Аддитивные технологии. 3D-моделирование

Аддитивные технологии. 3D-моделирование

Аддитивные технологии

Аддитивные технологии — группа технологических методов производства изделий и прототипов, основанная на поэтапном формировании изделия путём добавления материала на основу (платформу или заготовку).

Новые методы производства деталей начали развиваться в начале 1980-х. Они были основаны не на удалении материала, как при механической обработке, а на послойном изготовлении изделия по трехмерной модели за счет добавления материала в виде пластиковых, керамических, металлических порошков и их связки термическим, диффузионным или клеевым методом. Группа этих технологий на западе получила название «аддитивное производство». За три десятилетия технология прошла путь от изготовления пластиковых и бумажных прототипов к непосредственному получению готовых функциональных изделий. В настоящее время аддитивные технологии позволяют получать металлические и неметаллические прототипы и функциональные изделия, которые не требуют механической пост-обработки.

Области и сферы применения аддитивных технологий

Среди применений аддитивных технологий наиболее востребовано производство функциональных изделий для нужд наиболее заинтересованных отраслей промышленности, где существует острая потребность в изготовлении высокоточных изделий и их прототипов в кратчайшие сроки таких как авиакосмическая отрасль, автомобиле- и машиностроение, ВПК, медицина в части протезирования.

Основные области применения аддитивных технологий:

  • Изготовление прототипов
  • Изготовление несерийных изделий

Сферы применения аддитивных технологий:

  • Строительство малых архитектурных форм, домов и конструкций

Применение технологии 3D-печати в строительстве позволяет создать любую, даже самую необычную форму в кратчайшие сроки с минимальными затратами в процессе строительства.

Основными преимуществами в этом направлении являются экономичность (связана с сокращением трудозатрат, сроков строительства), экологичность (сокращение до минимума отходов строительного производства, снижение влияния на окружающую среду) и архитектурные возможности (возможность воплотить в жизнь любые идеи архитекторов и дизайнеров).

Печать не дает никаких отклонений по углам, ведется строго по проекту. Точная геометрия в 3D-плоскостях в соответствии с заданной в компьютере программой (до 0,5 мм). При этом скорость печати современного принтера составляет 7-10 м/мин, а высота зданий – до пяти этажей различной конфигурации.

Вместо строительной бригады будет достаточно двух-трех работников, чтобы обслуживать 3D-принтер.

  • Машиностроение

Технологии 3D-печати широко применяются в прототипировании и проектировании деталей, узлов и механизмов, а также изготовлении деталей из пластика и изготовлении металлических деталей путем лазерного спекания.

  • Литейное производство

Выращивание моделей и форм путем 3D-печати позволяет получить результаты, недостижимые средствами классических технологических процессов. Важное преимущество заключается также и в значительной экономии времени на изготовление модельной оснастки. Сокращение срока создания прототипов и возможность вносить изменения в конструкцию открывают огромные возможности для производства.

Применение аддитивных технологий при литье пластика в песчано-глинистые формы имеет следующие явные плюсы по сравнению с классическими методами:

  • значительное сокращение производственного цикла;
  • отсутствие необходимости задействовать в производства несколько инженеров-технологов или других специалистов;
  • на 3D-принтере можно напечатать одновременно несколько изделий.

 

  • Макетирование

Макетирование – это создание моделей строений и технических объектов. Если создание макета традиционным способом может длиться более месяца, то 3D-печать позволяет создавать и представлять различные макеты заказчику на самом раннем этапе согласования проекта.

Аддитивные технологии позволяют быстро вносить изменения в макет, изготавливать несколько копий, эффектно презентовать проект, показывая его в разном окружении и разном масштабе, а также экономить время и средства на разработку моделей и значительно сокращать сроки реализации проекта.

Представить проект, который был создан на 3D-принтере, стоит гораздо меньших денег, чем создание модели традиционными способами. Заказчик получает уникальную готовую деталь, которая не требует дальнейших доработок.

Виды 3D-принтеров

Расходник определяет типы 3D-принтеров: лазерные агрегаты спекают и ламинируют порошок, струйный 3D-принтер поочередно склеивает слои исходного материала, затем происходит его спекание. Следующий шаг – охлаждение. Здесь могут использоваться виды фотополимерного пластика, смол, порошков, силикона, металла и восковые компоненты.

По типу расходника:

  • Порошковый

Принцип действия такой техники проявляются в том, исходя из предоставленной модели, печатающая головка принтера начинает наносить в определенные места специальное связующее вещество. Затем на него тонким валиком будет нанесен порошок, который спекается с веществом. Далее процесс повторяется.

Подобное устройство вполне возможно собрать самому – достаточно иметь необходимые комплектующие. Также возможна работа с пудрой из металла.

  • Гипсовый

Гипсовый вариант тоже заправляется порошками, от гипса до шпаклевки, цемента и тому подобных. Наличие связующего вещества обязательно. Такие принтеры чаще всего применяются в создании интерьерных украшений, малых архитектурных форм и скульптур.

  • Фотополимерный

Для изготовления объектов используются жидкие фотополимеры. Ультрафиолетовый лазер, ориентируясь на компьютерную модель, будет засвечивать определенные места. В дальнейшем под действием ультрафиолета они будут затвердевать. Такая засветка будет осуществляться и через специально подготовленный фотошаблон – здесь уже будет применяться ультрафиолетовая лампа, а шаблонная заготовка будет меняться с каждым новым слоем.

  • Восковой

Подобный аппарат печатает при помощи воска – материала с низкой плавящейся температурой. В этом свойстве есть свои бонусы – легкость работы и четкость выполненных контуров является безукоризненной.

По типу используемых технологий:

  1. FDM

При FDM (fused deposition modeling, или Моделирование методом послойного наплавления) агрегат будет выдавливать расходник через специальное сопло слой за слоем. Сюда входят: мэйкерботоподобные устройства, Stratasys-принтеры, агрегаты, используемые в кулинарии (заправкой идут сырные продукты, тесто, глазурь) и медицинские аппараты (медицинский гель с живыми клетками).

  1. Polyjet или MJM

MJM (Multi Jet Modeling), который подразумевает методику многоструйного моделирования. Процесс похож на обычный струйный из-за подачи материала через небольшие сопла, которых может быть несколько сотен. После застывания предыдущего слоя и будет формироваться заданная трехмерная модель.

Расходниками являются фотоплимеры и пластик, подходит и специальный воск. Обычно такую объемную печать применяют в изготовлении медицинских имплантатов, зубных протезов и слепков.

При этой технологии также реально получение многоцветных вариантов и объектов с разными свойствами, например, эластичные в сочетании с твердыми.

Есть и недостатки MJM – очень дорогой исходный материал и хрупкий результат. Применение обычно находит в медицине и промышленном прототипировании.

  1. LENS

При данной технологии выдутый из сопла расходник сразу попадает под фокус лазерного луча под мгновенное спекание. Использование металлического порошка помогло в изготовлении объектов из стали и титана, что дало возможность эксплуатации 3D-принтеров в промышленности. Многие сплавы можно перемешивать и получать непосредственно в процессе. Так, к примеру, получают турбиновые титановые лопатки для турбин.

  1. LOM

С Laminated Object manufacturing тонкие и уже проламинированные листы вырезаются лазером, склеиваются, спекаются или спрессовываются в трехмерный объект. Так можно напечатать пластиковые, алюминиевые и бумажные 3D-объекты. Основным преимуществом такого метода является дешевизна, хоть и сопровождающаяся большим количеством отходов.

  1. SLA

Принцип работы состоит в том, что проходящий по поверхности жидкого полимера лазерный луч полимеризирует слой. После готовности одного из слоев, платформа опускает деталь, чтобы жидкий полимер заполнил пустоты. Потом деталь поднимается наверх, а сам лазер располагается внизу.

При работе таким методом нужна обработка поверхности, чтобы отшлифовать и удалить лишний материал. Иногда результат дополнительно запекают в ультрафиолетовых духовках. С подобным принтером надо быть предельно осторожным в работе, так как зачастую фотополимеры очень токсичны. Также это весьма дорого в обслуживании.

  1. SLS

Selective laser sintering напоминает SLA, но здесь вместо фотополимера используется запекаемый лазером порошок. Можно в качестве расходника вполне использовать сталь, нейлон, бронзу, титан, керамику, стекло, литейный воск и другие материалы.

Технология подразумевает создание сложных вещей и отлично подходит для создания каких-либо прототипов – например, для ювелирных изделий. Незапеченный порошок будет служить поддержкой для нависающих элементов. Это значит, что не надо формировать какие-то специальные поддерживающие корпусы.

  1. 3DP

3DP-метод заключается в нанесении на материал клея, а за ним слоя свежего порошка. В результате получается похожий на гипс материал (sandstone). Если в этот клей добавить краску, то получатся цветные объекты. Технология безопасна для бытового и офисного использования. Для материалов подойдут стеклянный, костный, резиновый и даже состоящий из древесных опилок порошки. Можно делать и съедобные фигурки с использованием шоколадного или сахарного порошков. В таком случае берется специальный пищевой клей.

Самые популярные программы для создания 3D-моделей:

  • AutoCAD
  • Компас 3D
  • SolidWorks
  • Blender 3D
  • Wings 3D

Вывод

Внедрение 3D-проектов в промышленность, начиная от машиностроения и строительства и заканчивая медициной и химией, позволяет изменить производственный процесс, минимизировать издержки производства и повысить качество изготовляемой продукции.

Кроме относительной дешевизны производства, основное преимущество объемного проектирования заключается также в том, что это позволяет работать напрямую со структурой материала: мы можем сразу увидеть, какие нагрузки способен выдержать объект.

Изготовление, например, форм и оттисков для пищевой промышленности позволяет делать мелкосерийные партии различных кондитерских и мучных изделий. Печать корпусов блоков электроники, каучуковых нестандартных прокладок, неответственных деталей машин позволяет минимизировать расходы при производстве узлов и компонентов.

Отдельным направлением применения 3D-печати является создание макетов, прототипов. Это позволяет на начальном этапе получить общий вид изделия, оценить его дизайн и функциональность. Данная область 3D-проектов будет особенно интересна инженерам, архитекторам и их заказчикам.

Наша компания предлагает не только услуги в области 3D-печати, моделирования и проектирования, но и изготовление и создание форм, деталей и узлов, связанных с данной областью производства, создание технологических цепочек и процессов.

Заказать услугу

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *