CNC3D-printer.com

CNC3D-printer.com


Статьи 3Dprinter Поиск МагазинРегистрация


Струйная трехмерная печать (Three-Dimensional Printing, 3DP)




Струйная трехмерная печать (Three-Dimensional Printing, 3DP) – один из старейших методов аддитивного производства. Эта технология была разработана двумя студентами Массачусетского технологического института (MIT) Тимом Андерсоном и Джимом Бредтом в 1993 году. В 1995 году Тим Андерсон и Джим Бредт организовали фирму Z Corporation, которая и вывела на рынок данную технологию, усовершенствовав ее. В 2012 году эту технологию вместе с фирмой приобрела корпорация 3D Systems. Под ее брендом бывшие модели Z Corporation сегодня продаются по всему миру.

Еще одна компания – ExOne (США) выпускает 3D-принтеры, которые используют эту же технологию. Эта фирма была основана в 2005 году как дочерняя организация корпорации Extrude Hone Corporation. Используя патенты, полученные Андерсоном и Бедтом, они наладили выпуск принтеров, которые используют для печати самые разные материалы: пластики, песчаные смеси и металлы.

Технология 3DP отличается от многочисленных схожих технологий тем, что процесс осуществляется по принципу обычного принтера – через сопла печатающих головок. Струйная трехмерная печать представляет собой естественное продолжение развития технологий обычной 2D-печати. На сегодняшний день она достигла достаточно хороших результатов, например, таких как цветная печать.

Как и другие технологии аддитивного производства, струйная трехмерная печать подразумевает послойное построение физических объектов на основе цифровой трехмерной модели. В качестве расходных материалов используются всевозможные порошки, наносимые последовательными тонкими слоями. Контуры модели вычерчиваются печатной головкой, наносящей связующий материал. Таким образом, частицы каждого нового слоя склеиваются между собой и с предыдущими слоями до образования готовой трехмерной модели.

3D-принтер работающий по технологии 3DP разделен на две основных камеры: в первой находится материал, из которого будет производиться модель, во второй – происходит сам процесс построения модели. Каждая из камер снабжается подвижной платформой. Перед началом печати 3D-модель «разрезается» САПР-программой на горизонтальные слои толщиной примерно около 0,1 мм, форма которых передается на печать.

Затем, на специальную платформу роликом наносится тонкий слой порошкообразного материала (гипс, полимеры, песок, металл). С помощью печатающей головки, состоящей из множества сопел, наносится в нужных местах связующее вещество происходит распыление связующего вещества (клей, вода, специальная смесь) по координатам границ первого слоя, полученным с компьютера. После этого платформа с моделью опускается на толщину слоя вниз, а камера с расходным материалом на такое же расстояние поднимается вверх и все повторяется. Далее, ролик раскатывает следующий слой и процесс повторяется. После окончания 3D-печати изделие извлекают из слоя порошка и тщательно очищают от его остатков. После чего, пропитывают поверхность закрепляющим составом, чтобы заполнить поры между частичками и сделать изделие более твердым или придать другие свойства в зависимости от назначения.

Струйная трехмерная печать (Three-Dimensional Printing, 3DP)

В его качестве закрепителя может выступать раствор английской соли (гептагидрат сульфата магния), воск, парафин, цианокрилаты и эпоксидная смола; часть из них можно наносить простым опрыскиванием или погружением, а для других используются специальные станции.

При изготовлении моделей из металлического порошка, полученные изделия будут обладать видом, схожим с необработанными металлическими изделиями. С другой стороны, их прочность будет напрямую зависеть от связующего материала и, как правило, будет невысока. Для улучшения механических свойств прибегают к обжигу с помощью гончарных печей. Во избежание деформации моделей обжиг, как правило, подразумевает не спекание, а выплавку связующего материала с пропиткой более твердой субстанцией. Например, медью или бронзой.

Струйная трехмерная печать (Three-Dimensional Printing, 3DP)

Традиционно 3DP принтеры использовали в качестве расходного материала гипс, а роль связующего вещества в этом случае играла вода. Со временем технология прогрессировала и в настоящее время помимо гипса используются самые разные материалы, включая пластики, песчаные смеси и даже металлы. Технология способна создавать трехмерные модели из любого порошкового материала, а добавление красителей в связующий материал позволяет осуществлять цветную печать.

Готовые изделия, изготовленные из гипса и полимеров, обладают не слишком высокой прочностью, и их механические характеристики не достаточны для применения в качестве функциональных прототипов деталей механизмов. Как правило, модели, изготовленные по технологии 3DP из гипса и полимеров, используются в архитектурных и проектных работах при изготовлении моделей высокой геометрической сложности, не подверженных высоким механическим нагрузкам, а также при изготовлении сувениров и украшений. Изделия, изготовленные с использованием металлов, обладают лучшими свойствами, однако, их прочность все еще остается на среднем уровне.

Такие характеристики вполне подойдут для изготовления пресс-форм для литья пластмасс, которые могут выдержать от 200 до 500 тыс. производственных циклов. Также их используют для изготовления деталей, которые работают в условиях трения – валы, втулки, зубчатые передачи и т. д.

Струйная трехмерная печать (Three-Dimensional Printing, 3DP)

К недостаткам данной технологии можно отнести:

  • изделия довольно хрупкие;
  • требуется финишная обработка;
  • узкая сфера деятельности.

К преимуществам 3DP технологии можно отнести:

  • высокая надежность и скорость печати. Позволяет создавать изделия с мелкими деталями;
  • дешевизна порошковых материалов, способствующая снижению производственного процесса;
  • не требует создания специальных поддерживающих структур;
  • во время производственного процесса нет выделений токсических веществ в окружающую среду, что позволяет размещать устройство в любом офисе или доме, и дополнительных вентиляционных систем при этом не требуется. Возможность автоматической откачки неиспользованного порошка из камеры с целью дальнейшего использования делает процесс рационально экономичным.
  • одновременно можно печатать несколько изделий,
  • возможна цветная печать на основе технологии чернильной печати, что позволяет воспроизводить до 90% цветового спектра чернил.

 

Откуда же берется полноцветная печать, если порошок один и тот же? А очень просто: красители вводятся в связующее вещество, и их смешение позволяет получить от 64 до 390 000 оттенков. Причем некоторые типы закрепителей позволяют сделать цвета очень яркими. Принтеры, использующие технологию струйной трехмерной печати это одно из возможных решений по реализации задачи быстрого прототипирования. Несмотря на недостатки 3DP технология все же нашла место на рынке и продолжает активно развиваться наряду с множеством своих конкурентов.

 


Вы можете стать первым