Выбор подходящего метода аддитивного производства (AM) для конкретного приложения может стать трудным. Широкий спектр доступных технологий и материалов для 3D-печати означает, что некоторые из них могут быть целесообразными, но каждый производитель предлагает различные варианты точности размеров, качества поверхности и требований к постобработке к изготавливаемым изделиям на 3Д принтере.

Популярные аддитивные технологии 3D-производства

Фотополимеризация

Процесс происходит, когда фотополимерная смола подвергается воздействию света с определенной длиной волны. При контакте начинается химическая реакция, и материал отверждается. В ряде аддитивных технологий процесс применяется для создания готовой твердой детали послойно. Различают следующие виды этой технологии:

Стереолитография (SLA) использует платформу для печати, погруженную в резервуар с прозрачным дном, заполненный жидкой фотополимерной смолой. Когда рабочая поверхность платформы погружается в жидкость, встроенный лазер отображает поперечный срез конструкции через дно резервуара, отверждая материал. Когда слой сформирован, пластина поднимается и позволяет следующей дозе сырья течь под полимеризованный участок детали. Процесс повторяется до получения твердой модели. Затем элементы подвергаются обработке УФ-светом для улучшения механических свойств.

Прямая обработка светом (DLP) применяет почти идентичный метод производства деталей, что и SLA. Основное отличие состоит в том, что DLP использует экран цифрового светового проектора для отверждения. Метод позволяет сократить время построения, так как слои проецируются на фотополимер сразу, а не обрабатываются последовательным проходом лазерного пучка по заданной трактории.

Непрерывный DLP (CDLP) или постоянная обработка прямым светом выстраивает объекты подобно DLP-технологии. Однако метод основан на непрерывном движении рабочей пластины в направлении Z (вверх). Это позволяет сократить время сборки, поскольку принтеру не требуется останавливаться и отдалять деталь от прозрачного экрана после создания каждого уровня.

Cпекание порошкового слоя

Powder Bed Fusion (PBF) позволяет производить твердые модели с использованием источника тепла, который вызывает сплавление (спекание) в слои частиц пластикового или металлического порошка. Большинство технологий аддитивного производства PBF используют механизмы для распределения и разравнивания тонких слоев сырья по мере создания детали, в результате чего после завершения процесса печати готовый компонент сформирован из сплавленного/спеченного порошка.

Селективное лазерное спекание (SLS) помогает создавать твердые пластмассовые предметы, используя лазер для спекания тонких слоев порошкового материала. Процесс начинается с нанесения начального слоя порошка на платформу для печати. Поперечное сечение детали сканируется и спекается лазером до полного отвердевания слоя. Потом строительная площадка опускается и наносится очередной слой сырья. После окончании построения готовая модель полностью окружена неспеченным порошком. Стол извлекается, очищается, после чего детали готовы к использованию или дальнейшей постобработке.

SLM и DMLS. И селективное лазерное сплавление, и прямое лазерное спекание металла производят детали аналогично SLS. Первая технология обеспечивает абсолютное расплавление порошка, а вторая предполагает нагревание сырья до температуры, близкой к точке плавления. DMLS работает только со сплавами, а SLM может использовать однокомпонентные металлы. Методы требуют поддерживающих конструкций для компенсации высоких остаточных напряжений, возникающих в процессе печати. Это помогает уменьшить вероятность деформации и разрушений.

Электронно-лучевое плавление (EBM) использует пучок высокой энергии, а не лазер, чтобы сплавлять частиц металлического порошка. Сфокусированный электронный луч сканирует тонкий слой сырья, вызывая локальное расплавление и затвердевание на определенных позициях. Электронно-лучевые системы создают меньшие остаточные напряжения в деталях, что приводит к снижению потребности в поддерживающих или опорных структурах. Метод также требует, чтобы детали производились в вакууме, а этот процесс можно использовать только с электропроводящими материалами.

Многоструйное сплавление (MJF) представляет собой комбинацию технологий SLS и Material Jetting. Каретка со струйными соплами проходит по траектории построения, нанося термозакрепляющий агент на тончайший слой пластмассового порошка. При этом по контуру детали наносится специальный состав, препятствующий спеканию. Сильный источник инфракрасного излучения проходит над платформой построения и спекает зоны, на которые нанесено термозакрепляющее вещество. При этом остальное сырье остается нетронутым.

Экструзия материала

Подобно тому как зубная паста выдавливается из тюбика, технологии экструзии сырья предполагают "продавливание" сырья через сопло на рабочую пластину. Форсунка следует по заранее заданному пути, выстраивая слои. Эта аддитивная технология производства деталей имеет некоторые ограничения по точности размеров и очень анизотропна.
Моделирование наплавленным напылением (FDM) является наиболее востребованной методикой 3D-печати. FDM создает детали, используя нити из твердого термопластического материала. Филамент проталкивается сквозь нагретое сопло, где он плавится. Аппарат перемещает головку, укладывая расплавленный состав по заранее заданному пути. Когда вещество остывает, оно отверждается, послойно создавая деталь.

Струйная обработка материалов

Объемную струйную печать часто сравнивают с двухмерной вариацией. Характер процесса позволяет выстраивать модели из нескольких видов сырья (фотополимеры, металлы, воск). Эта возможность часто используется для печати поддержек из растворимого материала на этапе сборки.
Струйное нанесение материала (Material Jetting). Печатающая головка распыляет фотополимер из сотен мелких дюз, послойно создавая деталь. Когда капли сырья попадают на платформу для сборки, они затвердевают под воздействием ультрафиолетового излучения. Для процессов струйной печати требуется поддержка из растворимого воска, который легко удаляется во время постобработки.

Nano particle jetting. При струйном нанесении NPJ задействуется жидкость, содержащая металлические или поддерживающие наночастицы. Материал загружается в оборудование в виде картриджа и впрыскивается мельчайшим каплями на лоток для построения тончайших слоев. Экстремальные температуры внутри камеры построения вызывают испарение жидкости, оставляя металлические элементы.

Струйные принтеры DOD с функцией Drop-On-Demand имеют 2 сопла: одно для нанесения строительных ресурсов (обычно расплавленный воск), а второе – для растворяемого состава подложки. Подобно традиционным методам AM DOD-аппараты следуют установленному пути и наносят сырье точечно, чтобы создать поверхность объекта. В этих машинах также используется устройство fly-cutter, которое «просматривает» результат построения после каждого слоя, чтобы обеспечить идеально гладкую поверхность. Технология востребована при изготовлении «восковых» заготовок для литья по выплавляемым моделям.

Binder Jetting

Распыление связующего – это процесс нанесения скрепляющего состава на слой порошкового материала для создания изделия. Слои связываются друг с другом, образуя твердый компонент.
Binder Jetting предполагает нанесение адгезива на тончайшие слои порошка, который имеет керамическую либо металлическую основу. Печатающая головка движется по платформе сборки, впрыскивая капельки связующего. Когда слой завершен, стол смещается вниз, а следующий слой сферических гранул распределяется по области построения.
Напечатанные модели получаются зеленого цвета и требуют дополнительной постобработки, прежде чем будут готовы к использованию.

Прямое осаждение энергии

Direct Energy Deposition (DED) создает детали путем плавления порошкового материала по мере его осаждения. Способ применяется с металлическими порошками или проволокой. Аддитивные технологии DED задействуют исключительно в производстве из металлов.

Послойная плавка материала лазером (LENS) использует приспособление для осаждения, которое состоит из лазерной головки, форсунок для подачи порошка и трубки для инертного газа, предназначенного для плавления порошкового материала. Лазер создает бассейн расплава на участке сборки, и порошок дозированно подается в эту область, где плавится, а затем затвердевает. Подложка представляет собой плоскую металлическую пластину или существующую деталь, на которую наплавляют материал.

Электронно-лучевое аддитивное производство (EBAM) используется для выпуска изделий из металлического порошка или прута, сваренного электронным лучом, действующим в качестве источника тепла. Такие лучи эффективнее лазеров и работают в вакууме благодаря технологии, изначально разработанной для использования в космосе.