Типы и характеристики 3D-принтеров

Технологии печати 3д-принтеров

Выделяют несколько базовых технологий 3d-принтеров, на основе которых разрабатываются новейшие методы печати трехмерных объектов.

FDM (Fused Deposition Modeling)

С технологии FDM началась эпоха создания бытовых и промышленных 3д-принтеров. Такие агрегаты оснащены экструзионной головкой – она нагревает рабочий материал до пластичного состояния и выдавливает сквозь сопло, которое движется по заданной траектории. Объект создается путем послойного наложения материала.

SLA технология (Stereolithography)

Некоторые устройства работают на базе технологии SLA (стереолитография), в рамках которой лежит процесс вулканизации материала с помощью лазера. Под воздействием лазерного излучения в ультрафиолетовом спектре происходит отверждение жидкой фотополимерной смолы, которая наносится слой за слоем. Данный вид объемной печати позволяет создавать объекты с точной детализацией и высоким качеством поверхности, но готовые изделия требуют постобработки в специальной камере для придания необходимой прочности.

Метод цифровой светорасширенной стереолитографии (DLP - Digital Light Processing) подразумевает использование проектора для отверждения сразу всего слоя фотополимера. Это ускоряет процесс изготовления изделий, но в ущерб детализации. Аппараты MPL (многофотонная литография) с использованием сфокусированного лазерного луча применяются для создания структур микроскопических размеров.

SLS технология (Selective Laser Sintering)

Функционируют 3d-принтеры технологии SLS по тому же принципу, что и SLA, но вместо жидкого фотополимера используется рабочий материал в виде порошка, который точечно расплавляется лазером. Технология лазерного спекания позволяет создавать объекты из полимеров, керамики, различных металлов, включая бронзу, сталь, титан. В процессе изготовления объекта не требуется использовать поддерживающие конструкции, что относят к важным достоинствам SLS-печати. Недостатком является пористость поверхности изделия, ее требуется обрабатывать.

SLM технология (Selective Laser Melting)

В отличие от технологии лазерного спекания устройства SLM-печати полностью расплавляют порошковый материал лучом лазера, что дает возможность изготавливать высокопрочные объекты из разнообразных металлов и сплавов. К тому же типу 3д-принтеров относят аппараты DMLS (Direct Metal Laser Sintering), LENS (Laser Engineered Net Shaping). Они используются для промышленного производства высокоточных металлических медицинских изделий, деталей для аэрокосмической, автомобильной и другой промышленности. А метод электронно-лучевого плавления (EBM - Electron Beam Melting) подразумевает использование электронного луча – им плавят порошок в вакуумной камере.

Binder Jetting технология

Данный способ объемной печати заключается в нанесении связующего вещества (биндера) на тонкие слои рабочего материала в виде порошка. Каждый новый слой укладывается поверх затвердевшего. Метод позволяет создавать крупные сложные объекты в короткие сроки. Для окрашивания изделия в биндер можно добавлять красители. К недостаткам метода относят шероховатую поверхность объектов и необходимость их запекать для придания прочности.

Эта же технология известна под названием 3DP (three dimensional printing), с ее помощью можно изготавливать объекты из стеклянного, костного, бронзового, резинового порошка. По такому же принципу создают съедобные изделия из шоколадного порошка или измельченного сахара, в качестве связующего вещества выступает пищевой клей.

Набирает популярность метод объемной печати MJF (Multi Jet Fusion) – связующий агент наносится на слой полимерного порошка, а затем происходит полимеризация под воздействием инфракрасного излучателя. Данный способ печати позволяет получать высококачественные изделия из эластомеров.

LOM (laminated object manufacturing)

Трехмерный объект получают путем склеивания под прессом или спекания заготовок из тонких ламинированных листов, вырезанных по заданному контуру на высокоточном оборудовании. Материалом может служить пластик, бумага, алюминиевая фольга.

Классификация 3д-принтеров

Рассматривая, чем 3д-принтеры отличаются между собой, в первую очередь стоит обратить внимание на особенности технологии и область применения оборудования.

Вид технологии

По принципу работы различают следующие типы 3д-принтеров:

1. Отверждение фотополимерных материалов:

• SLA (стереолитография);
• DLP (цифровая проекционная стереолитография);
• MPL (многофотонная литография);
• комбинированные устройства, где используются технологии SLA и DLP.

2. Непосредственное спекание или сплавление материалов:

• FDM (метод послойного наплавления);
• SLS (селективное лазерное спекание);
• SLM (селективное лазерное плавление);
• DMLS (прямое лазерное спекание металлов);
• EBM (электронно-лучевое плавление);
• комбинированное устройство DED (Directed Energy Deposition – прямой подвод энергии), где задействуется лазерное и электронно-лучевое напыление металла.

3. Спекание/сплавление с использованием связующих веществ:

• Binder Jetting (впрыск связующего вещества);
• 3DP (трехмерная печать);
• MJF (многоструйное сплавление).

4. Полистовая сборка – LOM (печать объектов методом ламинирования).

5. Гибридные устройства. Аппараты, где комбинируются разные технологии, к примеру, SLA и FDM.

Область применения

Одним из ключевых оснований классификации 3д-принтеров является специфика использования оборудования для объемной печати.

Бытовые модели

Модели для бытового применения – это компактные, простые в управлении и относительно недорогие устройства, работающие с доступными расходными материалами. Обычно 3d-принтер для дома функционирует по технологии FDM и используется:

• для хобби, творчества;
• для обучения и экспериментов;
• для малого предпринимательства.

В эту категорию входят аппараты Creality Ender-3 Max, Anycubic Kobra 2 Plus, Picaso 3D Designer Classic, Anycubic Photon Mono 2.

Профессиональные модели

Чем отличаются профессиональные 3д-принтеры от бытовых? Печатающие устройства такого уровня базируются на разных технологиях, включая SLS, SLA, DMLS, и работают со многими видами материалов. Они характеризуются высокой точностью и детализацией печати, обеспечивают повторяемость результата, позволяют интегрировать профессиональные программные решения в области 3D-моделирования.

Профессиональные 3D-принтеры используют для создания:

• макетов зданий в архитектуре;
• прототипов интерьеров в дизайне;
• функциональных деталей и сборок в инженерии;
• экспериментальных устройств, уникальных образцов в исследовательских лабораториях;
• изделий различного назначения в малом и среднем предпринимательстве.

В топ входят модели Hercules G4, Intamsys Funmat HT Enhanced, Creatbot D600 Pro, XYZ PARTPRO 150 XP, UNIZ nbee.

Промышленные модели

Промышленный 3д-принтер – это оборудование для крупносерийного производства изделий, изготовления объектов больших размеров. Такие установки характеризуются высокой производительностью и увеличенным объемом рабочей области, позволяют изготавливать прочные функциональные детали сложной конфигурации разных размеров вплоть до крупных. Применяются различные технологии печати, в том числе Binder Jetting, EBM, SLM. В качестве рабочего материала используются композиты, высокопрочные пластики, металлы. 3D-принтеры промышленного назначения интегрируются с производственными линиями, работают под управлением программного обеспечения для автоматизации печати.

Высоким спросом пользуются модели HBD 350, Robotech R-2000, TPM3D S480, Total Z Anyform 450-PRO, CREATBOT D600 PRO.

Изображение от freepik