Изчерпателно ръководство за 3D печатни материали
Table of Contents
- Видове технологии за 3D печат и предпочитани материали
- Пластмаси в 3D печат
- 3D печат на метали
- 3D печат на керамика и екзотични материали
- Композитни материали и 3D печат
- Как да изберете вашите идеални материали за 3D печат
- Последваща обработка на 3D отпечатани обекти
- Бъдещето на материалите за 3D печат
- The Takeaway
- Прочетете повече
3D технология за печат направи революция в производството и продуктовия дизайн през последните години. Известно още като адитивно производство, 3D принтирането изгражда обекти слой по слой, използвайки материали като пластмаси, метали, керамика и композити. Като възможностите на Хардуерът и материалите за 3D печат продължават да напредват, повече индустрии възприемат тази технология. Но с толкова много налични машини и опции за материали, това може да стане непосилно за новодошлите. Това ръководство има за цел да предостави изчерпателен преглед на често срещаните технологии и материали за 3D печат.
Видове технологии за 3D печат и предпочитани материали
Съществуват няколко метода за сливане на материали по време на процеса на наслояване при 3D печат:
- Моделиране на разтопено отлагане (FDM) принтерите екструдират нагрети термопластични нишки през дюза върху строителната плоча. Обикновено се използват ABS и PLA пластмаси.
- Стереолитография (SLA) втвърдява течната смола във втвърдена пластмаса с помощта на ултравиолетов лазерен лъч, насочен от сканиращи огледала. Смолите са формулирани за нисък вискозитет и бързо време на втвърдяване.
- Селективно лазерно синтероване (SLS) синтероват фини пластмасови, керамични или метални прахове заедно с високомощен лазер. Не са необходими поддържащи структури и могат да бъдат произведени сложни вътрешни характеристики.
- гпряк Мetal Ласър Синтеринг (DMLS) е подобна технология на прахово легло, предназначена специално за обработка на метални сплави с висока якост.
Други методи като струйно нанасяне на материал и струйно струйно свързване могат да отпечатват пълноцветно или да използват екзотични метални сплави. Възможностите продължават да се разширяват с напредването на технологиите и материалите за 3D печат.
Пластмаси в 3D печат
Инженерите по материали продължават да развиват възможностите на термопластмасите за FDM печат. Ето някои усъвършенствани нишки способни да отпечатват трайни продукти за крайна употреба:
- ASA (акрилонитрил стирен акрилат)предлага устойчивост на ултравиолетови лъчи, близка до ABS, заедно със способността за външни атмосферни условия.
- PC (поликарбонат)произвежда супер здрави пластмасови компоненти, способни да заменят обработените метални части в някои случаи. Ноу-хауто в печатането обаче е от съществено значение за добрата адхезия между слоевете.
- TPU (термопластичен полиуретан) и гъвкави TPE нишкипозволяват подобни на гума отпечатъци с изключителна огъваемост за приложения като носими или персонализирани дръжки.
- PEEK (полиетер етер кетон)издържа на агресивни химикали и стерилизационни процедури, което го прави подходящ за производство на медицински изделия и научни инструменти. Прекомерно високата цена на PEEK нишката обаче силно ограничава приемането извън индустриите.
3D печат на метали
Доскоро металите бяха единствено домейн на скъпите SLS или DMLS промишлени принтери в космическия и медицинския сектор. Обикновено се използват неръждаема стомана, титан, никел и алуминиеви сплави. По-малките метални 3D принтери, предназначени за работилници, университети и дизайнерски студия, сега разширяват достъпа благодарение на по-ниските разходи за хардуер. Повечето използват отлагане на свързан метал за екструдиране на композитни нишки, съдържащи до 70% съдържание на метален прах.
1. Неръждаема стомана – висока якост и устойчивост на корозия
Печат от неръждаема стомана предоставя изключителна стабилност на размерите за части, които се използват на открито или излагане на химикали. Адхезията на слоя на отлагането на свързан метал дори позволява печатни мостове или надвеси без опори.Частите могат да бъдат обработени, нарязани и полирани след синтероване за свойства, наподобяващи традиционно произведена неръждаема стомана.
2. Титан – Изключително лек и здрав
Аерокосмическата промишленост често работи с титанови сплави поради съотношенията якост към тегло, които превъзхождат алуминия. 3D печат на сложни титанови части в едно парче избягвайте заварените съединения, които отслабват обработените титанови структури. Високите цени на титановия прах остават бариера извън индустрии като моторните спортове, търсещи леки метални компоненти.
3. Алуминият – достъпен алтернативен метал
Алуминият се радва на широко приложение благодарение на ниското си тегло и устойчивост на корозия. Металният 3D печат прави възможно консолидирането на персонализирани алуминиеви части, изградени като сглобки в миналото. Прототипите на инструментите, компонентите на роботиката и дизайнерските модели се възползват от 3D отпечатан алуминий. Тъй като разходите за принтери падат още повече, малките предприятия могат да използват бързи алуминиеви инструменти, без да зависят от външни доставчици.
3D печат на керамика и екзотични материали
Техническата керамика, изработена от алуминий, цирконий и силициев карбид, изисква изключително високи температури и прецизни инструменти за ефективна обработка. Части като керамични работни колела на помпи и системи за насочване на ракети преди това бяха невъзможни за производство извън специализирани леярни. 3D печатът елиминира тези бариери с технологии на прахово легло, синтероващи сложни керамични компоненти.
Освен това възможностите се разширяват отвъд обикновената керамика. Тъй като все повече изследвания изследват използването на метални и керамични прахове със свързващо вещество, дори редки и ценни материали като сребро или злато могат да бъдат 3D отпечатани. Технологията може да улесни персонализирани медицински импланти или електроника, интегриращи проводими следи, отпечатани от действителна медна или графенова паста. Ние едва започваме да изследваме потенциалното обхващане 3D отпечатана керамика, стъкло и екзотични материали.
Композитни материали и 3D печат
Докато пластмасите, металите и керамиката остават конвенционалните материали, използвани в производството, композитите, комбиниращи полимери с други подсилвания, осигуряват превъзходни механични характеристики, непостижими чрез конвенционалните методи.
1. 3D отпечатани композити от въглеродни влакна
FDM печат с нишка от въглеродни влакна запълва части с лек и твърд полимер. Твърдите нишки изискват закалени стоманени дюзи за отпечатване на устойчиви на абразия компоненти, по-здрави от найлона и доближаващи се до алуминия. приложенията варират от персонализирани рамки за квадрокоптери до високопроизводителни авточасти.
2. Метални и дървени композитни материали
Моделирането на разтопено отлагане също така лесно комбинира стандартни ABS и PLA пластмаси с метални прахове или дървесна маса, за да промени естетическите, термичните и функционалните свойства. Щампите с месинг, мед и бронз наподобяват визуално обработен метал, като същевременно запазват по-лекото тегло на пластмасата. Пълната от дърво плака дори улавя реалистични зърнисти шарки за прототипи на мебели.
Как да изберете вашите идеални материали за 3D печат
С толкова много машини и материали, които сега са налични за всяко приложение и бюджет, правилното съвпадение на технологията за печат с целите на дизайна и изискванията за материали изисква проучване и разглеждане на тези ключови фактори:
- Функционалност на частта - Ще бъде ли подложена на натоварвания или сурови условия на околната среда?
- Необходима е точност на размерите и прецизност на печата
- Механични свойства като твърдост, устойчивост на износване или температурни граници
- Разходи за материали - Екзотичните нишки могат да имат премиум цени
- Лекота на последваща обработка - опорите за печат на някои материали се премахват по-лесно
- Вашият модел и спецификации на 3D принтер - Възможностите за материали варират.
Сравнение на популярни материали за 3D печат, използващи ключови характеристики
| Материал | Свойства | Параметри за печат | цена |
|---|---|---|---|
| PLA | Средна здравина, ниска гъвкавост, умерена издръжливост | 180-230°С | ниско |
| ABS | Здрав, умерено гъвкав, много издръжлив | 210-250°С | Среден |
| PETG | Здрав и гъвкав, висока издръжливост | 230-260°С | Среден |
| TPU | Средна здравина, много висока гъвкавост, умерена издръжливост | 220-250°С | Средно-високо |
| Найлон | Висока здравина и гъвкавост, отлична издръжливост | 240-260°С | високо |
| PEEK | Изключително здрав, минимално гъвкав, много висока издръжливост | 360-400°С | Много високо |
| смола | Здравината и издръжливостта варират според типа, не са гъвкави, UV-втвърдени | N/A | високо |
Натрупването на опит остава от решаващо значение, преди да се опитате да направите сложни компилации. Постоянните иновации в материалите също дават на 3D принтерите повече възможности всяка година. Позоваването на количествени данни като безопасност или технически листове помага на инженерите и дизайнерите при избора и квалифицирането на оптималния материал за всяко приложение.
Последваща обработка на 3D отпечатани обекти
Свеж отпечатък направо от плочата за изграждане рядко отговаря на изискванията извън кутията. Различните довършителни процеси подобряват здравината, естетиката и функционалността:
- Премахване на опорни структури– Откъснете опорите или ги разтворете в химически вани.
- Шлайфане и пилене– Изглажда повърхностните стъпки между слоевете, видими в отпечатъците.
- Грундиране и Боядисване– Особено SLA отпечатъците се нуждаят от изглаждане, запечатване и боядисване, за да скрият стъпките на печатния слой, разкрити след шлайфане.
- Съединяване на части- Залепете компоненти с помощта на разтворители, епоксиди или MABS заваръчни шевове на басейна.
- Метални щампи– Изискване на цикли на освобождаване и синтероване за изгаряне на полимери и стопяване на праховете в твърди метали.
Бъдещето на материалите за 3D печат
3D печатът продължава да се разширява от нишови цели за бързо създаване на прототипи към производство на крайни части в различни индустрии. С икономии от мащаба, по-ниски разходи за принтери и по-широка гама от материали, бъдещето на изцяло разпределено производство и производство по заявка е правдоподобно. Но истинската устойчивост зависи от прекрояването на веригите за доставки, за да се запазят ресурсите с напредването на технологиите.
Пробиви в възобновяема биопластмаса и зелена химия може да минимизира отпадъците и използването на енергия по време на синтеза на материали за 3D принтери. Възможността за рециклиране също се нуждае от повече внимание по време на формулирането на нови композити или технически полимери. Със съвместни усилия между фирми, изследователи и регулатори, 3D принтирането може да осигури щадящ климата и справедлив достъп до произведени стоки в световен мащаб.
The Takeaway
Тъй като принтерите и материалите напредват, за да предложат по-голяма прецизност, здравина и функционалност на по-ниски разходи, възможностите са безкрайни. С познания за основните методи, материали и техники за последваща обработка, обхванати тук, инженерите могат да използват 3D печата, за да си представят изцяло нови дизайни на продукти и бизнеси. Поддържането на отговорни и устойчиви практики, тъй като 3D печатът се разпространява по-нататък, ще гарантира, че технологията се изгражда към справедливо и проспериращо бъдеще в световен мащаб.