Что такое 3D-печать? Подробно о принципах и возможностях

Этапы работы на 3D принтере

Какие материалы используют при трехмерной печати

Область применения работ на 3D принтере

Почему выбирают 3DPrintum?

Трехмерная печать — самый простой и технологичный способ воплотить цифровой чертеж в физическом материале. Ей не нужны станки машинной обработки, аппаратура для литья под давлением. Сегодня 3D-печать не ограничена узкоспециализированными задачами: её применяют энтузиасты, художники, инженеры медицинской и аэрокосмической отраслей. Разбираем историю аддитивных технологий, их базовые принципы и потенциал развития.

В основе трехмерной модели лежит цифровой файл, который содержит набор инструкций для принтера. Оборудование для 3D-печати построено вокруг аддитивных процессов: объект создают послойно, укладывая один пласт материала за другим. Чем тоньше толщина слоя, тем дольше и сложнее производство, но детализированнее изделие.

1981 – Первый 3D-принтер. Доктор Хидео Кодама изобрел раннюю машину для быстрого прототипирования, которая создавала детали слой за слоем, используя смолу, полимеризующуюся под воздействием ультрафиолетового света.

1986 – Запатентована стереолитография. Её принцип описал Чак Халл, которого считают отцом 3D-печати. Именно он создал и коммерционализировал метод SLA и формат .stl, который до сих пор остается одним из самых популярных стандартов.

1988 – Лицензирован метод выборочного лазерного спекания. Его разработал Карл Декард, студент Техасского университета. SLS использует лазер для спекания порошкообразного сырья в твердые структуры.

1992 – Первая коммерческая машина на базе FDM. Компания Stratasys применила метод экструзии термопластика, который и сегодня использует большинство потребительских устройств.

2005 – Первый принтер потребительского уровня. Команда RepRap Project во главе с доктором Адрианом Бойером начала работу над открытой версией технологии FDM. Стандарт получил название FFF.

Первоначальной целью RepRap Project было переосмыслить аддитивное производство, сделать его доступным и открытым для обычных пользователей. Компания начала работать с экструзией термопластика, поскольку это было самое простое решение, которое требовало минимального количества специальных компонентов. RepRap стал первым «самовоспроизводящимся» принтером — его владелец мог напечатать еще один экземпляр устройства.

Сохраняя общий принцип работы, с годами техника для 3D-печати получила поддержку продвинутого программного обеспечения, которое автоматизирует процесс подготовки моделей, устраняет дефекты на стадии прототипирования. Промышленные устройства используют новые типы сырья, например, биосовместимыми полимерами и металлическими сплавами, которые используют в медицине.

Объемную модель производят в шесть этапов:

Дизайн . Этап проектирования начинается с создания 3D-чертежа объекта. Для этого используют программы автоматизированного проектирования (CAD), 3D-сканеры, фотограмметрию, генеративный дизайн, параметрический дизайн и скриптинг.

Предварительная доработка . Модель анализируют и готовят к 3D-печати; устраняют неточности, которые могут привести к производственному дефекту. Этот этап включает сегментацию объекта на отдельные слои (слайсинг), создание опорных конструкций и настройку параметров машины, при котором изделие получит нужную структурную прочность и детализацию.

Печать . Машина выполняет инструкции, полученные из цифрового чертежа, чтобы построить объект постепенно, слой за слоем. Если у изделия сложная геометрия, например, большое количество мостов и нависающих компонентов, его элементы печатают по отдельности, затем собирают.

Постобработка . Объект дорабатывают механическими инструментами, повышают его визуальное качество, улучшают функциональность. Этот этап включает удаление несущих конструкций, шлифовку, покраску.

Сборка (опционально) . Если изделие состоит из нескольких компонентов или становится частью более крупной композиции, ее собирают воедино, скрепляют с другими деталями. Для этого используют клей, винтовое соединение, крепление типа «шип-паз», пайку и другие способы, выбор которых зависит от размера, расчетных нагрузок и функциональности.

Отделка и упаковка . Завершающий этап включает в себя финишную отделку, нанесение покрытия, маркировку. После этого изделие упаковывают и готовят к транспортировке.

Подробнее об этом процессе мы писали в статье « 3D-моделирование: от создания до применения ».

Чтобы достичь целевых характеристик и выполнить задачи проекта, в производстве изделий используют различное сырье, включая:

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) . Прочный и ударостойкий пластик, который хорошо переносит температуры до 100 °C. Его используют для корпусов электроники, игрушек и функциональных деталей. Легко поддается обработке, но требует дополнительного нагрева платформы в процессе.

PLA (полимолочная кислота) . Биорасщепляемое сырье, простое в производстве и не дающее усадки. Подходит для создания декоративных моделей и прототипов. Однако PLA — хрупкий полимер, он плохо переносит температуры выше 50–60 °C.

PETG (гликолизированный полиэтилентерефталат) . Прочный и гибкий, устойчивый к влаге, химическим воздействиям и ультрафиолету. Его используют для контейнеров, функциональных деталей и предметов уличного декора. Главное преимущество PETG — с ним легче работать, чем с ABS, но он требует точной настройки температуры.

Полиамид (нейлон) . Прочный и гибкий, устойчивый к износу и химическим воздействиям. Его используют для шестерней, подшипников и других функциональных деталей. Однако нейлон гигроскопичен, поэтому сырье нужно высушить перед работой.

Стеклонаполненный пластик . Использование стекловолокна в составе полимера существенно повышает его прочность и устойчивость к высоким температурам. Стеклонаполненный пластик применяют для промышленных деталей и конструктивных элементов. Однако из-за высокой абразивности материал требует сопел из закаленной стали.

Негорючий пластик . Содержит добавки, препятствующие возгоранию, и соответствует стандартам пожарной безопасности. Его используют для корпусов электроники, деталей для авиатехники и автомобилей, где важна устойчивость к сверхвысоким температурам. Такой пластик дороже стандартного сырья.

Декоративный полимер . Сырье на основе PLA или ABS, с добавлением древесной пыли, металлической стружки или пигментов, которые придают ему нужный цвет и другие косметические особенности. Подходит для эстетических компонентов, декора и сувенирных моделей, но его прочность уступает чистому полимеру.

3D-принтинг универсален: его используют во всех отраслях гражданской промышленности. Специфика технологии позволяет масштабировать производство под разные объемы серий и сложность моделей.

Индивидуальное изготовление

Производство объемных изделий не требует долгой наладки и переоснастки оборудования. Этот метод используют:

для прототипов изделий и их отдельных компонентов;

макетов для образовательных и научных целей;

запчастей и аксессуаров для винтажной техники;

художественных элементов: статуэток, скульптур, сувениров и арт-объектов.

Этот метод изготовления помогает отказаться от длительной разработки пресс-форм, сократить время подготовки с нескольких месяцев до нескольких дней. Подходит для партий объемом в несколько тысяч изделий. С его помощью изготавливают:

игрушки и декоративные компоненты;

корпуса и аксессуары для электроники;

промоматериалы: объемные карточки, фигурки маскотов;

сложные компоненты для крупной техники.

- Литьё в силиконовую форму

Сувенир промышленного робота KUKA‍

- 3D печать оранжевым ABS

- 3D печать по технологии SLA

- Постобрботка, утяжеление, покраска

Распространение технологии упрощает логистические задачи, диверсифицирует производство изделий. Изготовителям больше не нужно транспортировать компоненты для отверточной сборки из одного завода в другой, поскольку каждое предприятие сможет наладить выпуск комплектующих на основе электронных чертежей и предзаписанных параметров 3D-печати.

Внедрение новых полимерных составов и металлических сплавов помогает решать комплексные инженерные задачи, которые раньше были ограничены традиционными методами машинной обработки. Это изготовление конструктивных компонентов сложной геометрической формы, индивидуальных протезов и имплантов, легких и прочных запчастей техники.

Компания изготавливает объемные изделия на высокоточных станках промышленного уровня. Более 100 компаний и частных заказчиков ежемесячно выбирают 3DPrintum за подход к производственному процессу и широкий отраслевой опыт:

Портфолио . Компания больше 10 лет работает с профессиональной 3D-печатью. Изделия 3DPrintum используют в проектах «Альфа Банк», «Росатом», Yandex и других предприятий по всей России.

Скорость . Производственные линии 3DPrintum работают 24/7, без праздников и выходных. Компания выполняет авральные заказы, включая индивидуальные проекты, серийное изготовление крупных партий.

Качество . Компания сопровождает проект на всех стадиях, от подготовки 3D-модели до постобработки и отправки.

Свяжитесь с менеджером через форму обратной связи или воспользуйтесь онлайн-калькулятором , чтобы рассчитать цену, выбрать подходящий вариант исполнения и заказать изделие с доставкой по Москве и регионам России.

Наиболее распространенные — пластик (ABS, PLA), металл, керамика, резина, композитные смеси и даже пищевые продукты.

Время печати зависит от размера и сложности изделия, типа принтера и используемого материала. Обычно занимает от нескольких минут до десятков часов.

Нет, домашние устройства чаще всего работают с пластиком. Печатать металлом возможно лишь на специализированных промышленных машинах.

FDM расплавляет нить пластика слой за слоем, формируя объект сверху вниз. SLA работает с жидким фотополимером, затвердевающим под воздействием света.