Hlavné typy technológie 3D tlače

3D tlač ovplyvnila mnoho odvetví a umožnila veci ako vytváranie prototypov, produktov na mieru a dokonca aj zložitých lekárskych implantátov. Hoci existuje niekoľko metód 3D tlače, z ktorých každá má svoje silné stránky a ideálne využitie, je dôležité pochopiť hlavné typy. Tento článok preskúma základy, aplikácie, výhody a nevýhody najbežnejších technológií 3D tlače. Patria sem modelovanie tavenou depozíciou (FDM), stereolitografia (SLA), digitálne spracovanie svetla (DLP), selektívne laserové spekanie (SLS), striekanie materiálu, kvapka na požiadanie, striekanie pieskového spojiva, striekanie kovového spojiva, priame laserové spekanie kovov (DMLS), selektívne laserové tavenie (SLM) a tavenie elektrónovým lúčom (EBM). Pochopením týchto metód si môžete vybrať správny prístup k 3D tlači pre vaše potreby.

Stručný porovnávací hárok:

Technológia	Použité materiály	Aplikácie	Výhody	Nevýhody
FDM	Plasty	Prototypy, modely	Lacné, jednoduché	Nižšia kvalita
Dohoda o úrovni služieb (SLA)	Živice	Hladké prototypy	Skvelé detaily	Drahšie
SLS	Polymérne prášky	Funkčné časti	Pevné a odolné diely	Drahé
Tryskové čistenie materiálu	Fotopolyméry	Viacmateriálové/farebné diely	Skvelé detaily, viacero materiálov	Obmedzené materiály
Ministerstvo obrany	Fotopolyméry, vosk	Modely, prototypy	Schopnosť pracovať s viacerými materiálmi	Pomalšia rýchlosť
Tryskové čistenie spojiva (piesok)	Piesok, spojivo	Kovové odlievacie formy	Komplexné návrhy	Obmedzené aplikácie
Tryskové nanášanie spojiva (kov)	Kovový prášok, spojivo	Kovové časti	Flexibilita dizajnu	Vyžaduje sa dodatočné spracovanie
DMLS	Kovové prášky	Funkčné kovové časti	Vysoká pevnosť, zložité geometrie	Drahé, obmedzené materiály
EBM	Kovové prášky	Vysokovýkonné komponenty	Vynikajúca pevnosť	Veľmi drahé
DLP	Živice	Hladké prototypy	Vysoká presnosť	Obmedzené materiály, drahé

Modelovanie taveného nanášania (FDM)

Ako funguje 3D tlač FDM

FDM je jednou z najpopulárnejších a najdostupnejších technológií 3D tlače. Proces funguje tak, že sa cez vyhrievanú trysku presúva pevný plastový filament. Tryska roztaví plast a vrstvu po vrstve ho nanáša na stavebnú dosku, čím sa na základe digitálneho návrhu vytvorí 3D objekt.

Bežné aplikácie

FDM/FFF sa široko používa na prototypovanie, vývoj produktov, výrobu nástrojov a prípravkov, ako aj na vytváranie koncepčných modelov, umeleckých projektov a hobby predmetov. Môže využívať širokú škálu termoplastických materiálov ako PLA, ABS, PETG a špeciálne filamenty.

Výhody

• Prijateľné vstupné náklady pre stolové 3D tlačiarne
• Široký výber materiálov pre rôzne aplikácie
• Relatívne jednoduchý a bezpečný proces

Nevýhody

• Nižšie rozlíšenie a kvalita povrchu v porovnaní s niektorými inými metódami
• Viditeľné čiary vrstiev na výtlačkoch
• Potenciálne problémy ako deformácia a navliekanie strún

Celkovo FDM/FFF dosahuje dobrú rovnováhu medzi náklady, jednoduchosť použitia a všestrannosť pre mnoho aplikácií, vďaka čomu je obľúbenou voľbou v 3D tlači.

Stereolitografia (SLA)

Proces tlače SLA

SLA je technológia 3D tlače, ktorá využíva nádobu s tekutou fotopolymérnou živicou a ultrafialový (UV) laser na vytváranie dielov vrstvu po vrstve. Laserový lúč sleduje každú vrstvu po povrchu živice, čo spôsobuje jej selektívne stuhnutie a vytvorenie 3D objektu.

Kľúčové aplikácie

SLA sa bežne používa na výrobu vysoko presných prototypov, modelov pre odlievanie investičných foriem a koncových dielov v odvetviach, ako je zubné lekárstvo, šperky a výroba produktov. Jeho schopnosť vytvárať hladké povrchové úpravy a zachytávať zložité detaily ho robí vhodným pre tieto aplikácie.

Výhody

• Vysoká presnosť a precíznosť
• Vynikajúca kvalita povrchu
• Možnosť tlače zložitých geometrií a jemných prvkov

Nevýhody

• Drahšie tlačiarne a materiály v porovnaní s 3D tlačou FDM
• Obmedzený sortiment materiálov, väčšinou fotopolymérne živice
• Často je potrebné dodatočné spracovanie, ako je odstránenie podpory
• Potenciálne riziká pre zdravie a bezpečnosť pri manipulácii s tekutými živicami

Hoci je technológia SLA drahšia, ponúka vynikajúcu kvalitu tlače a rozlíšenie detailov, vďaka čomu je cenná pre rôzne potreby prototypovania a nízkoobjemovej výroby vo viacerých sektoroch.

Digitálne spracovanie svetla (DLP)

Ako funguje DLP tlač

DLP je ďalšia technológia 3D tlače, ktorá využíva fotopolyméry, ale namiesto laseru používa projektor na premietanie jedného obrazu každej vrstvy na celý povrch živicovej nádoby. Tým sa rýchlo vytvrdí celá vrstva objektu naraz.

Kľúčové aplikácie

DLP je vhodný na výrobu vysoko presných prototypov, modelov pre odlievanie, zubných modelov a malosériovú výrobu koncových dielov. Jeho rýchlosť ho robí užitočným pre aplikácie vyžadujúce rýchlejšie dodacie lehoty.

Výhody a nevýhody

Výhody

• Vyššie rýchlosti tlače v porovnaní s SLA
• Vysoká presnosť a rozlíšenie
• Možno tlačiť zložité geometrie

Nevýhody

• Drahšie ako FDM tlačiarne
• Obmedzené možnosti materiálov na báze fotopolymérov
• Vyžaduje opatrné zaobchádzanie so živicou
• Môže byť potrebná dodatočná úprava/dokončovacie vytvrdzovanie

DLP ponúka extrémne vysoké rozlíšenie pri relatívne vysokých rýchlostiach, aj keď za vyššiu cenu ako FDM. Je skvelou voľbou pre zložité prototypy, odliatky a špecializované výrobné aplikácie.

Selektívne laserové spekanie (SLS)

Proces tlače SLS

Selektívne laserové spekanie (SLS) je proces 3D tlače, ktorý využíva vysokovýkonný laser na spájanie malých častíc polymérneho prášku do pevnej štruktúry.Laser selektívne skenuje a speká (taví) prášok vrstvu po vrstve na základe 3D modelu.

Výrobné aplikácie

SLS sa bežne používa na funkčné prototypovanie a konečné výrobné diely v odvetviach, ako je letecký a kozmický priemysel, automobilový priemysel a zdravotníctvo. Jeho schopnosť vyrábať odolné, tepelne odolné diely ho robí vhodným pre výrobné aplikácie.

Výhody

• Nie sú potrebné žiadne podporné konštrukcie
• Vyrába vysoko pevné a funkčné diely
• Možno použiť rôzne polymérne materiály

Nevýhody

• Drahé priemyselné tlačiarne
• Pórovitá povrchová úprava môže vyžadovať dodatočné spracovanie
• Prísne požiadavky na prevádzkové prostredie
• Odpadový materiál z nespekaného prášku

Aj keď sú náklady vyššie, SLS ponúka vynikajúce mechanické vlastnosti, ideálne na výrobu odolných prototypov a koncových výrobných dielov, kde je pevnosť a tepelná odolnosť nevyhnutná.

Tryskové čistenie materiálu (MJ)

Proces tlače MJ

MJ tlač, známa aj ako PolyJet Tlač MultiJet je technika 3D tlače, pri ktorej sa tekuté fotopolymérne materiály selektívne nanášajú a vytvrdzujú vrstvu po vrstve pomocou UV svetla. Tlačové hlavy nanášajú stavebný materiál a podporný materiál súčasne.

Typické aplikácie

Spoločnosť MJ vyniká vo výrobe vysoko detailných prototypov, koncepčných modelov a koncových dielov v rôznych odvetviach, ako je produktový dizajn, výroba, zubné lekárstvo, medicína a šperky. Vďaka schopnosti tlačiť viacero materiálov a farieb v jednom modeli je všestranná.

Výhody

• Možnosť tlače na viacero materiálov a farieb
• Vysoká presnosť a rozlíšenie jemných detailov
• Hladký povrch často vyžaduje minimálne dodatočné spracovanie

Nevýhody

• Drahšie tlačiarne a materiály
• Podporný materiál musí byť odstránený
• Obmedzené materiálové možnosti v porovnaní s niektorými technológiami

Vďaka možnosti tlače z viacerých materiálov a vysokej presnosti slúži Material Jetting rôznym potrebám pri prototypovaní a výrobe, kde sú nevyhnutnými požiadavkami zložité detaily, textúry a farby.

Doprava na požiadanie (DOD)

Proces tlače Ministerstva obrany USA

3D tlač na požiadanie (DOD) Funguje to tak, že sa tekuté materiály, ako sú fotopolyméry alebo vosk, selektívne nanášajú na pracovnú plochu v kvapôčkach. Kvapôčky sú vystreľované cez malé trysky, keď sa tlačová hlava pohybuje po platforme vrstvu po vrstve a vytvára tak 3D objekt.

Priemyselné a komerčné využitie

DOD sa bežne používa na vizualizáciu modelov, koncepčných prototypov, odlievacích vzorov a malých výrobných sérií. Nachádza uplatnenie v odvetviach ako je výroba, letecký a kozmický priemysel, automobilový priemysel, výroba šperkov a produktový dizajn.

Výhody

• Možnosť tlače viacerých materiálov a farieb
• Hladký povrch s menšou potrebou dodatočného spracovania
• Nákladovo efektívne pre nízkoobjemovú výrobu

Nevýhody

• Pomalšie rýchlosti v porovnaní s niektorými technológiami
• Obmedzené materiálne možnosti
• Často potrebné podporné konštrukcie

Vďaka svojej možnosti tlače z viacerých materiálov a prijateľným nákladom pri nízkych objemoch slúži DOD ako všestranná možnosť na vytváranie detailných modelov, prototypov a malosériových produktov v rôznych odvetviach.

Tryskové čistenie pieskovým spojivom

Ako funguje tryskanie pieskovým spojivom

Piesok Tryskové čistenie spojiva je proces 3D tlače, ktorý využíva dva materiály - piesok a tekuté spojivo. Vrstvy piesku sa nanášajú a selektívne spájajú nanesením spojiva v požadovaných oblastiach na základe údajov 3D modelu. Tento proces vytvára pevné pieskové formy alebo jadrá vrstvu po vrstve.

Aplikácie

Tryskové čistenie pieskovým spojivom sa používa predovšetkým v zlievarniach a odlievaní kovov na rýchlu 3D tlač pieskových foriem a jadier pre procesy odlievania kovov. Umožňuje zložité geometrické návrhy a zrýchľuje výrobu v porovnaní s tradičnými technikami formovania.

Výhody

• Nákladovo efektívne na výrobu pieskových foriem/jadier
• Umožňuje tlač zložitých geometrií
• Šetrné k životnému prostrediu, pretože používa prírodný piesok

Nevýhody

• Tlačené formy majú obmedzenú pevnosť a vyžadujú vytvrdzovanie
• Rozlíšenie môže byť nižšie ako pri niektorých iných 3D tlačových procesoch
• Aplikácie obmedzené najmä na výrobu pieskových foriem/jadier

Hoci je obmedzená na aplikácie v zlievarní, tryskanie pieskovým spojivom ponúka nákladovo efektívne riešenie aditívnej výroby na rýchlu tvorbu vysoko zložitých pieskových foriem a jadier pre procesy odlievania kovov.

Tryskové čistenie kovových spojív

Ako funguje tryskanie kovových spojív

Tryskové nanášanie kovových spojív vytvára diely vrstvu po vrstve pomocou dvojzložkového systému kovového práškového materiálu. Nanášajú sa tenké vrstvy kovového prášku, ktoré sa selektívne spájajú tekutým spojivom na základe údajov 3D modelu a vytvárajú „zelený diel“. Tento zelený diel prechádza ďalším spracovaním, ako je odstraňovanie spojiva, spekanie a infiltrácia, aby sa získala finálna hustá kovová zložka.

Aplikácie

Táto aditívna technológia nachádza uplatnenie v rôznych odvetviach, ako je letecký a kozmický priemysel, automobilový priemysel a medicína, na výrobu zložitých geometrických kovových dielov a komponentov. Umožňuje výrobu kovových dielov, nástrojov a funkčných prototypov na mieru.

Výhody

• Vyrába kovové diely s vysokou hustotou a vysokou kvalitou s dobrými materiálovými vlastnosťami
• Ponúka slobodu dizajnu a geometrickú zložitosť, ktorá je pri tradičných metódach náročná
• Ekonomický v porovnaní s niektorými inými procesmi 3D tlače kovov

Nevýhody

• V súčasnosti má obmedzený sortiment kompatibilných materiálov
• Vyžaduje si ďalšie kroky následného spracovania, ako je odstraňovanie spojiva a spekanie
• Kvalita konečného dielu sa môže líšiť v závislosti od procesných parametrov

Vďaka kombinácii flexibility dizajnu, nákladovej efektívnosti a schopnosti vytvárať kovové diely s plnou hustotou sa tryskanie kovových spojív stáva čoraz atraktívnejšou voľbou pre požiadavky na priemyselnú výrobu kovových dielov.

Priame laserové spekanie kovov (DMLS)/Selektívne laserové tavenie (SLM)

Proces tlače DMLS/SLM

DMLS a SLM sú podobné aditívne výrobné procesy, ktoré vyrábajú kovové diely vrstvu po vrstve pomocou vysokovýkonného laseru. Tenké vrstvy jemného kovového prášku sa rovnomerne rozprestriejú a laser selektívne roztaví alebo speká častice prášku na základe údajov 3D modelu, čím sa kov spojí a vytvorí diel.

Kľúčové aplikácie

Technológie DMLS/SLM sú široko používaný v odvetviach, ako je letecký a kozmický priemysel, automobilovom priemysle, medicíne a zubnom priemysle vďaka ich schopnosti vyrábať vysoko zložité, robustné kovové komponenty s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami a rozlíšením detailov. V leteckom priemysle sa používajú na ľahké konštrukčné diely a komponenty motorov. V automobilovom sektore umožňujú výrobu funkčných prototypov a výrobných dielov. Medzi medicínske aplikácie patria implantáty špecifické pre pacienta a chirurgické vodiace lišty. V zubnom lekárstve nachádza DMLS/SLM uplatnenie pri výrobe korún, mostíkov a snímateľných čiastočných zubných protéz.

Výhody:

• Vyrába pevné kovové diely s vysokou hustotou a dobrými materiálovými vlastnosťami
• Umožňuje zložité geometrie, ktoré sú pri tradičnej výrobe zložité
• Diely vyžadujú len malé alebo žiadne dodatočné spracovanie

Nevýhody:

• Drahé priemyselné tlačiarne a kovové prášky
• Obmedzený výber materiálov v porovnaní s niektorými technológiami
• Potrebné podporné konštrukcie, ktoré je potrebné odstrániť
• Vysoká spotreba energie

DMLS a SLM ponúkajú výnimočnú slobodu dizajnu v kombinácii so schopnosťou vytvárať robustné funkčné kovové diely a sú všestrannými riešeniami na výrobu vysokovýkonných komponentov v rôznych odvetviach.

Tavenie elektrónovým lúčom (EBM)

Ako funguje EBM

EBM je proces 3D tlače ktorý využíva zaostrený elektrónový lúč vo vysokom vákuu na selektívne tavenie vrstiev kovového prášku podľa digitálneho 3D modelu. Elektrónový lúč zahrieva a taví častice kovového prášku, čo spôsobuje ich tavenie a tuhnutie, čím sa vrstvu po vrstve vytvára požadovaný diel.

Vysokovýkonné aplikácie

Technológia EBM je vhodná na výrobu vysokokvalitných, plne hustých kovových dielov s vynikajúcimi mechanickými a tepelnými vlastnosťami. Nachádza uplatnenie v odvetviach, ktoré vyžadujú vysokovýkonné komponenty, ako je letecký priemysel pre diely leteckých motorov a konštrukčné komponenty, automobilový priemysel pre vysoko namáhané komponenty, ako sú lopatky turbín, medicína pre prispôsobené ortopedické a zubné implantáty a energetika pre diely používané v plynových turbínach a zariadeniach na výrobu energie.

Výhody

• Vytvára diely s uvoľneným pnutím a vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami
• Vo väčšine prípadov nie sú potrebné podporné konštrukcie
• Rýchle rýchlosti výroby v porovnaní s niektorými procesmi 3D tlače kovov
• Možno použiť celý rad vysokovýkonných kovových materiálov

Nevýhody

• Extrémne drahé priemyselné zariadenia a prevádzkové náklady
• Vyžaduje si vysoko špecializované zariadenia a kvalifikovaných operátorov
• Obmedzená kompatibilita materiálov v porovnaní s niektorými technológiami
• Obmedzenia veľkosti dielov kvôli rozmerom výrobnej komory

Napriek vysokým nákladom a špecializovaným prevádzkovým požiadavkám ponúka EBM jedinečné výhody pri výrobe robustných kovových dielov s vysokou integritou pre náročné aplikácie v rôznych odvetviach, ktoré sú závislé od vysokovýkonných komponentov.

Vdýchnite svojim návrhom život pomocou 3D tlače

Tento článok skúmal rozmanitú škálu 3D tlačových procesov – od stolových FDM a SLA pre cenovo dostupné prototypovanie až po priemyselné SLS pre odolné výrobné diely. Techniky s viacerými materiálmi umožňujú výrobu zložitých, viacfarebných objektov. Priame laserové spekanie kovov a tryskanie spojiva vytvárajú vysoko výkonné kovové komponenty s flexibilitou dizajnu.Špecializované procesy, ako je tavenie elektrónovým lúčom, vytvárajú mimoriadne robustné diely pre náročné odvetvia. S vývojom 3D tlače s vylepšenými materiálmi, vyššími rýchlosťami a vyššou presnosťou sa jej využívanie bude zvyšovať v spotrebiteľskom aj priemyselnom sektore. Vyberte si správnu technológiu 3D tlače, ktorá premení vaše nápady na realitu.

Čítať ďalej

• ABS vs. PLA: Ktorý je lepší pre vaše potreby 3D tlače?
• Zapácha 3D tlač? Čo by ste mali vedieť
• Sprievodca materiálmi pre 3D tlač: Inovujte svoju výrobu
• Tipy a triky pre úspešnú 3D tlač FDM