Использование 3D-печати в производстве неуклонно растёт, что свидетельствует о превращении этой технологии из хобби в надёжное промышленное решение. Благодаря множеству методов и вариантов постобработки инженеры могут использовать различные подходы к созданию деталей.

В этой статье мы подробно рассмотрим различные методы 3D-печати и постобработки, применяемые в промышленности. Вы узнаете о преимуществах и недостатках каждого подхода, а также о популярных материалах и областях использования 3D-печатных деталей в разных сферах.

 

Какие методы 3D-печати обычно используются в промышленных целях?

Для создания деталей, предназначенных для промышленного использования, часто применяются следующие методы 3D-печати.

Моделирование методом послойного наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM). При FDM-печати термопластичные нити экструдируются слой за слоем, что позволяет создавать прочные и экономичные прототипы и детали для конечного использования. Этот метод универсален и подходит для различных отраслей.

Стереолитография (SLA). В SLA-технологии используется лазер для послойного затвердевания жидких фотополимерных смол, что позволяет создавать прототипы с высокой детализацией и сложные модели с гладкой поверхностью.

Селективное лазерное спекание (СЛС). СЛС — это технология спекания порошкообразных материалов, таких как пластик или металлы, с помощью лазера, позволяющая создавать прочные и сложные детали без использования опорных конструкций.

Multi Jet Fusion (MJF). В MJF используется струйная матрица для нанесения связующего и детализирующего веществ на порошкообразные материалы, что позволяет получать прочные и высокоточные функциональные прототипы и детали для конечного использования.

 

Каковы преимущества FDM-печати для промышленного применения?


Для изготовления более прочных деталей часто используется FDM-печать промышленного класса. Кроме того, широкий выбор термопластичных материалов позволяет создавать детали, способные выдерживать более высокие температуры, что делает этот метод универсальным для различных промышленных применений. Давайте рассмотрим его подробнее.

Более прочные детали. FDM позволяет использовать различные термопласты инженерного класса, некоторые из которых обладают высокой прочностью и долговечностью. Это особенно ценно при производстве деталей, которые должны выдерживать механические нагрузки, удары или другие сложные условия эксплуатации.

Более высокие температуры. Устойчивость к высоким температурам детали, напечатанной методом FDM, зависит от выбранного термопластичного материала. Некоторые материалы для FDM-печати, такие как Ultem или PEEK, обладают превосходной устойчивостью к высоким температурам и могут использоваться в тех случаях, когда термостойкость имеет решающее значение. Однако важно отметить, что не все материалы для FDM-печати подходят для использования в условиях высоких температур, поэтому выбор материала имеет решающее значение.

Снижение веса при сохранении структурной целостности. Технология FDM позволяет создавать лёгкие конструкции внутри деталей, сохраняя при этом структурную целостность. Это часто имеет решающее значение для таких отраслей, как аэрокосмическая и автомобильная, где снижение веса является приоритетной задачей. Инженеры могут проектировать компоненты с оптимизированными внутренними решетчатыми структурами, которые снижают общий вес без ущерба для прочности или функциональности.

Экономичное мелкосерийное производство. Традиционные производственные процессы часто требуют использования дорогостоящих форм или оснастки, что делает мелкосерийное производство экономически нецелесообразным. Однако технология FDM не требует использования такой оснастки и позволяет компаниям производить небольшое количество деталей или продуктов без больших затрат на подготовку. Это особенно выгодно для нишевых рынков или отраслей, где требуется гибкость в отношении объемов производства, например при изготовлении оборудования на заказ или специализированных компонентов.

Материалы для промышленной FDM-3D-печати


Промышленная 3D-печать методом послойного наплавления использует ряд материалов для решения различных прикладных задач. Обычно используются термопласты инженерного класса (ABS, PLA, PETG), высокоэффективные полимеры (такие как PEEK и Ultem/PEI) и композитные нити (углеродное волокно, стекловолокно). Эти материалы отличаются долговечностью, термостойкостью и механической прочностью, что делает их подходящими для промышленного применения.

 

Каковы преимущества промышленной SLA-3D-печати? 


Промышленная SLA-3D-печать обеспечивает ряд преимуществ для высокопроизводительных промышленных применений, включая точность, универсальность материалов, сложную геометрию и способность соответствовать строгим требованиям по термостойкости, химической стойкости и биосовместимости. Вот обзор некоторых из этих преимуществ.

Снижение веса при сохранении высокой прочности. Технология SLA позволяет создавать лёгкие, но прочные компоненты за счёт оптимизации внутренней структуры. Такое снижение веса особенно полезно в аэрокосмической, автомобильной и робототехнической отраслях, где лёгкие детали повышают топливную экономичность и общую производительность.

Допуски и точность размеров: детали, изготовленные методом селективного лазерного спекания, могут стабильно соответствовать жёстким допускам и строгим требованиям к точности размеров, что гарантирует точное соответствие высокопроизводительных компонентов спецификациям и стандартам.

Сложные геометрические формы и внутренние структуры. Технология SLA позволяет создавать сложные высокопроизводительные конструкции, в том числе компоненты со сложными внутренними каналами, решетчатыми структурами и индивидуальными характеристиками. Эта возможность полезна в таких отраслях, как автомобилестроение и аэрокосмическая промышленность, где оптимизированная геометрия деталей может повысить их функциональность.

Высокая точность и качество обработки поверхности. Технология SLA позволяет изготавливать детали с исключительной точностью размеров и гладкой поверхностью. Такая точность необходима в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность и производство медицинского оборудования, где сложные детали и жесткие допуски имеют решающее значение для производительности.

 

Какие материалы используются для промышленной SLA?


В промышленной SLAиспользуется широкий спектр специализированных фотополимеров и смол. Эти материалы обладают разнообразными механическими свойствами: от жёстких и прочных до гибких и эластичных, что делает их подходящими для производства медицинских устройств, потребительских товаров, автомобильных прототипов и сложных дизайнерских прототипов с высоким разрешением.

Кроме того, некоторые смолы для стереолитографии, такие как PEI, обладают превосходной устойчивостью к высоким температурам. Это крайне важно для применения в автомобильной промышленности и при производстве деталей для авиационных двигателей.


Каковы преимущества SLS 3D-печати для промышленных целей?

3D-печать методом селективного лазерного спекания позволяет изготавливать гибкие детали с настраиваемыми свойствами материала, а также создавать тонкостенные конструкции, отличающиеся точностью и прочностью. Эти возможности делают метод селективного лазерного спекания ценным инструментом в самых разных отраслях — от производства потребительских товаров и медицинского оборудования до аэрокосмической и автомобильной промышленности, где необходимы легкие, гибкие и сложные компоненты. В этой статье мы подробно рассмотрим некоторые из этих преимуществ.

Сложные тонкостенные конструкции. С помощью SLS можно создавать сложные тонкостенные конструкции, в том числе ячеистые, которые обеспечивают дополнительную прочность и жёсткость при сохранении лёгкости профиля.

Конформные охлаждающие каналы. Технология SLS подходит для изготовления деталей с внутренними элементами, такими как конформные охлаждающие каналы для оснастки пресс-форм для литья под давлением. Эти каналы повышают эффективность теплопередачи и сокращают время цикла при литье под давлением.

Настраиваемые свойства материала. Инженеры могут регулировать степень гибкости деталей, напечатанных методом селективного лазерного спекания, изменяя плотность заполнения и используя решетчатые структуры. Такая настройка позволяет создавать детали с разным уровнем жесткости и гибкости в рамках одного задания на печать.

Детали, похожие на резину. Некоторые SLS-принтеры поддерживают работу с гибкими материалами, которые по своим свойствам напоминают резину. Они идеально подходят для изготовления прокладок, уплотнителей и компонентов, требующих высокой прочности и эластичности.

 

Материалы для промышленной SLS

SLS использует различные порошкообразные материалы, адаптированные для конкретных областей применения. Для SLS на основе нейлона такие материалы, как нейлон добавить в скобках что это полиамид 12, нейлон 11 и стеклонаполненный нейлон, обеспечивают прочность и гибкость, что идеально подходит для функциональных прототипов и потребительских товаров. Кроме того, такие материалы, как PEBA, позволяют получать прочные детали, обладающие гибкостью и эластичностью, как у резины.

 

Каковы преимущества MJF для промышленного использования?

MJF хорошо подходит для высокопроизводительных промышленных применений благодаря своей точности, универсальности в работе с материалами, долговечности и способности создавать сложные, лёгкие и термостойкие детали. Рассмотрим, как эти преимущества используются в промышленности.

Объединение деталей. MJF позволяет интегрировать несколько компонентов в одну сложную деталь, что снижает требования к сборке, сводит к минимуму количество точек отказа и упрощает конструкцию в целом.

Настраиваемые свойства материала. Инженеры могут изменять механические свойства деталей, напечатанных методом MJF, регулируя структуру заполнения, плотность и толщину стенок. Такая настройка позволяет оптимизировать детали в соответствии с конкретными требованиями к производительности.

Сложная геометрия. Способность MJF создавать детали сложной геометрии без использования опорных конструкций позволяет проектировать детали с оптимизированной формой для повышения производительности. Это важно для аэродинамики, гидродинамики и других областей, где требуется высокая производительность.

Облегчённая конструкция. MJF позволяет создавать облегчённые конструкции внутри деталей, снижая общий вес при сохранении структурной целостности. Это особенно важно в аэрокосмической и автомобильной промышленности, где снижение веса приводит к повышению топливной эффективности и производительности.

 

Материалы для промышленного MJF


Multi Jet Fusion (MJF) использует мелкодисперсный слой порошка из жесткого или гибкого термопластичного материала. К жестким пластикам относятся нейлон PA11, нейлон PA12 и полипропилен, а к гибким — эстан 3D TPU M95A.

В частности, универсальность нейлона и прочность полиамида 12 делают их подходящими для изготовления функциональных прототипов, сложных деталей и мелкосерийного производства. С другой стороны, Estane 3D TPU M95A часто используется для изготовления деталей, требующих свойств, схожих с резиной.

 

Постобработка для промышленной 3D-печати

Следующие методы постобработки имеют решающее значение для улучшения качества поверхности, эстетики и функциональности деталей, напечатанных на 3D-принтере промышленного класса. 

Сглаживание паром. При сглаживании паром напечатанная на 3D-принтере деталь подвергается воздействию контролируемой атмосферы, насыщенной парами специального растворителя. Пары частично расплавляют внешний слой детали, сглаживая линии слоёв и дефекты поверхности. Сглаживание паром особенно эффективно для деталей, напечатанных из таких материалов, как ABS и ASA.

Пескоструйная обработка Пескоструйная обработка заключается в том, что мелкие абразивные частицы (например, стеклянные или керамические шарики) с высокой скоростью подаются на поверхность детали. Этот процесс позволяет устранить дефекты поверхности, шероховатости и опорные структуры, в результате чего поверхность становится более гладкой и однородной. Пескоструйная обработка подходит для металлических и пластиковых деталей.