Користувач:DulibL/Процеси 3D друку
 | Ця стаття не містить посилань на джерела. (20 листопада 2023) |
 | В іншому мовному розділі є повніша стаття DulibL/Процеси 3D друку(англ.). Ви можете допомогти, розширивши поточну статтю за допомогою перекладу з англійської.
|
Процеси 3D-друку — процеси виробництва тривимірних об'єктів за допомогою адитивного виробництва. Використовуються різноманітні процеси, обладнання та матеріали. 3D-друк також відомий як адитивне виробництво, оскільки численні доступні процеси 3D-друку, як правило, є адитивними за своєю природою, з кількома ключовими відмінностями в технологіях і матеріалах, що використовуються в цьому процесі.
Деякі з різних типів фізичних перетворень, які використовуються в 3D-друку, включають у себе екструзію розплаву, світлову полімеризацію, безперервне виробництво рідкого інтерфейсу і спікання.
У виробництві тривимірного об’єкта за допомогою адитивного виробництва використовуються різні процеси , обладнання та матеріали . 3D-друк також відомий як адитивне виробництво, оскільки численні доступні процеси 3D-друку, як правило, є адитивними за своєю природою, з кількома ключовими відмінностями в технологіях і матеріалах, що використовуються в цьому процесі.
Деякі з різних типів фізичних перетворень, які використовуються в 3D-друку, включають екструзію з розплаву, світлову полімеризацію, безперервне виробництво розділу рідини та спікання.
.jpg)
Типи процесів 3D друку[ред. | ред. код]
Існує багато різних процесів 3D-друку, які можна згрупувати в сім категорій:
- Чанна фотополімеризація
- Струменевий матеріал
- Струменеве в'яжуче
- Сплавлення порошкового шару
- Екструзія матеріалу
- Спрямоване енергетичне осадження
- Ламінування листів
Кожен процес та обладнання має свої переваги та недоліки. Зазвичай це такі аспекти, як швидкість, вартість, універсальність по відношенню до вихідного матеріалу, геометричні обмеження і допуски, а також механічні та зовнішні властивості продукції, такі як міцність, текстура і колір.
Різноманітність процесів та обладнання дає змогу для численних застосувань як аматорами, так і професіоналами. Деякі з них краще піддаються промисловому використанню (в цьому випадку перевага надається терміну «адитивне виробництво»), тоді як інші роблять 3D-друк доступним для пересічного споживача. Деякі принтери достатньо великі, щоб виготовляти будівлі, тоді як інші — об'єкти мікро- та нанорозмірів, і загалом багато різних технологій можуть бути використані для фізичного виробництва спроектованих об'єктів.
Процеси[ред. | ред. код]
З кінця 1970-х років було винайдено кілька процесів 3D-друку. Спочатку принтери були великими, дорогими і дуже обмеженими в тому, що вони могли виробляти.
Зараз існує велика кількість адитивних процесів. Основні відмінності між процесами полягають у способі нанесення шарів для створення деталей і в матеріалах, які використовуються. Деякі методи плавлять або розм'якшують матеріал для отримання шарів, наприклад, селективне лазерне плавлення (SLM) або пряме лазерне спікання металу (DMLS), селективне лазерне спікання (SLS), моделювання плавленим осадженням (FDM), або виготовлення плавлених ниток (FFF), тоді як інші затверджують рідкі матеріали за допомогою різних складних технологій, таких як стереолітографія (SLA). При виготовленні ламінованих об'єктів (LOM) тонкі шари вирізаються за формою і з'єднуються (наприклад, папір, полімер, метал). Осадження частинок за допомогою струменевої технології друкує шари матеріалу у вигляді окремих крапель. Кожна крапля твердого чорнила з термоплавкого матеріалу фактично друкує одну частинку або один об'єкт. Кольорові термоплавкі чорнила друкують окремі краплі CMYK одна на одну, створюючи єдиний кольоровий об'єкт з 1-3 шарів, що сплавляються разом. Складні 3D-моделі друкуються багатьма краплями, що перекривають одна одну і сплавляються в шари, як визначено в розрізаному CAD-файлі. Струменева технологія дозволяє створювати суцільні 3D-моделі або структури з відкритими комірками, як визначено конфігурацією струменевого друку 3D-принтера. Кожен метод має свої переваги та недоліки, тому деякі компанії пропонують вибір порошку та полімеру для матеріалу, що використовується для створення об'єкта. Інші іноді використовують стандартний, готовий діловий папір як будівельний матеріал для виготовлення міцного прототипу. Основними факторами при виборі машини, як правило, є швидкість, вартість 3D-принтера, вартість надрукованого прототипу, вибір і вартість матеріалів, а також можливості роботи з кольором.
Принтери, які працюють безпосередньо з металами, зазвичай дорогі. Однак дешевші принтери можна використовувати для виготовлення форми, яка потім використовується для виготовлення металевих деталей.
| Type | Technologies | Materials |
|---|---|---|
| Струменеве подавання матеріалу | Осадження частинок на вимогу або безперервне (одно- або багатоструменеве) осадження частинок | Термоплавкі матеріали (віск, термопласти, металеві сплави), дисперсні матеріали (технічна кераміка, метали, полімери) |
| Екструзія матеріалів | Моделювання плавленим осадженням (FDM) або виготовлення плавлених ниток (FFF) та виготовлення плавлених гранул або плавлених частинок | Термопласти, евтектичні метали, їстівні матеріали, каучуки, пластилін, глина для ліплення, пластилін |
| Роботизоване лиття або MIG-зварювання 3D-друк або прямий запис чорнилом (DIW) або адитивне виробництво металів (EAM) і кераміки (EAC) на основі екструзії | Металокерамічні сполучні суміші, такі як металокераміка, керамічні сполучні суміші (включаючи керамічну глину та керамічні суспензії), металокераміка, металокерамічні композити, металокерамічні композити, метал (MIG-зварювання). | |
| Адитивне фрикційне осадження з перемішуванням (AFSD) | Металеві сплави | |
| Виробництво композитних ниток (CFF) | Нейлон або нейлон, армований вуглецевими, кевларовими або скляними волокнами | |
| Легко полімеризується | Стереолітографія (SLA) | Фотополімер (включаючи прекерамічні полімери) |
| Цифрова обробка світла (DLP) | Фотополімер | |
| Безперервне виробництво рідких інтерфейсів (CLIP) | Фотополімер + термоактивована хімія | |
| Порошковий шар | 3D-друк на порошковому шарі та струменевою головкою (3DP) | Практично будь-які металеві сплави, порошкові полімери, гіпс |
| Електронно-променева плавка (EBM) | Практично будь-який металевий сплав, включаючи титанові сплави | |
| Селективне лазерне плавлення (SLM) | Титанові сплави, кобальто-хромові сплави, нержавіюча сталь, алюміній | |
| Селективне термічне спікання (СВС) | Термопластичний порошок | |
| Селективне лазерне спікання (SLS) | Термопласти, металеві порошки, керамічні порошки | |
| Пряме лазерне спікання металу (DMLS) | Металеві сплави | |
| Ламінований | Виробництво ламінованих об'єктів (LOM) | Папір, металева фольга, поліетиленова плівка |
| Порошкова подача | Лазерне осадження металів (LMD) або осадження з направленою енергією (DED) | Сплави металів |
| Надвисокошвидкісне лазерне наплавлення (EHLA) | Сплави металів | |
| Дріт | Електронно-променеве виготовлення вільної форми (EBF3) | Сплави металів |
| Дротяно-дугове адитивне виробництво (WAAM) | Сплави металів |
Великі 3D-принтери [ редагувати ][ред. | ред. код]
Великі 3D-принтери були розроблені для промислового, освітнього та демонстраційного використання. Великий 3D-принтер у дельта-стилі був створений у 2014 році SeeMeCNC. Принтер здатний створювати об’єкти діаметром до 4 футів (1,2 м) і висотою до 10 футів (3,0 м). Він також використовує пластикові гранули як сировину замість типових пластикових ниток, які використовуються в інших 3D-принтерах.
Ще один тип великих принтерів — це технологія виробництва великих площ (BAAM). Мета полягає в тому, щоб розробити принтери, які можуть друкувати великі об’єкти з високою швидкістю. Машина BAAM компанії Cincinnati Incorporated може створювати об’єкти зі швидкістю, яка у 200-500 разів перевищує швидкість типових 3D-принтерів, доступних у 2014 році. Ще одну машину BAAM розробляє Lockheed Martin з метою друкувати довгі об’єкти до 100 футів (30 м). ) для використання в аерокосмічній промисловості.
Мікро- та нанорозмірний 3D-друк [ редагувати ][ред. | ред. код]
Методи виготовлення мікроелектронних пристроїв можуть бути використані для виконання 3D-друку об’єктів нанорозміру. Такі друковані об’єкти зазвичай вирощують на твердій підкладці, наприклад, кремнієвій пластині, до якої вони прилипають після друку, оскільки вони занадто малі та крихкі, щоб ними маніпулювати після створення.
В одній техніці 3D-наноструктури можна надрукувати шляхом фізичного переміщення динамічної трафаретної маски під час процесу нанесення матеріалу, дещо аналогічного методу екструзії традиційних 3D-принтерів. Наноструктури програмованої висоти з роздільною здатністю всього 10 нм були створені таким чином шляхом фізичного осадження з парової фази металу за допомогою трафаретної маски з механічним п`єзоприводи , що має подрібнену нанопору в мембрані з нітриду кремнію.
Інший метод покращує процес фотополімеризації в набагато меншому масштабі, використовуючи тонко сфокусовані лазери, керовані регульованими дзеркалами. Цей метод створив об’єкти з роздільною здатністю 100 нм. Мідні дроти шириною в мікрон і довжиною в міліметри також були надруковані за допомогою лазерів.
Споживче використання
Усі пластикові деталі для машини справа були виготовлені машиною ліворуч. Адріан Бойєр (ліворуч) і Вік Олівер (праворуч) є учасниками проекту RepRap .
Кілька проектів і компаній докладають зусиль для розробки доступних 3D-принтерів для домашнього настільного використання. Значна частина цієї роботи була спрямована на спільноти DIY / Maker / ентузіастів / ранніх користувачів з додатковими зв’язками з академічними та хакерськими спільнотами.
RepRap Project — один із найтриваліших проектів у категорії настільних комп’ютерів. Проект RepRap спрямований на створення безкоштовного апаратного 3D-принтера з відкритим вихідним кодом (FOSH), повні специфікації якого оприлюднено під ліцензією GNU General Public License , який здатний копіювати себе, друкуючи багато власних (пластикових) частин для створення більшої кількості машин. Вже доведено, що RepRaps здатні друкувати друковані плати та металеві частини. Найпопулярнішим 3D-принтером у світі є Prusa i3 , принтер RepRap.
Через FOSH-цілі RepRap багато пов’язаних проектів використовували їхній дизайн для натхнення, створюючи екосистему пов’язаних або похідних 3D-принтерів, більшість із яких також є розробками з відкритим кодом. Доступність цих конструкцій з відкритим вихідним кодом означає, що легко винаходити варіанти 3D-принтерів. Однак якість і складність дизайну принтера, а також якість набору чи готової продукції значно відрізняються від проекту до проекту. Цей стрімкий розвиток 3D-принтерів з відкритим кодом викликає інтерес у багатьох сферах, оскільки він дає змогу гіперналаштувати та використовувати дизайн загальнодоступного домену для виготовлення відповідної технології з відкритим кодом . Ця технологія також може допомогти ініціативам сталого розвитку , оскільки технології легко та економічно виготовляються з ресурсів, доступних місцевим громадам.
Приблизно з 2010 року вартість 3D-принтерів різко знизилася: машини, які раніше коштували 20 000 доларів, зараз коштують менше 1 000 доларів. Наприклад, станом на 2013 рік кілька компаній і окремих осіб продають деталі для створення різних конструкцій RepRap , ціни починаються приблизно від 400 євро / 500 доларів США. Проект Fab@Home з відкритим вихідним кодом розробив принтери для загального використання з будь-чим, що можна впорскувати через сопло, від шоколаду до силіконового герметика та хімічних реактивів. Принтери, створені за проектом проекту, доступні від постачальників у комплектах або в попередньо зібраному вигляді з 2012 року за цінами в діапазоні 2000 доларів США. [90] Кілька нових 3D-принтерів, включаючи mUVe3D і Lumifold, орієнтовані на невеликий недорогий ринок. Rapide 3D розробила краудсорсинговий 3D-принтер професійного рівня вартістю 1499 доларів США, який не має випарів і постійного брязкоту під час використання. 3Doodler , «ручка для 3D-друку», зібрала 2,3 мільйона доларів на Kickstarter, а ручки продавалися за 99 доларів, хоча 3D Doodler критикували за те, що він більше нагадує ручку для рукоділля, ніж 3D-принтер.
Оскільки витрати на 3D-принтери знизилися, вони стають фінансово привабливішими для самостійного виготовлення особистих товарів. Крім того, продукти для 3D-друку вдома можуть зменшити вплив виробництва на навколишнє середовище за рахунок зменшення використання матеріалів і впливу на розподіл.
Крім того, кілька RecycleBots , таких як комерційний Filastruder, були розроблені та виготовлені для перетворення пластикових відходів, таких як контейнери для шампуню та глечики для молока, у недорогу нитку RepRap. Є деякі докази того, що використання цього підходу розподіленої переробки краще для навколишнього середовища.
Розробка та гіперналаштування 3D-принтерів на основі RepRap створили нову категорію принтерів, придатних для малого бізнесу та споживачів. Такі виробники, як Solidoodle, Robo 3D , RepRapPro та Pirx 3D, представили моделі та комплекти вартістю менше 1000 доларів США, що на тисячі менше, ніж у вересні 2012 року. Залежно від програми, роздільної здатності друку та швидкості виготовлення знаходиться десь між персональним принтером і промисловим принтером. Зберігається список принтерів із цінами та іншою інформацією. Зовсім недавно дельта-роботи , такі як TripodMaker, використовувалися для 3D-друку, щоб ще більше збільшити швидкість виготовлення. Для дельта-3D-принтерів через його геометрію та диференціаційні рухи точність друку залежить від положення головки принтера.
Деякі компанії також пропонують програмне забезпечення для 3D-друку як підтримку обладнання, виробленого іншими компаніями.
Ламінування[ред. | ред. код]
Основна стаття: Виробництво ламінованих виробів
У деяких принтерах як будівельний матеріал можна використовувати папір, що зменшує вартість друку. У 1990-х роках деякі компанії продавали принтери, які вирізали поперечні перерізи зі спеціального клейкого паперу за допомогою вуглекислого лазера, а потім ламінували їх разом.
У 2005 році Mcor Technologies Ltd розробила інший процес із використанням звичайних аркушів офісного паперу, леза з карбіду вольфраму для вирізання форми та вибіркового нанесення клею та тиску для склеювання прототипу.
Існує також ряд компаній, що продають принтери, які друкують ламіновані об’єкти за допомогою тонкого пластику та металевих листів.
|
Технології 3D друку | |
|---|---|
| Фотополімеризація смоли |
|
| Екструзія матеріалу |
|
| Порошкове скріплення/злиття |
|
| Листове ламінування |
|
| Спрямований вклад енергії |
|
| Будівельний друк |
|
| Споріднені теми |
|