Galvenie 3D drukas tehnoloģijas veidi

3D drukāšana ir ietekmējusi daudzas nozares, ļaujot radīt tādus risinājumus kā prototipus, pielāgotus produktus un pat sarežģītus medicīniskos implantus. Lai gan pastāv vairākas 3D drukāšanas metodes, katrai no tām ir savas stiprās puses un ideāli pielietojumi, ir svarīgi izprast galvenos veidus. Šajā rakstā tiks aplūkoti visizplatītāko 3D drukāšanas tehnoloģiju pamati, pielietojumi, plusi un mīnusi. Tās ietver kausētās uzklāšanas modelēšanu (FDM), stereolitogrāfiju (SLA), digitālo gaismas apstrādi (DLP), selektīvo lāzera sintēzes metodi (SLS), materiālu strūklas metodi, pilienu pēc pieprasījuma metodi, smilšu saistvielas strūklas metodi, metāla saistvielas strūklas metodi, tiešo metāla lāzera sintēzes metodi (DMLS), selektīvo lāzera kausēšanu (SLM) un elektronu staru kausēšanu (EBM). Izprotot šīs metodes, jūs varat izvēlēties savām vajadzībām pareizo 3D drukāšanas pieeju.

Īsa salīdzināšanas lapa:

Tehnoloģija	Izmantotie materiāli	Pieteikumi	Priekšrocības	Trūkumi
FDM	Plastmasas	Prototipi, modeļi	Lēti, vienkārši	Zemāka kvalitāte
Pakalpojumu līmeņa līgums (SLA)	Sveķi	Gludi prototipi	Lieliskas detaļas	Dārgāks
SLS	Polimēru pulveri	Funkcionālās daļas	Izturīgas, ilgmūžīgas detaļas	Dārgs
Materiāla strūklošana	Fotopolimēri	Daudzmateriālu/krāsainas detaļas	Lieliskas detaļas, vairāki materiāli	Ierobežots materiālu daudzums
Aizsardzības departaments	Fotopolimēri, vasks	Modeļi, prototipi	Daudzmateriālu spēja	Lēnāks ātrums
Saistvielas strūklošana (smiltis)	Smiltis, saistviela	Metāla liešanas veidnes	Sarežģīti dizaini	Ierobežotas lietojumprogrammas
Saistvielu strūklas uzklāšana (metāla)	Metāla pulveris, saistviela	Metāla detaļas	Dizaina elastība	Nepieciešama pēcapstrāde
DMLS	Metāla pulveri	Funkcionālās metāla detaļas	Augsta izturība, sarežģītas ģeometrijas	Dārgi, ierobežoti materiāli
EBM	Metāla pulveri	Augstas veiktspējas komponenti	Izcila izturība	Ļoti dārgi
DLP	Sveķi	Gludi prototipi	Augsta precizitāte	Ierobežots materiālu daudzums, dārgi

Kausētās nogulsnēšanās modelēšana (FDM)

Kā darbojas FDM 3D drukāšana

FDM ir viena no populārākajām un pieejamākajām 3D drukāšanas tehnoloģijām. Process darbojas, padodot cietu plastmasas pavedienu caur sakarsētu sprauslu. Sprausla izkausē plastmasu un slāni pa slānim uzklāj to uz pamatnes, lai izveidotu 3D objektu, pamatojoties uz digitālo dizainu.

Bieži sastopamie pielietojumi

FDM/FFF tiek plaši izmantots prototipu izgatavošanai, produktu izstrādei, instrumentu un armatūras ražošanai, kā arī konceptuālu modeļu, mākslas projektu un hobiju priekšmetu izveidei. Tajā var izmantot dažādus termoplastiskus materiālus, piemēram, PLA, ABS, PETG un specializētus pavedienus.

Priekšrocības

• Pieejamas ieejas izmaksas galda 3D printeri
• Plaša materiālu izvēle dažādiem pielietojumiem
• Salīdzinoši vienkāršs un drošs process

Trūkumi

• Zemāka izšķirtspēja un virsmas kvalitāte salīdzinājumā ar dažām citām metodēm
• Redzamas slāņu līnijas uz izdrukām
• Iespējamās problēmas piemēram, deformācija un stīgu veidošana

Kopumā FDM/FFF nodrošina labu līdzsvaru starp izmaksas, lietošanas ērtums un daudzpusība daudziem lietojumiem, padarot to par populāru izvēli 3D drukāšanā.

Stereolitogrāfija (SLA)

SLA drukāšanas process

SLA ir 3D drukāšanas tehnoloģija, kas izmanto šķidra fotopolimēra sveķu tvertni un ultravioleto (UV) lāzeru, lai veidotu detaļas slāni pa slānim. Lāzera stars izseko katru slāni pāri sveķu virsmai, liekot tam selektīvi sacietēt un veidot 3D objektu.

Galvenās lietojumprogrammas

SLA parasti izmanto ļoti precīzu prototipu, investīciju liešanas šablonu un galapatēriņa detaļu ražošanai tādās nozarēs kā zobārstniecība, juvelierizstrādājumu ražošana un produktu ražošana. Tā spēja radīt gludas virsmas apdares un uztvert sarežģītas detaļas padara to piemērotu šiem lietojumiem.

Priekšrocības

• Augsta precizitāte un precizitāte
• Lieliska virsmas kvalitāte
• Spēj drukāt sarežģītas ģeometrijas un smalkas detaļas

Trūkumi

• Dārgāki printeri un materiāli salīdzinājumā ar FDM 3D drukāšanu
• Ierobežots materiālu klāsts, galvenokārt fotopolimēru sveķi
• Bieži vien ir nepieciešama pēcapstrāde, piemēram, atbalsta noņemšana
• Iespējamās veselības un drošības problēmas, rīkojoties ar šķidriem sveķiem

Lai gan SLA tehnoloģija ir dārgāka, tā piedāvā izcilu drukas kvalitāti un detaļu izšķirtspēju, padarot to vērtīgu dažādu prototipu veidošanas un mazapjoma ražošanas vajadzībām vairākās nozarēs.

Digitālā gaismas apstrāde (DLP)

Kā darbojas DLP drukāšana

DLP ir vēl viena 3D drukāšanas tehnoloģija, kas izmanto fotopolimērus, bet lāzera vietā tajā tiek izmantots projektors, kas uz visas sveķu tvertnes virsmas uzzīmē atsevišķu katra slāņa attēlu. Tas ātri sacietē visu objekta slāni vienlaikus.

Galvenās lietojumprogrammas

DLP ir labi piemērota ļoti precīzu prototipu, liešanas šablonu, zobu modeļu un galapatērētāju detaļu mazu partiju ražošanai. Tās ātrums padara to noderīgu lietojumos, kuriem nepieciešams ātrāks izpildes laiks.

Plusi un mīnusi

Priekšrocības

• Ātrāks drukāšanas ātrums salīdzinājumā ar SLA
• Augsta precizitāte un izšķirtspējas spēja
• Var izdrukāt sarežģītas ģeometrijas

Trūkumi

• Dārgāki nekā FDM printeri
• Ierobežotas materiālu iespējas, kuru pamatā ir fotopolimēri
• Nepieciešama rūpīga sveķu apstrāde
• Var būt nepieciešama papildu apdare/pēcapstrāde

DLP piedāvā ārkārtīgi augstu izšķirtspēju ar relatīvi lielu ātrumu, lai gan par augstākām izmaksām nekā FDM. Tā ir lieliska izvēle sarežģītiem prototipiem, lējumiem un specializētām ražošanas lietojumprogrammām.

Selektīvā lāzera sintēze (SLS)

SLS drukāšanas process

Selektīvā lāzera sintēze (SLS) ir 3D drukāšanas process, kurā tiek izmantots jaudīgs lāzers, lai sakausētu mazas polimēru pulvera daļiņas cietā struktūrā.Lāzers selektīvi skenē un saķepina (kausē kopā) pulveri slāni pa slānim, pamatojoties uz 3D modeli.

Ražošanas pielietojumi

SLS parasti izmanto funkcionālu prototipu veidošanai un gala patēriņa ražošanas detaļām tādās nozarēs kā aviācija, autobūve un veselības aprūpe. Tā spēja ražot izturīgas, karstumizturīgas detaļas padara to piemērotu ražošanas vajadzībām.

Priekšrocības

• Nav nepieciešamas atbalsta konstrukcijas
• Ražo augstas izturības, funkcionālas detaļas
• Var izmantot dažādus polimēru materiālus

Trūkumi

• Dārgi rūpnieciskās klases printeri
• Porainai virsmas apdarei var būt nepieciešama pēcapstrāde
• Stingras darba vides prasības
• Materiālu atkritumi no nesaķepināta pulvera

Lai gan SLS ir ar augstākām izmaksām, tam ir lieliskas mehāniskās īpašības, kas ir ideāli piemērotas izturīgu prototipu un galapatēriņa ražošanas detaļu ražošanai, kur izturība un karstumizturība ir būtiska.

Materiāla strūklošana (MJ)

MJ drukāšanas process

MJ druka, pazīstama arī kā PolyJet jeb MultiJet druka ir 3D drukas tehnika, kurā šķidri fotopolimēru materiāli tiek selektīvi uzsmidzināti un sacietēti slāni pa slānim, izmantojot UV gaismu. Drukas galviņas vienlaikus uzklāj gan pamatmateriālu, gan pamatmateriālu.

Tipiski pielietojumi

MJ izceļas ar ļoti detalizētu prototipu, konceptuālo modeļu un galalietotāju detaļu ražošanu tādās nozarēs kā produktu dizains, ražošana, zobārstniecība, medicīna un juvelierizstrādājumu ražošana. Tā spēja drukāt vairākus materiālus un krāsas vienā konstrukcijā padara to daudzpusīgu.

Priekšrocības

• Spēj drukāt vairākus materiālus un krāsas
• Augsta precizitāte un smalka detaļu izšķirtspēja
• Gludai virsmas apdarei bieži vien ir nepieciešama minimāla pēcapstrāde

Trūkumi

• Dārgāki printeri un materiāli
• Atbalsta materiāls ir jānoņem
• Ierobežotas materiālu iespējas salīdzinājumā ar dažām tehnoloģijām

Pateicoties daudzmateriālu drukāšanas iespējām un augstajai precizitātei, Material Jetting apmierina dažādas prototipu veidošanas un ražošanas vajadzības, kur sarežģītas detaļas, tekstūras un krāsas ir būtiskas prasības.

Pieprasījuma kritums (DOD)

DOD drukāšanas process

3D drukāšana pēc pieprasījuma (DOD) darbojas, selektīvi uzklājot šķidrus materiālus, piemēram, fotopolimērus vai vasku, uz drukas platformas pilienu veidā. Pilieni tiek izsmidzināti caur mazām sprauslām, drukas galviņai pārvietojoties pāri platformai slāni pa slānim, lai izveidotu 3D objektu.

Rūpnieciskie un komerciālie lietojumi

DOD parasti izmanto vizualizācijas modeļiem, konceptuāliem prototipiem, liešanas modeļiem un nelielām ražošanas partijām. Tas tiek izmantots tādās nozarēs kā ražošana, kosmosa rūpniecība, autobūve, juvelierizstrādājumu izgatavošana un produktu dizains.

Priekšrocības

• Spēja drukāt vairākus materiālus un krāsas
• Gluda virsmas apdare ar mazāku nepieciešamību pēc pēcapstrādes
• Izmaksu ziņā efektīvs mazapjoma ražošanai

Trūkumi

• Lēnāks ātrums salīdzinājumā ar dažām tehnoloģijām
• Ierobežotas materiālās iespējas
• Bieži vien ir nepieciešamas atbalsta konstrukcijas

Pateicoties daudzmateriālu drukāšanas jaudai un pieejamām izmaksām nelieliem apjomiem, DOD kalpo kā daudzpusīga iespēja detalizētu modeļu, prototipu un mazu partiju produktu izveidei dažādās nozarēs.

Smilšu saistvielas strūklas apstrāde

Kā darbojas smilšu saistvielas strūklas apstrāde

Smiltis Saistvielu strūklas ir 3D drukāšanas process, kurā tiek izmantoti divi materiāli — smiltis un šķidra saistviela. Smilšu slāņi tiek uzklāti un selektīvi savienoti kopā, uzklājot saistvielu vēlamajās vietās, pamatojoties uz 3D modeļa datiem. Šajā procesā slāni pa slānim tiek izveidotas cietas smilšu veidnes vai serdeņi.

Pieteikumi

Smilšu saistvielas strūklas metodi galvenokārt izmanto lietuvēs un metāla liešanas procesos, lai ātri drukātu smilšu veidnes un serdeņus metāla liešanas procesiem. Tā ļauj izveidot sarežģītus ģeometriskus dizainus un paātrina ražošanu, salīdzinot ar tradicionālajām liešanas metodēm.

Priekšrocības

• Izmaksu ziņā efektīvs smilšu veidņu/serdeņu ražošanai
• Nodrošina sarežģītu ģeometrisku formu drukāšanu
• Videi draudzīgs, jo izmanto dabīgas smiltis

Trūkumi

• Drukāto veidņu izturība ir ierobežota, un tām nepieciešama sacietēšana
• Izšķirtspēja var būt zemāka nekā dažiem citiem 3D drukāšanas procesiem
• Pielietojums galvenokārt aprobežojas ar smilšu veidņu/serdeņu ražošanu

Lai gan smilšu saistvielu strūklas ražošana (Sand Binder Jetting) ir paredzēta tikai liešanas vajadzībām, tā piedāvā izmaksu ziņā efektīvu aditīvo ražošanas risinājumu ļoti sarežģītu smilšu veidņu un serdeņu ātrai izveidei metāla liešanas procesiem.

Metāla saistvielu strūklas uzklāšana

Kā darbojas metāla saistvielu strūklas apstrāde

Metāla saistvielas strūklas metode veido detaļas slāni pa slānim, izmantojot divkomponentu metāla pulvera materiāla sistēmu. Tiek uzklāti plāni metāla pulvera slāņi, kurus selektīvi savieno šķidra saistviela, pamatojoties uz 3D modeļa datiem, veidojot "zaļo detaļu". Šī zaļā detaļa tiek pakļauta tālākai apstrādei, piemēram, atdalīšanai, sintēšanai un infiltrācijai, lai iegūtu galīgo blīvo metāla komponentu.

Pieteikumi

Šī piedevu tehnoloģija tiek izmantota tādās nozarēs kā kosmosa, autobūves un medicīnas nozare, lai ražotu sarežģītas ģeometriskas metāla detaļas un komponentus. Tā ļauj pēc pieprasījuma ražot pielāgotas metāla detaļas, instrumentus un funkcionālus prototipus.

Priekšrocības

• Ražo augsta blīvuma, augstas kvalitātes metāla detaļas ar labām materiāla īpašībām
• Piedāvā dizaina brīvību un ģeometrisko sarežģītību, kas ir sarežģīta ar tradicionālajām metodēm
• Ekonomisks salīdzinājumā ar dažiem citiem metāla 3D drukāšanas procesiem

Trūkumi

• Pašlaik ir ierobežots saderīgu materiālu klāsts
• Nepieciešamas papildu pēcapstrādes darbības, piemēram, atdalīšana un sintēze
• Gala detaļas kvalitāte var atšķirties atkarībā no procesa parametriem

Apvienojot dizaina elastību, izmaksu efektivitāti un spēju radīt pilna blīvuma metāla detaļas, metāla saistvielas strūklas apstrāde kļūst par arvien pievilcīgāku izvēli rūpniecisko metāla detaļu ražošanas prasībām.

Tiešā metāla lāzera sintēze (DMLS)/selektīvā lāzera kausēšana (SLM)

DMLS/SLM drukāšanas process

DMLS un SLM ir līdzīgi aditīvās ražošanas procesi, kuros metāla detaļas tiek veidotas slāni pa slānim, izmantojot jaudīgu lāzeru. Plāni smalka metāla pulvera slāņi tiek vienmērīgi izklāti, un lāzers selektīvi izkausē vai saķepina pulvera daļiņas, pamatojoties uz 3D modeļa datiem, sakausējot metālu, lai izveidotu detaļu.

Galvenās lietojumprogrammas

DMLS/SLM tehnoloģijas ir plaši pieņemts tādās nozarēs kā aviācija un kosmoss, automobiļu, medicīnas un zobārstniecības nozarē, pateicoties to spējai ražot ļoti sarežģītas, izturīgas metāla detaļas ar izcilām mehāniskām īpašībām un detaļu izšķirtspēju. Aviācijas un kosmosa rūpniecībā tās izmanto vieglām konstrukcijas daļām un dzinēju komponentiem. Automobiļu nozarē tās ļauj izveidot funkcionālus prototipus un ražošanas detaļas. Medicīniskajā pielietojumā ietilpst pacientam specifiski implanti un ķirurģiskās vadotnes. Zobārstniecībā DMLS/SLM tiek izmantots kroņu, tiltu un noņemamu daļēju protēžu karkasu ražošanā.

Priekšrocības:

• Izgatavo izturīgas, augsta blīvuma metāla detaļas ar labām materiāla īpašībām
• Nodrošina sarežģītu ģeometriju, kas ir grūti izpildāma tradicionālajā ražošanā
• Detaļām ir nepieciešama neliela vai nekāda pēcapstrāde

Trūkumi:

• Dārgs rūpnieciskās klases printeri un metāla pulveri
• Ierobežota materiālu izvēle salīdzinājumā ar dažām tehnoloģijām
• Nepieciešamās atbalsta konstrukcijas, kas jānoņem
• Augsts enerģijas patēriņš

Piedāvājot izcilu dizaina brīvību apvienojumā ar spēju radīt izturīgas, funkcionālas metāla detaļas, DMLS un SLM ir daudzpusīgi risinājumi augstas veiktspējas komponentu ražošanai dažādās nozarēs.

Elektronu kūļa kušana (EBM)

Kā darbojas EBM

EBM ir 3D drukāšanas process. kas izmanto fokusētu elektronu staru augstā vakuumā, lai selektīvi izkausētu metāla pulvera slāņus atbilstoši digitālajam 3D modelim. Elektronu stars uzkarsē un izkausē metāla pulvera daļiņas, izraisot to saplūšanu un sacietēšanu, veidojot vēlamo detaļu slāni pa slānim.

Augstas veiktspējas lietojumprogrammas

EBM tehnoloģija ir labi piemērota augstas kvalitātes, pilnīgi blīvu metāla detaļu ražošanai ar izcilām mehāniskām un termiskām īpašībām. Tā tiek izmantota nozarēs, kurās nepieciešamas augstas veiktspējas komponentes, piemēram, kosmosa nozarē lidmašīnu dzinēju detaļām un konstrukcijas komponentiem, autobūves nozarē augstas slodzes komponentiem, piemēram, turbīnu lāpstiņām, medicīnas nozarē pielāgotiem ortopēdiskiem un zobu implantiem, kā arī enerģētikas nozarē detaļām, ko izmanto gāzes turbīnās un enerģijas ražošanas iekārtās.

Priekšrocības

• Izgatavo sprieguma mazinātas detaļas ar izcilām mehāniskām īpašībām
• Vairumā gadījumu atbalsta konstrukcijas nav nepieciešamas
• Ātrs būvniecības ātrums, salīdzinot ar dažiem metāla 3D drukāšanas procesiem
• Var izmantot dažādus augstas veiktspējas metāla materiālus

Trūkumi

• Ārkārtīgi dārgas rūpnieciskās iekārtas un ekspluatācijas izmaksas
• Nepieciešamas augsti specializētas iekārtas un kvalificēti operatori
• Ierobežota materiālu saderība salīdzinājumā ar dažām tehnoloģijām
• Detaļu izmēru ierobežojumi ražošanas kameras izmēru dēļ

Neskatoties uz augstajām izmaksām un specializētajām ekspluatācijas prasībām, EBM piedāvā unikālas priekšrocības izturīgu, augstas integritātes metāla detaļu ražošanā prasīgiem lietojumiem dažādās nozarēs, kas ir atkarīgas no augstas veiktspējas komponentiem.

Iedzīviniet savus dizainus ar 3D drukāšanu

Šajā rakstā tika aplūkots plašais 3D drukāšanas procesu klāsts — sākot ar darbvirsmas FDM un SLA prototipu izgatavošanai par pieņemamu cenu, līdz pat rūpnieciskai SLS izturīgām ražošanas detaļām. Daudzmateriālu metodes ļauj izveidot sarežģītus, daudzkrāsainus objektus. Tiešā metāla lāzera saķepināšana un saistvielas strūklas apstrāde rada augstas veiktspējas metāla komponentus ar dizaina elastību.Specializēti procesi, piemēram, elektronu staru kausēšana, rada ārkārtīgi izturīgas detaļas prasīgām nozarēm. 3D drukāšanai attīstoties ar uzlabotiem materiāliem, lielāku ātrumu un augstāku precizitāti, tā tiks izmantota arvien vairāk gan patērētāju, gan rūpniecības sektoros. Izvēlieties pareizo 3D drukāšanas tehnoloģiju, lai pārvērstu savas idejas realitātē.

Lasīt vairāk

• ABS pret PLA: kurš no tiem ir labāks jūsu 3D drukāšanas vajadzībām?
• Vai 3D drukāšanai ir smaka? Lietas, kas jums jāzina
• 3D drukāšanas materiālu ceļvedis: Ieviesiet inovācijas savā ražošanā
• Padomi un ieteikumi veiksmīgai FDM 3D drukāšanai