Główne typy technologii drukowania 3D

Druk 3D wpłynął na wiele gałęzi przemysłu, umożliwiając m.in. tworzenie prototypów, produktów dostosowanych do indywidualnych potrzeb, a nawet skomplikowanych implantów medycznych. Chociaż istnieje wiele metod druku 3D, z których każda ma swoje mocne strony i idealne zastosowania, ważne jest, aby zrozumieć główne typy. W tym artykule omówimy podstawy, zastosowania oraz zalety i wady najpopularniejszych technologii druku 3D. Należą do nich: osadzanie topionego materiału (FDM), stereolitografia (SLA), cyfrowe przetwarzanie światłem (DLP), selektywne spiekanie laserowe (SLS), strumieniowe natryskiwanie materiałów, natryskiwanie kropelkowe (Drop on Demand), strumieniowe natryskiwanie spoiwem piaskowym (Sand Binder Jetting), strumieniowe natryskiwanie spoiwem metalowym (Metal Binder Jetting), bezpośrednie laserowe spiekanie metali (DMLS), selektywne stapianie laserowe (SLM) oraz stapianie wiązką elektronów (Electron Beam Melting, EBM). Zrozumienie tych metod pomoże Ci wybrać odpowiednie podejście do druku 3D, dopasowane do Twoich potrzeb.

Krótki arkusz porównawczy:

Technologia	Użyte materiały	Aplikacje	Zalety	Wady
FDM	Tworzywa sztuczne	Prototypy, modele	Tani, prosty	Niższa jakość
SLA	Żywice	Gładkie prototypy	Świetne szczegóły	Droższe
SLS	Proszki polimerowe	Części funkcjonalne	Mocne, trwałe części	Drogi
Strumieniowe natryskiwanie materiału	Fotopolimery	Części wielomateriałowe/kolorowe	Świetne detale, różnorodne materiały	Ograniczona liczba materiałów
DOD	Fotopolimery, wosk	Modele, prototypy	Zdolność do przetwarzania wielu materiałów	Mniejsza prędkość
Binder Jetting (piasek)	Piasek, spoiwo	Formy do odlewów metalowych	Złożone projekty	Ograniczone zastosowania
Binder Jetting (metal)	Proszek metalowy, spoiwo	Części metalowe	Elastyczność projektowania	Wymagane przetwarzanie końcowe
DMLS	Proszki metalowe	Funkcjonalne części metalowe	Wysoka wytrzymałość, złożone geometrie	Drogie, ograniczone materiały
EBM	Proszki metalowe	Komponenty o wysokiej wydajności	Wyższa wytrzymałość	Bardzo drogi
DLP	Żywice	Gładkie prototypy	Wysoka precyzja	Ograniczona ilość materiałów, drogie

Modelowanie osadzania topionego materiału (FDM)

Jak działa druk 3D FDM

FDM to jedna z najpopularniejszych i najbardziej dostępnych technologii druku 3D. Proces polega na podawaniu stałego filamentu z tworzywa sztucznego przez rozgrzaną dyszę. Dysza topi tworzywo sztuczne i osadza je warstwa po warstwie na platformie roboczej, tworząc obiekt 3D na podstawie cyfrowego projektu.

Typowe zastosowania

Technologia FDM/FFF jest szeroko stosowana w prototypowaniu, rozwoju produktów, produkcji narzędzi i oprzyrządowania, a także w tworzeniu modeli koncepcyjnych, projektów artystycznych i artykułów hobbystycznych. Może wykorzystywać szeroką gamę materiałów termoplastycznych, takich jak PLA, ABS, PETG oraz filamenty specjalistyczne.

Zalety

• Przystępna cena wstępu dla drukarki 3D stacjonarne
• Szeroki wybór materiałów do różnych zastosowań
• Stosunkowo prosty i bezpieczny proces

Wady

• Niższa rozdzielczość i jakość powierzchni w porównaniu z niektórymi innymi metodami
• Widoczne linie warstw na wydrukach
• Potencjalne problemy jak wypaczanie i naciąganie

Ogólnie rzecz biorąc, FDM/FFF zapewnia dobrą równowagę pomiędzy koszt, łatwość obsługi i wszechstronność w wielu zastosowaniach, dzięki czemu jest popularnym wyborem w druku 3D.

Stereolitografia (SLA)

Proces drukowania SLA

SLA to technologia druku 3D, która wykorzystuje zbiornik z ciekłą żywicą fotopolimerową i laser ultrafioletowy (UV) do tworzenia elementów warstwa po warstwie. Wiązka lasera przesuwa każdą warstwę po powierzchni żywicy, powodując jej selektywne zestalenie i utworzenie obiektu 3D.

Kluczowe aplikacje

SLA jest powszechnie stosowany do produkcji precyzyjnych prototypów, wzorów do odlewów precyzyjnych oraz części do zastosowań końcowych w takich branżach jak stomatologia, jubilerstwo i produkcja wyrobów. Jego zdolność do tworzenia gładkich powierzchni i uchwycenia skomplikowanych detali sprawia, że ​​idealnie nadaje się do tych zastosowań.

Zalety

• Wysoka dokładność i precyzja
• Doskonała jakość powierzchni
• Możliwość drukowania złożonych geometrii i drobnych detali

Wady

• Droższe drukarki i materiały w porównaniu do druku 3D FDM
• Ograniczony zakres materiałów, głównie żywice fotopolimerowe
• Często wymagane jest przetwarzanie końcowe, np. usuwanie podpór
• Potencjalne zagrożenia dla zdrowia i bezpieczeństwa związane z obsługą żywic ciekłych

Technologia SLA jest wprawdzie droższa, ale zapewnia lepszą jakość wydruku i rozdzielczość szczegółów, co czyni ją przydatną w przypadku prototypowania i produkcji niskonakładowej w wielu sektorach.

Cyfrowe przetwarzanie światła (DLP)

Jak działa drukowanie DLP

DLP To kolejna technologia druku 3D wykorzystująca fotopolimery, ale zamiast lasera, wykorzystuje projektor do wyświetlania pojedynczego obrazu każdej warstwy na całej powierzchni zbiornika z żywicą. Pozwala to na szybkie utwardzenie całej warstwy obiektu na raz.

Kluczowe aplikacje

Technologia DLP doskonale nadaje się do produkcji precyzyjnych prototypów, wzorów do odlewów, modeli dentystycznych oraz produkcji małoseryjnej części do zastosowań końcowych. Jej szybkość sprawia, że ​​jest ona przydatna w zastosowaniach wymagających krótszego czasu realizacji.

Plusy i minusy

Zalety

• Szybsze prędkości drukowania w porównaniu z SLA
• Wysoka precyzja i rozdzielczość
• Możliwość drukowania złożonych geometrii

Wady

• Droższe niż drukarki FDM
• Ograniczone możliwości wyboru materiałów na bazie fotopolimerów
• Wymaga ostrożnego obchodzenia się z żywicą
• Może wymagać dodatkowego wykończenia/utwardzania

Technologia DLP oferuje wyjątkowo wysoką rozdzielczość przy stosunkowo dużej prędkości, choć wiąże się z wyższymi kosztami niż FDM. To doskonały wybór do skomplikowanych prototypów, odlewów i specjalistycznych zastosowań produkcyjnych.

Selektywne spiekanie laserowe (SLS)

Proces drukowania SLS

Selektywne spiekanie laserowe (SLS) to proces drukowania 3D, w którym do łączenia małych cząsteczek proszku polimerowego w stałą strukturę wykorzystuje się laser o dużej mocy.Laser selektywnie skanuje i spieka (topi) proszek warstwa po warstwie na podstawie modelu 3D.

Zastosowania produkcyjne

SLS jest powszechnie wykorzystywany do prototypowania funkcjonalnego i produkcji części do zastosowań końcowych w branżach takich jak lotnictwo, motoryzacja i opieka zdrowotna. Jego zdolność do produkcji trwałych i odpornych na wysoką temperaturę części sprawia, że ​​nadaje się do zastosowań produkcyjnych.

Zalety

• Nie są wymagane żadne konstrukcje wsporcze
• Produkuje części o wysokiej wytrzymałości i funkcjonalności
• Można stosować różnorodne materiały polimerowe

Wady

• Drogie drukarki przemysłowe
• Wykończenie powierzchni porowatej może wymagać obróbki końcowej
• Surowe wymagania dotyczące środowiska operacyjnego
• Odpad materiałowy z niespiekanego proszku

Mimo wyższych kosztów, SLS oferuje doskonałe właściwości mechaniczne, idealne do wytwarzania trwałych prototypów i części do zastosowań końcowych, w których wytrzymałość i odporność na ciepło mają kluczowe znaczenie.

Strumieniowanie materiału (MJ)

Proces drukowania MJ

Druk MJ, znany również jako PolyJet Drukowanie wielostrumieniowe (MultiJet) to technika druku 3D, w której ciekłe materiały fotopolimerowe są selektywnie natryskiwane i utwardzane warstwa po warstwie za pomocą światła UV. Głowice drukujące jednocześnie nakładają materiał budulcowy i materiał podporowy.

Typowe zastosowania

MJ specjalizuje się w produkcji niezwykle szczegółowych prototypów, modeli koncepcyjnych i części do zastosowań końcowych w branżach takich jak projektowanie produktów, produkcja, stomatologia, medycyna i jubilerstwo. Możliwość drukowania z wielu materiałów i kolorów w jednym modelu czyni ją wszechstronną.

Zalety

• Możliwość drukowania na wielu materiałach i w wielu kolorach
• Wysoka precyzja i rozdzielczość szczegółów
• Gładkie wykończenie powierzchni często wymaga minimalnej obróbki końcowej

Wady

• Droższe drukarki i materiały
• Materiał pomocniczy musi zostać usunięty
• Ograniczone możliwości materiałowe w porównaniu z niektórymi technologiami

Dzięki możliwości drukowania wielomateriałowego i wysokiej dokładności technologia Material Jetting zaspokaja zróżnicowane potrzeby w zakresie prototypowania i produkcji, w których skomplikowane detale, tekstury i kolory stanowią podstawowe wymagania.

Drop on Demand (DOD)

Proces drukowania DOD

Drukowanie 3D na żądanie (DOD) Działa poprzez selektywne nanoszenie ciekłych materiałów, takich jak fotopolimery lub wosk, na platformę roboczą w postaci kropelek. Krople są wyrzucane przez małe dysze, gdy głowica drukująca przesuwa się po platformie warstwa po warstwie, tworząc obiekt 3D.

Zastosowania przemysłowe i komercyjne

DOD jest powszechnie stosowany do modeli wizualizacyjnych, prototypów koncepcyjnych, modeli odlewniczych i małych serii produkcyjnych. Znajduje zastosowanie w takich branżach jak produkcja, lotnictwo i kosmonautyka, motoryzacja, jubilerstwo i projektowanie produktów.

Zalety

• Możliwość drukowania na wielu materiałach i kolorach
• Gładka powierzchnia z mniejszym zapotrzebowaniem na obróbkę końcową
• Opłacalne w przypadku produkcji małoseryjnej

Wady

• Niższe prędkości w porównaniu z niektórymi technologiami
• Ograniczone możliwości materiałowe
• Często wymagane są konstrukcje wsporcze

Dzięki możliwości drukowania wielomateriałowego i przystępnym kosztom przy małych nakładach, DOD jest wszechstronnym rozwiązaniem do tworzenia szczegółowych modeli, prototypów i produktów w małych seriach w różnych sektorach.

Czyszczenie strumieniowe spoiwem piaskowym

Jak działa strumieniowe natryskiwanie spoiwem piaskowym

Piasek Binder Jetting to proces druku 3D, który wykorzystuje dwa materiały – piasek i płynne spoiwo. Warstwy piasku są nakładane i selektywnie łączone ze sobą poprzez nakładanie spoiwa w wybranych obszarach na podstawie danych modelu 3D. W tym procesie powstają formy lub rdzenie z litego piasku warstwa po warstwie.

Aplikacje

Metoda Sand Binder Jetting jest stosowana głównie w odlewniach i zakładach odlewniczych do szybkiego drukowania 3D form piaskowych i rdzeni do procesów odlewania metali. Umożliwia ona tworzenie złożonych projektów geometrycznych i przyspiesza produkcję w porównaniu z tradycyjnymi technikami formowania.

Zalety

• Ekonomiczne rozwiązanie do produkcji form/rdzeni piaskowych
• Umożliwia drukowanie złożonych geometrii
• Przyjazne dla środowiska, ponieważ wykorzystuje naturalny piasek

Wady

• Formy drukowane mają ograniczoną wytrzymałość i wymagają utwardzania
• Rozdzielczość może być niższa niż w przypadku niektórych innych procesów drukowania 3D
• Zastosowania ograniczone głównie do produkcji form piaskowych i rdzeni

Chociaż technologia Sand Binder Jetting ogranicza się do zastosowań w odlewniach, stanowi ona ekonomiczne rozwiązanie w zakresie wytwarzania przyrostowego, umożliwiające szybkie wytwarzanie wysoce złożonych form piaskowych i rdzeni do procesów odlewania metali.

Metalowe spoiwo strumieniowe

Jak działa strumieniowe nanoszenie spoiwa metalowego

Metoda Metal Binder Jetting polega na budowaniu elementów warstwa po warstwie za pomocą dwuskładnikowego systemu proszków metalowych. Cienkie warstwy proszku metalowego są osadzane, a ciekłe spoiwo selektywnie je łączy na podstawie danych modelu 3D, tworząc „zieloną część”. Ta „zielona część” poddawana jest dalszej obróbce, takiej jak usuwanie lepiszcza, spiekanie i infiltracja, w celu uzyskania finalnego, gęstego komponentu metalowego.

Aplikacje

Ta technologia addytywna znajduje zastosowanie w branżach takich jak lotnictwo, motoryzacja i medycyna, do produkcji skomplikowanych geometrycznie metalowych części i komponentów. Umożliwia produkcję na żądanie niestandardowych metalowych części, narzędzi i funkcjonalnych prototypów.

Zalety

• Produkuje części metalowe o wysokiej gęstości i jakości, charakteryzujące się dobrymi właściwościami materiałowymi
• Oferuje swobodę projektowania i złożoność geometryczną trudną do uzyskania przy użyciu tradycyjnych metod
• Ekonomiczny w porównaniu z niektórymi innymi procesami druku 3D metali

Wady

• Obecnie dostępny jest ograniczony zakres kompatybilnych materiałów
• Wymaga dodatkowych etapów obróbki końcowej, takich jak usuwanie spoiwa i spiekanie
• Jakość końcowej części może się różnić w zależności od parametrów procesu

Łącząc elastyczność projektowania, opłacalność i możliwość wytwarzania pełnogęstościowych części metalowych, technologia Metal Binder Jetting staje się coraz bardziej atrakcyjnym wyborem w kontekście wymagań dotyczących przemysłowej produkcji części metalowych.

Bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS)/Selektywne topienie laserowe (SLM)

Proces drukowania DMLS/SLM

DMLS i SLM Są to podobne procesy wytwarzania przyrostowego, które polegają na tworzeniu metalowych części warstwa po warstwie za pomocą lasera o dużej mocy. Cienkie warstwy drobnego proszku metalowego są równomiernie rozprowadzane, a laser selektywnie topi lub spieka cząstki proszku na podstawie danych modelu 3D, łącząc metal w celu utworzenia elementu.

Kluczowe aplikacje

Technologie DMLS/SLM to powszechnie stosowane w różnych branżach, takich jak lotnictwo i kosmonautyka, motoryzacyjnym, medycznym i stomatologicznym ze względu na możliwość produkcji wysoce złożonych, wytrzymałych elementów metalowych o doskonałych właściwościach mechanicznych i rozdzielczości szczegółów. W przemyśle lotniczym są wykorzystywane do produkcji lekkich elementów konstrukcyjnych i podzespołów silników. W sektorze motoryzacyjnym umożliwiają tworzenie funkcjonalnych prototypów i części produkcyjnych. Zastosowania medyczne obejmują implanty indywidualne i szablony chirurgiczne. W stomatologii DMLS/SLM znajdują zastosowanie w produkcji koron, mostów i ruchomych szkieletów protez częściowych.

Zalety:

• Tworzy wytrzymałe, o dużej gęstości części metalowe o dobrych właściwościach materiałowych
• Umożliwia wykonywanie złożonych geometrii, trudnych do uzyskania przy użyciu tradycyjnej produkcji
• Części wymagają niewielkiej lub żadnej obróbki końcowej

Wady:

• Drogi drukarki klasy przemysłowej i proszków metali
• Ograniczony wybór materiałów w porównaniu z niektórymi technologiami
• Konieczne jest usunięcie niezbędnych konstrukcji wsporczych
• Wysokie zużycie energii

Oferując wyjątkową swobodę projektowania połączoną z możliwością tworzenia solidnych i funkcjonalnych części metalowych, DMLS i SLM to wszechstronne rozwiązania do produkcji wysokowydajnych komponentów w różnych sektorach.

Topienie wiązką elektronów (EBM)

Jak działa EBM

EBM to proces drukowania 3D Wykorzystuje ona skupioną wiązkę elektronów w wysokiej próżni do selektywnego topienia warstw proszku metalowego zgodnie z cyfrowym modelem 3D. Wiązka elektronów podgrzewa i topi cząstki proszku metalowego, powodując ich stopienie i zestalenie, tworząc pożądany element warstwa po warstwie.

Aplikacje o wysokiej wydajności

Technologia EBM doskonale nadaje się do produkcji wysokiej jakości, w pełni zwartych części metalowych o doskonałych właściwościach mechanicznych i termicznych. Znajduje zastosowanie w branżach wymagających komponentów o wysokiej wydajności, takich jak przemysł lotniczy i kosmiczny (części silników lotniczych i elementy konstrukcyjne), motoryzacyjny (elementy narażone na wysokie obciążenia, takie jak łopatki turbin), medyczny (indywidualne implanty ortopedyczne i stomatologiczne) oraz energetyczny (części stosowane w turbinach gazowych i urządzeniach do wytwarzania energii).

Zalety

• Buduje części odprężone i o doskonałych właściwościach mechanicznych
• W większości przypadków nie ma potrzeby stosowania konstrukcji wsporczych
• Szybka prędkość budowy w porównaniu z niektórymi procesami drukowania 3D metali
• Możliwość wykorzystania szerokiej gamy wysokowydajnych materiałów metalowych

Wady

• Bardzo drogi sprzęt przemysłowy i koszty operacyjne
• Wymaga wysoce wyspecjalizowanych obiektów i wykwalifikowanych operatorów
• Ograniczona kompatybilność materiałowa w porównaniu z niektórymi technologiami
• Ograniczenia wielkości części ze względu na wymiary komory roboczej

Mimo wysokich kosztów i specjalistycznych wymagań operacyjnych, EBM oferuje wyjątkowe zalety w produkcji solidnych, wysoce integralnych części metalowych do wymagających zastosowań w różnych branżach, w których niezbędne są wysokowydajne komponenty.

Ożyw swoje projekty dzięki drukowaniu 3D

W tym artykule omówiono różnorodne procesy druku 3D – od stacjonarnych FDM i SLA do niedrogiego prototypowania, po przemysłowe SLS do produkcji trwałych elementów. Techniki wielomateriałowe umożliwiają tworzenie skomplikowanych, wielobarwnych obiektów. Bezpośrednie spiekanie laserowe metali i strumieniowe nanoszenie spoiwa pozwalają na produkcję wysokowydajnych elementów metalowych o dużej elastyczności projektowania.Specjalistyczne procesy, takie jak topienie wiązką elektronów, pozwalają tworzyć niezwykle wytrzymałe części dla wymagających branż. Wraz z rozwojem druku 3D, który oferuje ulepszone materiały, szybsze prędkości i wyższą precyzję, jego popularność będzie rosła w sektorach konsumenckim i przemysłowym. Wybierz odpowiednią technologię druku 3D, aby przekształcić swoje pomysły w rzeczywistość.

Przeczytaj więcej

• ABS czy PLA: Który materiał lepiej spełni Twoje potrzeby w zakresie druku 3D?
• Czy druk 3D pachnie? Co warto wiedzieć
• Przewodnik po materiałach do druku 3D: Udoskonal swoją produkcję
• Porady i wskazówki dotyczące udanego drukowania 3D metodą FDM