3D-печать — быстрое воспроизведение объектов на основе цифровой модели с низкими затратами и уникальными материалами. Полная противоположность традиционному производству.
Определение и общие принципы
3D-печать, также известная как аддитивное производство (от англ. Add — добавлять), является полной противоположностью субтрактивным технологиям (от англ. Subtract — вычитать) таким как обработка с ЧПУ, или формовочным способам изготовления изделий — литью под давлением.
Вместо механической обработки или вычитания материала для формирования объекта, в процессе печати происходит постепенное добавление слой за слоем.
1. Процесс всегда начинается с цифровой трёхмерной модели — проекта физического объекта в виде CAD-файла в формате STL.
2. Модель загружается в 3Д-принтер и размещается на платформе оператором.
3. Программное обеспечением принтера «нарезает» модель на тонкие двумерные слои и превращается в набор инструкций для принтера на машинном языке (G-код).
4. Дальнейшая работа 3D-принтера зависит от технологии печати, которая лежит в его основе. Например, настольные FDM-принтеры расплавляют пластиковые нити и укладывают их на платформу для печати через сопло. Крупные промышленные машины SLS используют лазер для плавления (или спекания) тонких слоев металлических или пластиковых порошков.
3D-печать не требует никаких специальных инструментов или оснастки. Деталь изготавливается непосредственно на платформе в камере принтера. Используемые материалы напрямую зависят от процесса печати. Наиболее часто используемыми являются термопласты, но также применяются фотополимеры, эпоксидные смолы и металлы.
Производимые детали могут также иметь специфические свойства, формируя от оптически прозрачных до резиноподобных объектов.
В зависимости от размера детали и типа принтера печать обычно занимает от 4 до 30 часов. Однако детали, напечатанные на 3D-принтере, редко готовы к использованию сразу после печати. Они часто требуют последующей обработки для достижения желаемого уровня чистоты поверхности.
Краткая история 3D-печати
Автор научной фантастики, Артур Кларк, был первым, кто в 1964 году описал основные функции 3D-принтера. Первый 3D-принтер был выпущен в 1987 году компанией 3D Systems, Чаком Халлом, и в нем использовался процесс «стереолитографии» (SLA). В 90-х и 00-х годах были разработаны выпущены другие технологии 3D-печати, в том числе FDM от Stratasys.
В 1989 году фирмой DTM Corporation был запатентован метод печати SLS, разработанный группой студентов во главе с доктором Карлом Декартом в Университете Остина, штат Техас. DTM Corporation позже, в 2001 году, была куплена компанией 3D Systems.
В 2009 году комитет ASTM F42 опубликовал документ, содержащий стандарты по терминологии аддитивного производства. Это позволило 3D-печати встать в один ряд с традиционными промышленными технологиями производства. В том же году истёк срок действия патентов на FDM, и в результате проекта RepRap появились первые недорогие настольные 3D-принтеры. Это в значительной степени повлияло на развитие рынка. Появились доступные принтеры менее чем за 2000 долларов.
В 2016 HP запустила свою первую систему 3D-печати и уже к 2017 году стала одним из самых популярных промышленных принтеров. В период с 2015 по 2017 год в мире было продано более 1 миллиона настольных 3D-принтеров, а продажи промышленных металлических принтеров в 2017 году почти удвоились по сравнению с предыдущим годом.
Ажиотаж прошлых лет был основан на идее широкого применения потребителями новой технологии. Это было и остается вводящим в заблуждение мнением того, в каких областях применение 3Д-печати действительно добавляет ценность продукту. Несмотря на это технология сегодня заняла свою нишу в мире производства и широко распространена как у профессионалов, так и любителей.
3D-печать является развивающейся технологией. Каждый год выпускаются новые 3D-принтеры, которые могут оказать существенное влияние на отрасль.
Преимущества
3D-печать активно развивающаяся технология и имеет ряд принципиальных отличий и преимуществ в сравнении с традиционными способами производства.
+ Сложная геометрия изделий без дополнительных затрат
3D-печать позволяет легко изготавливать сложные формы, многие из которых не могут быть получены традиционными способами. Аддитивный принцип технологии позволяет усложнять геометрию изделия, не меняя стоимость производства. Детали со сложной структурой, оптимизированные для 3D-печати, стоят столько же сколько и более простые детали, разработанные для традиционного производства (а иногда даже дешевле, поскольку используется меньше материала).
+ Низкие затраты на изготовление одного изделия
При отливке детали обязательно требуется изготовление уникальной дорогостоящей литьевой формы. Для того чтобы окупить эти затраты, необходимо произвести большое количество изделий.
3D-печать не требует изготовления специального инструмента или оснастки, поэтому затраты на запуск значительно меньше. Стоимость напечатанной детали зависит только от количества использованного материала, времени, которое потребовалось машине для его печати, и последующей обработки, если она требуется.
+ Позволяет легко вносить изменения в изделие
Поскольку затраты на запуск достаточно низкие, чтобы создать уникальное изделие, нужно просто изменить 3D-модель.Каждый элемент может быть изменен в соответствии с потребностями покупателя, не приводя к росту затрат на производство.
+ Прототипирование
Прототипирование на сегодняшний день одна из основных областей применения 3D-печати. Производство прототипа становится недорогим и быстрым этапом разработки изделия и подготовки серийного производства благодаря новой технологии. Детали, напечатанные на простейшем 3D-принтере, как правило, будут готовы в течение нескольких часов, на профессиональном промышленном оборудовании — через 5-7 рабочих дней.
Скорость прототипирования значительно ускоряет цикл проектирования. Продукты, которые потребовались бы месяцы разработки, теперь могут быть готовы всего за несколько недель.
+ Большой выбор материалов
Самыми распространенными материалами для 3D-печати, используемыми сегодня, являются пластмассы, но и 3D-печать металлами находит все большее число промышленных применений. Такие детали сегодня могут иметь высокую термостойкость, прочность или жёсткость и быть биосовместимыми. Композитные материалы, используемые для 3Д-печати, могут содержать металлические, керамические, деревянные или углеродные частицы.
Узнайте больше о 3D-печати:
3D-печать или обработка с ЧПУ
Технологии 3D-печати
Руководство по SLS
Области применения 3D-печати
