Всё о 3D-печати - Технологии печати

Технологии 3D-печати

Разнообразие технологий: от гигантских машин до настольных принтеров

С конца 1970-х годов в мире появилось множество технологий 3D-печати. Первые установки были громоздкими, дорогими и предлагали весьма ограниченные возможности. Со временем они эволюционировали в широкую линейку доступных методов, различающихся по принципу работы и используемым материалам.

Основные направления 3D-печати

Современные технологии аддитивного производства можно разделить на несколько типов в зависимости от метода формирования слоев и материала. Некоторые из них базируются на термическом воздействии — расплавлении или размягчении. К таким методам относятся:

• FDM (FFF) — послойное наплавление термопластика;

• SLS — лазерное спекание порошков;

• SLM и DMLS — лазерная плавка или спекание металлических частиц;

• EBM — электронно-лучевая плавка металлов.

Другие подходы, такие как SLA или DLP, используют затвердевание жидких фотополимеров под действием света. Есть и метод LOM (ламинирование), где из листовых материалов вырезаются нужные контуры, которые затем склеиваются в единый объект. В этом случае применяются такие материалы, как бумага, пластик или металл.

Выбор технологии зависит от многих факторов: скорости печати, стоимости оборудования и расходных материалов, прочности конечного изделия и сложности его формы.

 

 

Экструзионная печать (FDM/FFF)

Один из самых популярных и доступных методов 3D-печати был разработан Скоттом Трампом в 1980-х годах, а коммерческое применение получил благодаря компании Stratasys. С окончанием срока действия патента технология стала доступна широкому кругу разработчиков и энтузиастов, что способствовало появлению большого количества принтеров с открытым исходным кодом и значительному снижению цен.

Принцип работы FDM прост: пластиковая нить (например, PLA или ABS) подается в печатающую головку, где плавится и выдавливается через тонкое сопло. Расплавленный материал укладывается слоями в соответствии с моделью. Сопло перемещается в трехмерном пространстве за счет шаговых двигателей, управляемых специальным программным обеспечением.

Расходные материалы включают широкий спектр полимеров: PLA, ABS, PC, HDPE, PPSU и их комбинации. В некоторых сообществах энтузиастов разрабатываются системы переработки пластика в новый филамент с помощью дробилок и плавильных установок.

Одним из ограничений FDM является невозможность печати «нависающих» элементов без вспомогательных опор, которые позже удаляются вручную или растворяются.

---

Порошковые технологии

Печать с использованием порошков базируется на послойном спекании материала лазером или электронным лучом. После обработки очередного слоя платформа опускается, и наносится новый слой порошка. Остатки неиспользованного материала служат временной поддержкой конструкции, что исключает необходимость дополнительных опор.

Наиболее известные технологии:

• SLS — используется для полимеров и композитов;

• DMLS — применяется для металлов;

• SLM — фактически расплавляет порошок, создавая цельнометаллические изделия;

• EBM — работает с титаном и подобными сплавами в вакууме, обеспечивая высокую прочность.

Метод SLS был впервые реализован Карлом Декардом и Джозефом Биманом в Техасском университете, а финансирование разработки обеспечило агентство DARPA.

---

Струйная 3D-печать

В этой технологии связующее вещество распыляется на порошковый слой (например, гипс или пластик), склеивая его в соответствии с цифровой моделью. Такая печать позволяет изготавливать цветные и детализированные объекты. После печати изделие можно дополнительно укрепить, пропитав его воском или смолой.

---

Ламинирование (LOM)

Метод ламинирования предполагает вырезание и склеивание слоев из тонкого материала — бумаги, фольги, пластика. Одним из самых интересных решений стал принтер от Mcor Technologies (2005), который использует обычную офисную бумагу, режущий нож из карбида вольфрама и выборочное нанесение клея. Эта технология привлекала внимание в 1990-х благодаря доступности и низкой себестоимости.

---

Фотополимерные технологии

Стереолитография (SLA), запатентованная Чарльзом Халлом в 1986 году, стала одной из первых технологий 3D-печати. В основе лежит затвердевание жидкого полимера под действием ультрафиолетового излучения. DLP — аналогичный метод, но использующий проекторы для засветки сразу целого слоя.

Пример такой системы — EnvisionTEC Perfactory. Есть и более современные струйные принтеры, как Objet PolyJet, которые распыляют полимер микроскопическими каплями с точностью до 16 микрон, после чего каждый слой полимеризуется светом. Опоры создаются автоматически и удаляются по завершении печати.

Наивысшая точность достигается с помощью многофотонной полимеризации, где лазер воздействует на материал в строго определенной точке, застывание происходит лишь в месте фокусировки. Этот метод позволяет печатать структуры с микроскопическими подвижными элементами.

---

Проекционная стереолитография

Здесь каждый слой модели преобразуется в двумерное изображение, которое проецируется на фотополимер. Свет заставляет нужные участки затвердевать, и слой за слоем формируется готовый объект. В некоторых системах используется проекция снизу, что позволяет ускорить печать и сократить деформации. Технология также поддерживает использование разных полимеров с разной скоростью отверждения, а в продвинутых моделях (например, Objet Connex) смола подается через миниатюрные сопла, обеспечивая высокую точность и разнообразие свойств модели.