Как правильно выбрать 3D-принтер?

Работа 3D-принтера основана на процессе аддитивного производства, т.е. предмет изготавливается слой за слоем, либо путем добавления материала, либо за счет затвердевания жидкости, либо агломерируя порошок. В отличие от обычных станков, которые позволяют изготавливать изделия путем удаления материала механическим способом, эта технология позволяет создавать их путем добавления слоев материала. Она сокращает время производства по сравнению с традиционными процессами обработки и обеспечивает очень высокую точность при изготовлении сложных форм.

В отличие от методов формовки, которые требуют, чтобы пресс-форма была сделана до того, как материал может быть залит в нее для изготовления изделия, 3D-принтеры работают непосредственно из цифрового файла, который разрезается на “кусочки”, соответствующие каждому слою материала.

Просмотреть 3D-принтеры

Какие материалы используются в 3D-печати?

Филамент PET для 3D-принтера марки Makerbot
Филамент PET для 3D-принтера марки Makerbot

Материалы различаются в зависимости от типа 3D-принтера. Ниже приведен список наиболее часто используемых материалов (технологии, перечисленные ниже, описаны в следующем разделе):

 

Внешний вид исходного материала Тип материала Технология Применение Особенности Внешний вид конечного продукта
Филамент PLA (полимер растительного происхождения) FDM
FFF
Для общедоступного использования
Для профессионального использования
Подходит для пищевых продуктов Шероховатый
ABS (термопластик) Улучшенные механические характеристики, в сравнении с PLA
PET (полупрозрачный полиэфирный пластик) Отличное механическое сопротивление
Порошок Полиамид SLS Прототипирование Очень хороший уровень детализации
Подходит для пищевых продуктов
Керамика, Стекло SLS Технология Binder Jetting Исследовательские лаборатории
Дизайн
Подходит для пищевых продуктов
Алюмидий (смесь полиамида и алюминия) DMLS
EBM
Прототипирование Отличные механические характеристики
Титан, нержавеющая сталь, алюминий, кобальт, железо, бронза и т. д. Прототипирование
Мелкосерийное производство
Авиационная промышленность
Автомобилестроение
Отличные механические характеристики
Серебро, платина, золото и т.д. Ювелирное производство
Жидкость Воск SLA
DLP
PolyJet
MJM
Ювелирное производство
Стоматология
Производство моделей
Очень хороший уровень детализации
Хрупкость
Гладкий
Полимерная смола Прототипирование
Мелкосерийное производство
Медицинская промышленность
Гладкий
Прокрашенный напрямую в массе

 

В настоящее время проводятся многочисленные исследования по замене существующих материалов, таких как ABS, происходящих из нефтяной промышленности, и PLA, происходящих из интенсивного сельского хозяйства, более экологичными материалами, такими как глина, грязь, древесная целлюлоза, местные зерновые культуры (VGA) или водоросли (SWF). В области строительства или гражданского строительства также появляются 3D-принтеры, которые могут использовать специальные растворы.

Каковы основные технологии 3D-печати?

 

Технология Принципы работы Комментарии
Моделирование методом послойного наплавления (FDM) 3D-принтер нагревает филамент (PLA, ABS, PET и т.д.) для придания ему мягкости и пластичности и откладывает его последовательными слоями на лоток.Если на детали имеются хрупкие участки (например, лоток на узком основании), необходимо предусмотреть места опоры, которые будут удалены после изготовления детали. Принтеры, предназначенные для общедоступного использования. Вы можете использовать эту технологию для создания прототипов, например, для изготовления запасных деталей машин в рамках послепродажного обслуживания.Изготовленные детали могут иметь хороший уровень точности в зависимости от принтера, однако, для сложных деталей мы рекомендуем выбирать технологию SLS.
Производство методом наплавления нитей (FFF)
Селективное лазерное спекание (SLS) В 3D-принтере используется лазерный луч, благодаря которому затвердевает  порошок (полиамид, керамика или стекло) для производства деталей с высоким уровнем детализации.Для изготовления сложных деталей или деталей с хрупкими зонами опоры не нужны, так как хрупкие участки поддерживаются неиспользованным порошком. Детали, как правило, имеют песчаный вид на выходе из принтера и должны пройти стадию полировки для получения хорошей отделки.Детали из SLS обладают отличными механическими свойствами.
Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) В 3D-принтере используется лазерный луч, благодаря которому затвердевает порошок (сталь, нержавеющая сталь, кобальт-хром, алюминий, титан и т.д.) для производства деталей, которые могут иметь высокий уровень детализации. Эти принтеры находят все более широкое применение в таких передовых отраслях промышленности, как авиастроение, автомобилестроение и медицина.Они представляют собой значительные первоначальные инвестиции, а также высокую стоимость технического обслуживания, но позволяют производить очень сложные детали, механические характеристики которых сопоставимы с характеристиками деталей, полученными традиционным способом (механическая обработка или литье).
Электронно-лучевая плавка (EBM) В 3D-принтере используется лазерный луч, благодаря которому затвердевает порошок (сталь, нержавеющая сталь, кобальт-хром, алюминий, титан и т.д.) для производства очень сложных деталей, которые не могут быть сфабрикованы другим способом. Процесс производства осуществляется в вакууме, что предотвращает окисление незатвердевшего порошка. Это означает, что его можно сразу же использовать повторно.Данная технология может применяться только для проводящих материалов. Он быстрее, но менее точная, чем лазерная технология (DMLS).
Лазерная стереолитография (SLA) В этих 3D-принтерах для затвердевания смолы используется ультрафиолетовое излучение. Полученные детали имеют очень высокую точность и качественную отделку поверхности.Данная технология особенно ценится за скорость как при изготовлении прототипов, так и при изготовлении пресс-форм.
Digital Light Processing (DLP) В этой технологии используется проектор, который не требует горизонтального перемещения и обеспечивает скорость печати выше, чем SLA.
Polyjet Эти принтеры сочетают излучение ультрафиолетового света с проецированием микрокапель фотополимерного материала (который затвердевает под действием ультрафиолетового света). Данная технология позволяет комбинировать различные материалы, которые могут иметь различные механические характеристики в зависимости от потребностей (например, жесткие или гибкие материалы).Она используется как в производстве игрушек, так и в аэрокосмической промышленности.
Многоструйное моделирование (MJM) Эти принтеры распыляют раствор, который затвердевает по мере охлаждения. Они оснащены несколькими печатающими головками, одна из которых используется для создания подложки (например, из воска) одновременно с деталью. Изготавливаемые детали отличаются высокой точностью и могут состоять из нескольких материалов, в зависимости от количества печатающих головок.Эта технология используется в ювелирном деле для изготовления форм. 3D-принтеры, используемые в строительстве или гражданском строительстве, также работают а счет распыления.
Струйное нанесение связующего (Binder Jetting)Технология склеивания порошков (Powder Binding) Эти принтеры распыляют связующее вещество, которое может иметь цвет, на наносимый слой за слоем порошок. Эта техника позволяет изготавливать очень сложные цветные детали. Однако, необходимо удалять избыток порошка продувкой или всасыванием.

Каковы основные области применения 3D-принтеров?

3D-принтер марки HP
3D-принтер марки HP

Первые 3D-принтеры использовались в промышленности для прототипирования,медицинская отрасль и стоматология очень быстро заинтересовались этой технологией как для биопечати (создание моделей на клеточной основе), так и для изготовления протезов.

Отрасли промышленности, относящиеся к транспорту, такие как авиация, авиакосмический сектор, морской транспорт или автомобилестроение, также все чаще используют 3D-печать, что позволяет получать более легкие детали с эквивалентными или даже улучшенными характеристиками, по сравнению с деталями, изготовленными традиционным способом.

Эта технология также широко используется в архитектуре и гражданском строительстве, как для моделирования, так и для непосредственного изготовления зданий или сооружений, таких как мосты.

Каковы преимущества технологии 3D-печати?

Основным преимуществом 3D-печати является то, что она может работать непосредственно на основе CAO-файла (например, 3D-файла, созданного конструкторским бюро) при использовании минимального количества материала, в отличие от традиционных станков, которые производят большое количество стружки, подлежащей переработке. Кроме того, в процессе производства отсутствует смазка, что значительно снижает риск загрязнения.

Еще одним преимуществом 3D-печати является возможность создания деталей очень сложной формы, которую трудно достичь с помощью традиционных процессов (механической обработки, ковки или формовки). Кроме того, 3D-принтеры позволяют изготавливать все более и более крупные детали. Первоначально предназначенная для создания прототипов, 3D-печать позволяет сегодня производить детали с минимальными различиями, а также детали для мелкосерийного производства по конкурентоспособным ценам. Благодаря высокоскоростной 3D-печати, сокращается время производства. Это позволяет рассматривать возможность производства средних или крупных серий изделий в более или менее краткосрочной перспективе.

Визуальная сторона деталей является одной из немногих проблем, связанных с определенными принципами 3D-печати. Если необходимо видеть все детали на готовом изделии, они должны пройти стадию полировки. Но если детали спрятаны (например, зубчатые колеса), им не нужна идеальная отделка, а значит, их можно использовать как есть.

Преимущества 3D-печати:

  • Снижение затрат на производство
  • Снижение времени производства
  • Снижение количества ошибок
  • Производство по запросу

 

Каковы тенденции рынка?

3D-принтер марки Shining 3D
3D-принтер марки Shining 3D

3D-печать – это развивающийся рынок. Первые 3D-принтеры были ограничены использованием одного материала и предназначены для производства очень маленьких предметов. Полученные изделия не обладали высокими механическими характеристиками. Сегодня появляются многоматериальные принтеры и принтеры, способные производить изделия очень больших размеров. Будь то в области медицины, промышленности или архитектуры, мы можем ожидать, что эти машины вскоре создадут полноценные органы для трансплантации или готовые многоматериальные продукты, которые будут функциональны сразу после изготовления. Одним из перспективных рынков 3D-печати является рынок ремонта. Крупнейшие производители бытовой техники предлагают запчасти, изготовленные с использованием этой технологии.

Появляются также гибридные машины, сочетающие в себе 3D печатающие головки на станках с цифровым управлением, использующим, например, технологию WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), которая представляет собой процесс наплавки покрытия, используемый, в частности, для производства титановых деталей.

Общепотребительский рынок быстро растет и составляет значительную долю для производителей. Вполне возможно, что в долгосрочной перспективе он будет конкурировать с лабораториями Fab Labs, которые предлагают консультации и услуги, дополняющие доступность 3D-принтеров.

На промышленном уровне появляются принтеры, которые позволяют работать с высокотехнологичными материалами, и способные производить изделия больших размеров. Сегодня производители предлагают услуги 3D-печати в дополнение к машинам. Их печатные центры позволяют использовать различные технологии печати без затрат на приобретение оборудования.

Какова цена 3D-принтера?

Для того чтобы сравнить цены на 3D-принтеры, необходимо различать принтеры, предназначенные для общедоступного использования, и промышленные принтеры. Промышленные и общепотребительские 3D-принтеры отличаются объемом печати, точностью, скоростью печати, уровнем шума и материалами, которые они могут использовать.

На общепотребительском рынке можно найти принтеры FDM стоимостью от 300 € для печати PLA в монофиламенте с максимальным объемом 200 x 200 x 200 x 200 мм и точностью 100 микрон.

На профессиональном рынке FDM-принтеры стоят от 4 000 евро для печати PLA или ABS в бифиламентах с максимальным объемом 200 x 200 x 300 мм и точностью 50 микрон.

Для стереолитографических принтеров бюджет должен составлять от €10 000 до €150 000.

Для принтеров, которые могут производить металлические детали, запланируйте бюджет в размере более 100 000 евро.