Виды порошковой 3D-печати: cплавление, спекание, склеивание

Благодаря более чем активному развитию 3D-печати на сегодняшний день создано большое количество различных устройств, способных к созданию физических объектов. Причем делают они это, используя различные технологии и материалы.

В современных 3D-принтерах используются следующие технологии:

  • ламинирование;
  • экструзионный тип печати;
  • стереолитография;
  • порошковая печать.

 

3D-печать с использованием порошков, в свою очередь, включает в себя несколько основных технологий:

  • 3DP – струйная трехмерная печать;
  • SLM – метод выборочной лазерной плавки;
  • SLS и DMLS – лазерное спекание.

Рассмотрим каждую технологию порошковой печати подробнее.

 

Струйная трехмерная печать (3DP)

Этот вид аддитивного производства цифровых трехмерных моделей появился более двух десятков лет назад и с тех пор постоянно совершенствовался. Принцип этой технологии довольно прост: из порошка на рабочем столе под действием связующего материала, наносимого печатной головкой, слой за слоем склеивается единый объект.

В качестве расходного материала, применяемого в 3DP технологии, изначально использовали гипс, который склеивали водой. Современные 3D-устройства позволяют создавать модели из любых порошковых материалов, будь то пластик или металл, а добавление в порошок различных красителей делает 3D-печать цветной.

Еще одним преимуществом данной технологии является отсутствие необходимости печатать опорные структуры, необходимые для стабилизации печатаемой модели. 3DP позволяет обходиться без них, ведь каждый слой порошка выполняет роль опоры для следующего слоя.

Помимо вышеперечисленных достоинств, струйная трехмерная печать отличается экономичностью. Оставшийся в рабочей камере порошок можно извлечь и использовать при следующей печати.

Технология 3DP популярна как среди любителей 3D-печати, так и на промышленных предприятиях. Такие устройства используются в разных целях: от создания сувенирной продукции до биопечати. Наиболее яркий пример – это кондитерские принтеры фирмы ChefJet, способные склеивать с помощью воды трехмерные сладкие модели из продуктов, содержащих сахар.

 

Выборочная лазерная плавка (технология SLM)

Эта технология аддитивного производства использует лазеры высокой мощности, которые выращивают физические объекты способом плавки металлических порошков. Авторами метода являются Вильгельм Майнерс и Конрад Виссенбах, представляющие Ахенский Институт лазерной техники.

Процессу печати предшествует разделение цифровой трехмерной модели объекта на слои, имеющие толщину от 20 до 100 микрон. Созданный в формате STL файл используется как чертеж для печати физической модели.

Непосредственно в процессе производства тонкий слой порошка наносится на металлический рабочий стол, который может передвигаться вертикально. Рабочая камера таких устройств заполняется инертным газом, чаще всего аргоном. Отсутствие кислорода позволяет использовать в качестве расходного материала металлы, склонные к оксидизации, например, титан.

Для плавки каждого слоя физической модели используется лазерный луч, направляемый по осям с помощью двух зеркал с высокой скоростью отклонения. Лазерный излучатель обладает мощностью, позволяющей плавить частицы порошка в состояние гомогенного материала.

Технология SLM широко применяется для создания трехмерных объектов, имеющих сложную геометрическую форму, особенно при наличии разнообразных полостей или тонких стенок. Ее часто используют для создания различных имплантатов.

Но самой ценной SLM стала для аэрокосмической отрасли, ведь с ее помощью можно создавать конструкции высокой прочности и точности, которые тяжело изготовить традиционными механическими методами.

Еще одним преимуществом данной технологии является практически полностью безотходное производство.

 

Прямое и выборочное лазерное спекание (SLS и DMLS)

Технологии лазерного спекания позволяют создавать качественные цельнометаллические физические модели. Существует два вида спекания – прямое (технология DMLS) и выборочное (технология SLS).

Метод прямого лазерного спекания был разработан мюнхенской компанией EOS. В качестве чертежа для создания физической модели в технологии DMLS используется цифровая трехмерная модель в формате STL. Металлический порошок спекается с помощью высокомощного оптоволоконного лазера с высокой скоростью передвижения луча.

Рабочий цикл таких печатных устройств начинается с подачи в рабочую камеру порошка, необходимого для нанесения одного слоя. С помощью специального лезвия материал выравнивается, а лишний удаляется из камеры. После этого лазер спекает порошок между собой и с предыдущим слоем.

Среди преимущества технологии DMLS стоит отметить следующие:

  • высокое разрешение печати – 20 микрон;
  • возможность воссоздавать объекты любого уровня геометрической сложности без необходимости их дальнейшей механической обработки;
  • отсутствие необходимости опор для нависающих частей печатаемой модели;
  • возможность повторного использования не спеченного порошка.

Технология DMLS активно применяется в различных видах промышленности благодаря возможности создания монолитных объектов со сложной внутренней геометрией.

Метод выборочного лазерного спекания (технология SLS) в основном используется для изготовления прототипов или небольших партий изделий. Авторами метода стали Карл Декард и Джозеф Биман из Техасского университета приблизительно 30 лет назад. В 2014 году по окончанию срока патента технология стала доступной для всех.

В методе SLS используется один или несколько углекислотных лазеров, которые слой за слоем спекают порошкообразный материал, создавая трехмерную физическую модель объекта. Для облегчения процесса спекания расходные материалы перед началом процесса печати подогревают до температуры, практически равной точки плавления.

Преимуществом технологии SLS в сравнении с SLA или FDM является возможность печати сложных геометрических конструкций без построения опорных структур. Их роль выполняет неизрасходованный материал, который можно использовать повторно.

SLS устройства являются универсальными с точки зрения расходных материалов. Они могут спекать как металлические порошки, так и песчаные смеси, композиты, сплавы и полимеры.

Изначально планировалось использовать технологию для быстрого производства функциональных деталей сложной формы. Но со временем SLS стали использовать для производства небольших партий изделий, а недавно с ее помощью начали создавать предметы искусства. В нашем каталоге 3D-принтеров содержится информация практически обо всех существующих на данный момент моделях печатающих по технологии порошковой 3D-печати.

Понравилось? Покажи друзьям!

Вам понравится

Авторизация
*
*
Генерация пароля