3D друк або адитивні технології.
Адитивне виробництво або 3D-друк – це процес створення тривимірних жорстких об’єктів за їхньою 3D-моделлю. Процес ще називають «вирощуванням», тому що виріб виготовляється поступово, шар за шаром. Це може здійснюватись різними методами, під час яких матеріал осаджується, з’єднується або твердне під програмним керуванням, зазвичай шаром. В адитивних процесах об’єкт створюється шляхом укладання безперервних шарів матеріалу до завершення всього проекту. Кожен із цих шарів можна розглядати як вузько зрізану горизонтальну ділянку даного об’єкта. Точність, повторюваність та діапазон матеріалів для 3D-друку на сьогоднішній день зросли до такого рівня, що деякі процеси 3D-друку вважаються життєздатними як технологія промислового виробництва, у зв’язку з чим термін адитивного виробництва можна використовувати як синонім 3D-друку.
Однією з ключових переваг адитивних технологій є можливість створювати дуже складні форми або геометрії, які не можна відтворити за допомогою інших технологій, включаючи порожнисті деталі або деталі з внутрішніми конструкціями, що підсилюють, для зменшення ваги.
Сфери використання 3D-друку
Адитивне виробництво застосовується для виготовлення прототипів, зразків і готових виробів з різних матеріалів: від пластику до композитних компонентів і металів. Підприємства використовують 3D-друк для виробництва предметів промислового, побутового й медичного призначення. Технологію активно використовують у військовій промисловості.
На 3D-принтері виготовляють деталі салону машин, вузли літаків, імпланти й навіть елементи двигунів.
Компанії використовують 3D-друк як засіб візуалізації для виготовлення прототипів деталей, щоб швидко протестувати виріб, з’ясувати, чи відповідає він задуму конструктора. Завдяки адитивним технологіям усе це можна зробити ще до запуску виробу у серійне виробництво.
Використання 3D-прототипів у дизайні дає змогу замовникові потримати майбутній проект у руках, вивчити його фактуру, колірне поєднання і розміри. Протестувати його в інтер’єрі або екстер’єрі.
Як друкують вироби
Попри уявну складність, адитивне виробництво триває всього в кілька етапів:
|
|
Щоб надрукувати виріб, потрібна його 3D-модель. Для моделювання об’єкта використовують системи автоматизованого проектування (CAD). Найчастіше для побудови 3D-моделі використовують програми, наприклад: Blender, SketchUp, SolidWorks, Maya, 3DS Max і Inventor. САПР зберігають модель у форматі, зрозумілому для принтера. Зазвичай це формат STL. |
|
Завантаження файлу моделі |
Готову модель завантажують у принтер. Програмне забезпечення ділить її на шари й задає алгоритм друкування. |
|
Друкування |
Принтер вирощує предмет шар за шаром, поки вся програма друку не буде виконана. |
|
Охолодження |
Надрукований виріб охолоджують і витягають з камери побудови. |
|
Післяоброблення |
Готовий продукт очищають від залишків матеріалу друку, шліфують і фарбують. Так досягають оптимальної фактури об’єкта. |
Різновиди друку
Є безліч різновидів 3D-друку: фотополімерування, екструзія матеріалу, струминне моделювання, нанесення зв’язувальної речовини, розплавлення порошків, розплавлення шару лазером або інфрачервоним випромінюванням. Ось найпоширеніші різновиди друку:
- FDM (Fused Deposition Modeling) — друк методом наплавлення, коли кожен наступний шар створюється з рідкого пластику, що пропускається через екструдер.
https://3dprint.infomir.eu/wp-content/uploads/2023/05/4-i3.jpg
- SLM/DMP (Selective Laser Melting / Direct Metal Printing) — вибіркове розплавлення лазером металевого порошку.
- SLS (Selective Laser Sintering) — лазер рухається платформою з нанесеним порошком і вибірково спікає між собою точки в порошку.
https://3dprint.infomir.eu/wp-content/uploads/2023/05/4-i5.jpg
- MJP (MultiJet Printing) — багатоструменевий друк з воску або фотополімеру.
https://3dprint.infomir.eu/wp-content/uploads/2023/05/4-i6.jpg
- MJF (Multi Jet Fusion) — поліамідний 3D-друк, де нагрівальний елемент покриває відразу всю робочу поверхню.
https://3dprint.infomir.eu/wp-content/uploads/2023/05/4-i7.jpg
- SLA (Laser Stereolithography) — всередині 3D-принтера міститься ванна з рідким фотополімером. Поверхнею матеріалу рухається лазерний промінь, і там, де він торкається рідини, фотополімер застигає, створюючи шар виробу.
https://3dprint.infomir.eu/wp-content/uploads/2023/05/4-i8.jpg
- CJP (ColorJet Printing) — кольоровий 3D-друк, що використовує склеювання гіпсового порошку.
https://3dprint.infomir.eu/wp-content/uploads/2023/05/4-i9.jpg
Матеріали для друку
Не для кожного виробу в якості матеріалу друку годиться розплавлений пластик або металевий порошок. Для адитивного виробництва застосовують різні матеріали: гіпс, віск, папір і композитні матеріали, наприклад суміш полімеру і деревної стружки.
Найчастіше друкують із пластику — полілактиду (PLA). Його можна отримати з поновлюваних ресурсів, наприклад з кукурудзяного крохмалю. Матеріал не виділяє шкідливих речовин, може використовуватися для виробництва харчового пакування й не має специфічного запаху в процесі друкування.
Поширений також друк із сополімеру акрилонітрил-бутадієн-стиролу або ABS-пластику. Матеріал використовують для друку матових виробів. Речовина не виділяє запаху, стійка проти підвищених температур, жирів та олій.
Розтоплений пластик остигає довго, тому під час друку 3D-моделі з навислими елементами вони можуть бути нестійкими. Щоб виріб не деформувався під час вирощування, використовують елементи підтримання. Їх часто друкують з ударостійкого полістиролу (HIPS). Коли деталь охолоне, її очищають рідким вуглеводнем — лімоненом. Речовина розчиняє HIPS, але ніяк не взаємодіє з ABS-пластиком. Це дає змогу друкувати складні вироби й легко позбутися зайвих допоміжних елементів.
- порошкоподібні поліаміди (зокрема й скло-, вугле- й металонаповнені);
- порошкоподібні сплави металів;
- гіпсовий порошок;
- керамонаповнені фотополімери в рідкому стані;
- порошкоподібний полістирол;
- віск, композитні матеріали, папір.
Переваги адитивного виробництва
Ще 5—10 років тому 3D-друк був дорогий. Вироби друкували тільки в лабораторіях великих підприємств і на виставках. Тепер адитивні технології застосовуються в усіх сферах діяльності людини. Невеликі стартапи і великі корпорації використовують адитивне виробництво для виготовлення різних деталей, прототипів і готових виробів. Все це завдяки численним перевагам 3D-друку. До них належать:
- можливість швидко запустити виробництво складних деталей або унікальних виробів у малій кількості;
- можливість розробляти 3D-моделі в одному місці світу й за кілька секунд передавати їх в інше, де є відповідний принтер;
- якщо друк якісний, виріб точно відповідає 3D-моделі;
- економна витрата матеріалів і мінімізація відходів;
- рентабельність у разі дрібносерійного виробництва;
- друк у будь-яку мить, коли виникає потреба в деталі;
- можливість швидко внести виправлення до проекту вже на стадії виробництва;
- просте внесення змін до конструктивних елементів без впливу на довговічність предмета;
- можливість друкувати збірні конструкції, що дає змогу швидко й просто виготовити габаритні об’єкти.