соединяется со слоем выше, образуя сплошную деталь без зазоров, оставляемых филаментными принтерами, или с различной прочностью в зависимости от ориентации.

Хотя принтеры с технологией наплавления (FDM) не могут обеспечить тот же уровень детализации, что и полимерные 3D-принтеры, эти принтеры обеспечивают более творческий контроль. Принтеры FDM можно переконфигурировать, например, заменив сопла, чтобы лучше сбалансировать качество и скорость для конкретного задания.

Множество различных волокнистых материалов, таких как PLA, нейлон или ТПУ, позволяют получить нужные свойства для вашей детали. И каждый тип нити может иметь ряд цветов и других добавок для придания особого вида. FDM-печать — лучший выбор для долговечных объектов или всего, что должно быть безопасно для детей.

Отличная детализация.
Создавайте детализированные детали с точными размерами для прототипов или готовых изделий.

Гладкая поверхность:
Особенно для принтеров SLA поверхность окончательного отпечатка может не нуждаться в постобработке.

Широкое разнообразие материалов.
Создавайте прототипы и детали ограниченного использования с различными свойствами.

Чистые опоры:
поддержки и материал, который они оставляют после себя, легко удаляются.

Высокая скорость:
быстрее, чем другие технологии быстрого прототипирования для воспроизведения детализированных/точных деталей.

Низкие затраты:
Дешевле, чем традиционные методы прототипирования, создания форм для отливок и других применений.

Водонепроницаемые отпечатки.
Сплошные отпечатки водонепроницаемы. Кроме того, смолы не гигроскопичны, поэтому они не чувствительны к влаге.

Небольшой объем печати.
Более дешевые технологии печати смолой ограничивают размеры отпечатков.

Соображения по дизайну:
Геометрия, опоры и другие факторы должны быть встроены в дизайн и модель среза.

Много опорных конструкций:
Меньше снисходительности к выступам, смола требует больше опор.

Обязательная постобработка:
Объект должен быть вымыт, высушен и отвержден, прежде чем он будет действительно завершен.

Непрерывное отверждение:
Воздействие УФ-излучения продолжает отверждение объекта, что приводит к деформации и растрескиванию.

Расходы.
Первоначальные и периодические расходы намного выше.

Непростые разрешения.
Хотя высокие разрешения возможны, конечный результат зависит от полимера, дизайна детали и настроек слайсера.

Какие объекты вы печатаете? Смола лучше всего работает при производстве ограниченного количества мелких деталей с мелкими деталями, которые не требуют прочности и выбора материала, характерного для филаментной печати.

Готовы ли вы эксплуатировать и обслуживать принтер? Вы возьмете на себя все неудобства, связанные с безопасным обращением со смолой, а также с очисткой и отверждением деталей.

Можете ли вы позволить себе полную стоимость владения? Более мощные принтеры недешевы. А полимерная печать требует долгосрочных затрат на расходные материалы и запасные части.

Часто задаваемые вопросы

Да, первый шаг после каждого отпечатка – это смыть незатвердевший слой, включая смолу внутри детали, прежде чем дать детали высохнуть. Это также место, где вы удаляете все следы опор. Возможно, вам потребуется дополнительно вылечить объект в камере с УФ-освещением.

Ваша деталь может нуждаться в более типичной постобработке после этого этапа для достижения окончательного качества поверхности.

Многие навыки, необходимые для FDM-печати, — навыки 3D-дизайна, инженерный или эстетический опыт и т. д. — применимы и к SLA-печати. Но это разные процессы с использованием разных материалов. Стабильный успех с SLA-печатью приходит только с изучением и опытом. К счастью, существует множество ресурсов, которые помогут вам начать работу.

Производители автомобилей используют SLA-принтеры для создания прототипов приборных панелей диаметром более метра. В этом случае трата миллионов на приобретение, эксплуатацию и техническое обслуживание имеет смысл. С другой стороны, художники и любители, которым нужны недорогие варианты, будут использовать принтеры FDM для печати больших объемов работ.

Нет. Большинство фотополимерных смол ядовиты и раздражают кожу. Вы должны обратиться за медицинской помощью после вдыхания, прикосновения или проглатывания смолы. Готовые отпечатки могут содержать некоторое количество смолы после отверждения, а твердый фотополимер может выщелачивать материал. В результате даже «биосовместимые» смолы для медицинских применений не следует использовать с пищевыми продуктами.

Вы хотите использовать 3D-печать, но не знаете, как работают 3D-принтеры? Или, может быть, вы уже используете 3D-печать, но не совсем понимаете, как работают эти впечатляющие 3D-машины. Вот почему сегодня мы решили сосредоточиться на этих удивительных системах 3D-печати.

Как работает 3D-принтер? Существуют ли разные типы 3D-принтеров? Давайте углубимся в технологию 3D-печати!

Что такое 3D-принтер?

Поначалу 3D-печать кажется чем-то вроде волшебства, но мы видим, что эта удивительная технология может помочь строить дома или любые предметы из нашей повседневной жизни. Но как это работает?

Во-первых, давайте вернемся к основам и посмотрим, что такое 3D-принтер. Аддитивное производство, от металла до пластика или даже шоколада, дает жизнь множеству различных проектов. Существует не один тип 3D-принтера, существует множество существующих машин и множество различных методов печати.

Вот основной процесс 3D-печати: сначала вам нужно получить 3D-файл. 3D-дизайн необходим при запуске проекта 3D-печати, это цифровая версия проекта, которую вы будете печатать в 3D.

Затем вам нужно будет выбрать технологию 3D-печати, необходимую для вашего проекта. Каждый материал имеет свои свойства, ваш выбор будет полностью зависеть от характера вашего проекта. Вам нужен быстрый прототип или продукт для конечного использования? Ваш объект должен быть термостойким, гибким или действительно устойчивым к нагрузкам? Этот выбор, безусловно, является важным шагом в этом процессе, и он будет определять качество и согласованность вашего проекта.

После всего этого ваш 3D-дизайн будет отправлен на 3D-принтер для создания трехмерного объекта с последовательностью слоев. Но какие 3D-принтеры существуют на рынке и как они работают?

Что может 3D-принтер?

Аддитивное производство может использоваться дизайнерами, инженерами и всеми, кто хочет разработать проект и ищет такие преимущества, как инновации, адаптируемость и масштабируемость по привлекательной цене.

Для производства или быстрого прототипирования 3D-принтеры предлагают широкий спектр возможностей для многих отраслей, таких как автомобилестроение, мода, медицина или развлечения. Реквизит, украшения, инструменты, запасные части, протезы… Список объектов, которые действительно можно напечатать в 3D, кажется бесконечным.

Благодаря разнообразию материалов и разработке высокоэффективных материалов самые требовательные отрасли теперь могут приступить к внедрению аддитивного производства.

В чем преимущества 3D-печати?

Если вас интересуют 3D-принтеры и то, как они работают, вам также необходимо понимать все их преимущества. Вот основные преимущества использования аддитивного производства:

3D-печать обеспечивает большую гибкость для вашего бизнеса. Когда вам нужна деталь, вы можете просто напечатать ее на 3D-принтере. Если вам нужно изменить деталь, вы также можете распечатать ее на 3D-принтере. С помощью онлайн-сервиса 3D-печати, такого как Sculpteo, вы можете заказать необходимое вам количество деталей, минимума нет, от 1 до 10 000+ деталей, вы производите только то, что вам нужно, по требованию.

Аддитивное производство — отличное решение, если вам нужно ускорить разработку продукта. Вы получите лучшее и более эффективное управление итерациями. Время – деньги, а деньги бесценны при ведении бизнеса и разработке проектов. Экономия времени и ускорение всего цикла разработки продукта — важнейшая часть вашего бизнеса.

Одним из самых больших преимуществ 3D-печати является свобода дизайна. Вы можете воссоздать все свои идеи, чтобы превратить их в реальные объекты. Можно напечатать даже самую сложную геометрию. Используя 3D-печать, вы избавитесь от ограничений традиционного производства.Создание дизайна для послойного процесса, такого как 3D-печать, также немного отличается: например, 3D-дизайн, созданный для литья под давлением, не будет адаптирован для 3D-печати.

Массовая настройка может быть преимуществом для многих отраслей, от медицины до производства потребительских товаров и автомобилестроения. Например, аддитивное производство позволяет создавать протезы или инструменты по индивидуальному заказу в медицинской промышленности. Но его также можно использовать для создания адаптированных очков с помощью 3D-печати.

Внедрение аддитивного производства в ваш технологический процесс также является идеальным решением для переосмысления вашей цепочки поставок и начала думать о дематериализации вашего хранилища. С 3D-печатью нет необходимости хранить ваши детали, вы можете просто распечатать их, когда они вам понадобятся. Действительно, эта передовая технология хороша для печати небольших объемов. Это может быть даже более экономично, чем другие традиционные производственные процессы. Когда у вас будет готовый 3D-файл, вам просто нужно распечатать его с помощью онлайн-сервиса 3D-печати, такого как Sculpteo.

Читайте также: