3D -printimistehnoloogia peamised tüübid

3D-printimine on mõjutanud paljusid tööstusharusid, võimaldades luua prototüüpe, kohandatud tooteid ja isegi keerulisi meditsiinilisi implantaate. Kuigi 3D-printimiseks on mitu meetodit, millel kõigil on oma tugevused ja ideaalsed kasutusalad, on oluline mõista peamisi tüüpe. See artikkel uurib kõige levinumate 3D-printimise tehnoloogiate põhitõdesid, rakendusi, plusse ja miinuseid. Nende hulka kuuluvad sulatatud sadestamise modelleerimine (FDM), stereolitograafia (SLA), digitaalne valgustöötlus (DLP), selektiivne laserpaagutamine (SLS), materjali pritsimine, nõudmisel tilkutamine, liiva sideaine pritsimine, metalli sideaine pritsimine, otsene metalli laserpaagutamine (DMLS), selektiivne lasersulatus (SLM) ja elektronkiire sulatus (EBM). Neid meetodeid mõistes saate valida oma vajadustele vastava 3D-printimise lähenemisviisi.

Lühike võrdlusleht:

Tehnoloogia	Kasutatud materjalid	Rakendused	Eelised	Puudused
FDM	Plastid	Prototüübid, mudelid	Odav, lihtne	Madalam kvaliteet
SLA	Vaigud	Sujuvad prototüübid	Suurepärased detailid	Kallim
SLS	Polümeerpulbrid	Funktsionaalsed osad	Tugevad ja vastupidavad osad	Kallis
Materjali pritsimine	Fotopolümeerid	Mitmest materjalist/värvilised osad	Suurepärased detailid, mitmed materjalid	Piiratud materjalid
Kaitseministeerium	Fotopolümeerid, vaha	Mudelid, prototüübid	Mitme materjali võimekus	Aeglasem kiirus
Sideaine pritsimine (liiv)	Liiv, sideaine	Metallist valuvormid	Komplekssed kujundused	Piiratud rakendused
Sideaine pritsimine (metall)	Metallipulber, sideaine	Metallosad	Disaini paindlikkus	Järeltöötlus on vajalik
DMLS	Metallipulbrid	Funktsionaalsed metallosad	Suur tugevus, keerulised geomeetriad	Kallid, piiratud materjalid
EBM	Metallipulbrid	Suure jõudlusega komponendid	Ülim tugevus	Väga kallis
DLP	Vaigud	Sujuvad prototüübid	Suur täpsus	Piiratud materjalid, kallis

Sulatatud sadestamise modelleerimine (FDM)

Kuidas FDM 3D-printimine töötab

FDM on üks populaarsemaid ja kättesaadavamaid 3D-printimise tehnoloogiaid. Protsess toimib nii, et tahke plastfilament suunatakse läbi kuumutatud otsiku. Otsik sulatab plasti ja asetab selle kiht-kihilt alusplaadile, et luua digitaalse disaini põhjal 3D-objekt.

Levinumad rakendused

FDM/FFF-i kasutatakse laialdaselt prototüüpide valmistamiseks, tootearenduseks, tööriistade ja kinnitusdetailide valmistamiseks, aga ka kontseptuaalsete mudelite, kunstiprojektide ja hobitarvikute loomiseks. See võib kasutada mitmesuguseid termoplastmaterjale nagu PLA, ABS, PETG ja spetsiaalsed filamentkiud.

Eelised

• Taskukohane sisenemishind lauaarvuti 3D-printerid
• Lai materjalivalik erinevate rakenduste jaoks
• Suhteliselt lihtne ja ohutu protsess

Puudused

• Madalam eraldusvõime ja pinnakvaliteet võrreldes mõnede teiste meetoditega
• Nähtavad kihijooned prinditud piltidel
• Võimalikud probleemid nagu väänamine ja nöörimine

Üldiselt on FDM/FFF-il hea tasakaal maksumus, kasutusmugavus ja mitmekülgsus paljudes rakendustes, muutes selle 3D-printimisel populaarseks valikuks.

Stereolitograafia (SLA)

SLA trükkimise protsess

SLA on 3D-printimise tehnoloogia, mis kasutab vedela fotopolümeervaiguga täidetud anumat ja ultraviolettlaserit (UV-laserit), et kiht-kihilt detaile ehitada. Laserkiir jälgib iga kihti vaigu pinnal, pannes selle valikuliselt tahkestuma ja moodustama 3D-objekti.

Peamised rakendused

SLA-d kasutatakse tavaliselt ülitäpsete prototüüpide, investeeringute valamise mustrite ja lõpptarbijaosade tootmiseks sellistes tööstusharudes nagu hambaravi, ehted ja toodete tootmine. Selle võime luua siledaid pinnaviimistlusi ja jäädvustada keerulisi detaile muudab selle sobivaks nendeks rakendusteks.

Eelised

• Suur täpsus ja täpsus
• Suurepärane pinnakvaliteet
• Võimalik printida keerulisi geomeetriaid ja peeneid omadusi

Puudused

• Kallimad printerid ja materjalid võrreldes FDM 3D-printimisega
• Piiratud materjalide valik, enamasti fotopolümeervaigud
• Sageli on vaja järeltöötlust, näiteks toe eemaldamist
• Vedelate vaikude käitlemisega seotud võimalikud tervise- ja ohutusprobleemid

Kuigi SLA-tehnoloogia on kallim, pakub see suurepärast prindikvaliteeti ja detailide eraldusvõimet, muutes selle väärtuslikuks mitmesuguste prototüüpide ja väikesemahulise tootmise vajaduste jaoks mitmes sektoris.

Digitaalne valgustöötlus (DLP)

Kuidas DLP-printimine töötab

DLP on veel üks 3D-printimise tehnoloogia, mis kasutab fotopolümeere, kuid laseri asemel kasutatakse projektorit, mis vilgutab iga kihi ühe kujutise kogu vaiguvanni pinnale. See kõvendab kiiresti kogu objekti kihi korraga.

Peamised rakendused

DLP sobib hästi ülitäpsete prototüüpide, valamismustrite, hambamudelite ja lõpptarbitavate osade väikeste partiide tootmiseks. Selle kiirus muudab selle kasulikuks rakenduste jaoks, mis nõuavad kiiremat teostusaega.

Plussid ja miinused

Eelised

• Kiirem printimiskiirus võrreldes SLA-ga
• Suur täpsus ja eraldusvõime
• Saab printida keerulisi geomeetriaid

Puudused

• Kallim kui FDM-printerid
• Piiratud materjalivalikud fotopolümeeride põhjal
• Nõuab vaigu hoolikat käitlemist
• Võib vajada täiendavat viimistlust/järelkõvendamist

DLP pakub äärmiselt kõrget eraldusvõimet suhteliselt suure kiirusega, kuigi FDM-ist kõrgema hinnaga. See on suurepärane valik keerukate prototüüpide, valandite ja spetsiaalsete tootmisrakenduste jaoks.

Selektiivne laserpaagutamine (SLS)

SLS-trükiprotsess

Selektiivne laserpaagutamine (SLS) on 3D-printimisprotsess, mis kasutab võimsat laserit polümeeripulbri väikeste osakeste sulatamiseks tahkeks struktuuriks.Laser skaneerib ja paagutab (sulatab kokku) pulbrit valikuliselt kiht-kihilt 3D-mudeli põhjal.

Tootmisrakendused

SLS-i kasutatakse tavaliselt funktsionaalsete prototüüpide ja lõpptarbija osade tootmiseks sellistes tööstusharudes nagu lennundus, autotööstus ja tervishoid. Selle võime toota vastupidavaid ja kuumakindlaid osi muudab selle sobivaks tootmisrakendusteks.

Eelised

• Tugistruktuure pole vaja
• Toodab ülitugevaid ja funktsionaalseid osi
• Võib kasutada mitmesuguseid polümeermaterjale

Puudused

• Kallid tööstusklassi printerid
• Poorne pinnaviimistlus võib vajada järeltöötlust
• Ranged töökeskkonna nõuded
• Paagutamata pulbri materjalijäätmed

Kuigi SLS-il on kõrgemad kulud, pakub see suurepäraseid mehaanilisi omadusi, mis sobivad ideaalselt vastupidavate prototüüpide ja lõpptarbijatootmise osade tootmiseks, kus tugevus ja kuumakindlus on olulised.

Materjali pihustamine (MJ)

MJ trükiprotsess

MJ trükkimine, tuntud ka kui PolyJet ehk MultiJet-printimine on 3D-printimise tehnika, kus vedelaid fotopolümeermaterjale pritsitakse ja kõvendatakse kiht-kihilt UV-valguse abil. Prindipead laotavad alusmaterjali ja tugimaterjali samaaegselt.

Tüüpilised rakendused

MJ paistab silma ülimalt detailsete prototüüpide, kontseptsioonmudelite ja lõpptarbijaosade tootmisega erinevates tööstusharudes nagu tootekujundus, tootmine, hambaravi, meditsiin ja ehted. Selle võime printida mitut materjali ja värvi ühe kihina muudab selle mitmekülgseks.

Eelised

• Võimalus printida mitut materjali ja värvi
• Suur täpsus ja peen detailide eraldusvõime
• Sile pinnaviimistlus nõuab sageli minimaalset järeltöötlust

Puudused

• Kallimad printerid ja materjalid
• Toematerjal tuleb eemaldada
• Piiratud materjalivõimalused võrreldes mõne tehnoloogiaga

Oma mitme materjali printimisvõimaluste ja suure täpsusega teenindab Material Jetting mitmekesiseid prototüüpimise ja tootmise vajadusi, kus keerukad detailid, tekstuurid ja värvid on olulised nõuded.

Nõudluse langus (DOD)

Kaitseministeeriumi trükkimisprotsess

Drop on Demand (DOD) 3D-printimine See toimib vedelate materjalide, näiteks fotopolümeeride või vaha, valikulise sadestamise teel printimisplatvormile tilkadena. Piisad väljutatakse väikeste düüside kaudu, kui prindipea liigub platvormil kiht-kihilt, et luua 3D-objekt.

Tööstuslik ja kaubanduslik kasutus

DOD-i kasutatakse tavaliselt visualiseerimismudelite, kontseptsiooniprototüüpide, valumustrite ja väikeste tootmispartiide jaoks. Seda kasutatakse sellistes tööstusharudes nagu tootmine, lennundus, autotööstus, ehete valmistamine ja tootekujundus.

Eelised

• Võimalus printida mitmele materjalile ja värvile
• Sile pinnaviimistlus väiksema järeltöötlusvajadusega
• Kulutõhus väikesemahulise tootmise jaoks

Puudused

• Aeglasemad kiirused võrreldes mõne tehnoloogiaga
• Piiratud materiaalsed võimalused
• Sageli on vaja tugistruktuure

Tänu mitme materjali trükkimisvõimsusele ja taskukohastele hindadele väikeste mahtude puhul on DOD mitmekülgne valik detailsete mudelite, prototüüpide ja väikepartiide loomiseks erinevates sektorites.

Liiva sideaine pritsimine

Kuidas liiva sideaine pritsimine töötab

Liiv Sideaine pritsimine on 3D-printimisprotsess, mis kasutab kahte materjali – liiva ja vedelat sideainet. Liiva kihid sadestatakse ja ühendatakse valikuliselt, kandes sideainet soovitud aladele 3D-mudeli andmete põhjal. See protsess loob kiht-kihilt tahked liivavormid või -südamikud.

Rakendused

Liiva sideainepritsimist kasutatakse peamiselt valukodades ja metallivalamisprotsessides metallivalamisprotsesside jaoks liivavormide ja -südamike kiireks 3D-printimiseks. See võimaldab keerukate geomeetriliste kujunduste loomist ja kiirendab tootmist võrreldes traditsiooniliste vormimistehnikatega.

Eelised

• Kulutõhus liivvormide/südamike tootmiseks
• Võimaldab keerukate geomeetriliste kujundite printimist
• Keskkonnasõbralik, kuna kasutab looduslikku liiva

Puudused

• Trükitud vormidel on piiratud tugevus ja need vajavad kõvenemist
• Eraldusvõime võib olla madalam kui mõnel teisel 3D-printimisprotsessil
• Rakendused piirduvad peamiselt liivvormide/südamike tootmisega

Kuigi see piirdub valukodadega, pakub Sand Binder Jetting kulutõhusat lisandite tootmise lahendust väga keerukate liivvormide ja südamike kiireks loomiseks metallivalamisprotsesside jaoks.

Metallist sideaine pritsimine

Kuidas metalli sideaine pritsimine töötab

Metallsideaine pritsimine ehitab osi kiht-kihilt, kasutades kahekomponendilist metallpulbermaterjali süsteemi. Ladestatakse õhukesed metallpulbri kihid, mida vedel sideaine 3D-mudeli andmete põhjal valikuliselt ühendab, moodustades "rohelise detaili". See roheline detail läbib edasise töötlemise, nagu sideaine eemaldamine, paagutamine ja infiltreerimine, et saada lõplik tihe metallkomponent.

Rakendused

See lisanditehnoloogia leiab rakendusi sellistes tööstusharudes nagu lennundus, autotööstus ja meditsiin keerukate geomeetriliste metalldetailide ja -komponentide tootmiseks. See võimaldab nõudmisel toota kohandatud metalldetaile, tööriistu ja funktsionaalseid prototüüpe.

Eelised

• Toodab suure tihedusega ja kvaliteetseid metalldetaile, millel on head materjaliomadused
• Pakub disainivabadust ja geomeetrilist keerukust, mis on traditsiooniliste meetoditega keeruline
• Säästlikum võrreldes teatud teiste metallide 3D-printimise protsessidega

Puudused

• Praegu on ühilduvate materjalide valik piiratud
• Vajab täiendavaid järeltöötlusetappe, näiteks sideme eemaldamist ja paagutamist
• Lõpptoote kvaliteet võib protsessi parameetrite põhjal erineda

Kombineerides disaini paindlikkuse, kulutõhususe ja võime luua täistihedusega metalldetaile, on Metal Binder Jetting üha atraktiivsem valik tööstuslike metalldetailide tootmiseks.

Otsene metalli lasersintereerimine (DMLS)/selektiivne lasersulatus (SLM)

DMLS/SLM trükkimisprotsess

DMLS ja SLM on sarnased lisandite tootmisprotsessid, mille käigus ehitatakse metalldetaile kiht-kihilt suure võimsusega laseri abil. Õhukesed peene metallipulbri kihid jaotatakse ühtlaselt laiali ja laser sulatab või paagutab pulbriosakesed valikuliselt kokku 3D-mudeli andmete põhjal, sulatades metalli detailiks.

Peamised rakendused

DMLS/SLM tehnoloogiad on laialdaselt kasutusele võetud erinevates tööstusharudes, näiteks lennunduses ja kosmosetööstuses, autotööstuses, meditsiinis ja hambaravis tänu oma võimele toota väga keerukaid ja vastupidavaid metallkomponente, millel on suurepärased mehaanilised omadused ja detailide eraldusvõime. Lennundustööstuses kasutatakse neid kergete konstruktsioonielementide ja mootorikomponentide jaoks. Autotööstuses võimaldavad need funktsionaalsete prototüüpide ja tootmisdetailide loomist. Meditsiiniliste rakenduste hulka kuuluvad patsiendispetsiifilised implantaadid ja kirurgilised juhikud. Hambaravis kasutatakse DMLS/SLM-i kroonide, sildade ja eemaldatavate osaliste proteeside raamide tootmisel.

Eelised:

• Toodab tugevaid, suure tihedusega metalldetaile heade materjaliomadustega
• Võimaldab keerulisi geomeetriaid, mis on traditsioonilise tootmisega keerulised
• Osad vajavad vähe või üldse mitte järeltöötlust

Puudused:

• Kallis tööstusklassi printerid ja metallipulbrid
• Piiratud materjalivalikud võrreldes mõne tehnoloogiaga
• Vajalikud tugistruktuurid, mis tuleb eemaldada
• Suur energiatarve

Pakkudes erakordset disainivabadust koos võimega luua vastupidavaid funktsionaalseid metalldetaile, on DMLS ja SLM mitmekülgsed lahendused kõrgjõudlusega komponentide tootmiseks erinevates sektorites.

Elektronkiire sulamine (EBM)

Kuidas EBM töötab

EBM on 3D-printimise protsess mis kasutab digitaalse 3D-mudeli järgi metallipulbri kihtide valikuliseks sulatamiseks kõrgvaakumis fokuseeritud elektronkiirt. Elektronkiir kuumutab ja sulatab metallipulbri osakesi, põhjustades nende sulamise ja tahkumise, moodustades kiht kihi haaval soovitud detaili.

Suure jõudlusega rakendused

EBM-tehnoloogia sobib hästi kvaliteetsete, täistihedate metalldetailide tootmiseks, millel on suurepärased mehaanilised ja termilised omadused. See leiab rakendusi tööstusharudes, mis vajavad suure jõudlusega komponente, näiteks lennunduses lennukimootorite osade ja konstruktsioonielementide jaoks, autotööstuses suure koormusega komponentide, näiteks turbiinilabade jaoks, meditsiinis kohandatud ortopeediliste ja hambaimplantaatide jaoks ning energeetikas gaasiturbiinides ja elektritootmisseadmetes kasutatavate osade jaoks.

Eelised

• Ehitab pingevabastatud osi suurepäraste mehaaniliste omadustega
• Enamikul juhtudel pole tugistruktuure vaja
• Kiire ehituskiirus võrreldes mõnede metalli 3D-printimisprotsessidega
• Saab kasutada mitmesuguseid kõrgjõudlusega metallmaterjale

Puudused

• Äärmiselt kallid tööstusseadmed ja tegevuskulud
• Nõuab kõrgelt spetsialiseeritud rajatisi ja oskuslikke operaatoreid
• Piiratud materjalide ühilduvus võrreldes mõne tehnoloogiaga
• Detailide suuruse piirangud ehituskambri mõõtmete tõttu

Vaatamata kõrgetele kuludele ja spetsiaalsetele töönõuetele pakub EBM ainulaadseid eeliseid vastupidavate ja suure terviklikkusega metalldetailide tootmisel nõudlikeks rakendusteks erinevates tööstusharudes, mis sõltuvad suure jõudlusega komponentidest.

Ärata oma kujundused ellu 3D-printimise abil

See artikkel uuris mitmesuguseid 3D-printimise protsesse – alates taskukohase prototüübi loomiseks mõeldud lauaarvuti FDM-ist ja SLA-st kuni vastupidavate tootmisdetailide tööstusliku SLS-ini. Mitmematerjalide tehnikad võimaldavad luua keerukaid ja mitmevärvilisi objekte. Otsene metallilaser-paagutamine ja sideainepritsimine toodavad kõrgjõudlusega metallkomponente, millel on disainipaindlikkus.Spetsialiseeritud protsessid, näiteks elektronkiirsulatus, loovad nõudlikele tööstusharudele äärmiselt vastupidavaid osi. Kuna 3D-printimine areneb tänu täiustatud materjalidele, kiiremale kiirusele ja suuremale täpsusele, kasvab selle kasutuselevõtt nii tarbija- kui ka tööstussektoris. Valige õige 3D-printimise tehnoloogia, et muuta oma ideed reaalsuseks.

Loe edasi

• ABS vs PLA: kumb sobib paremini teie 3D-printimise vajadustega?
• Kas 3D-printimine lõhnab? Mida peaksite teadma
• 3D-printimismaterjalide juhend: uuenda oma tootmist
• Näpunäited ja nipid edukaks FDM 3D-printimiseks