Что такое 3D-печать

Ускоряем разработку продукта, сокращаем затраты с помощью цифровой производственной платформы.
Получить мгновенную оценку
Загрузка в производство за 5 мин.

Определение и общие принципы

3D-печать, также известная как «аддитивное производство», является полной противоположностью традиционным субтрактивным (ЧПУ) или формовочным (литье под давлением) способам изготовления изделий.

Вместо механической обработки или «вычитания» материала для формирования объекта, в процессе печати происходит постепенное «добавление» материала, слой за слоем.

Процесс всегда начинается с цифровой трехмерной модели - проекта физического объекта в виде CAD файла в формате STL. Модель загружается в 3Д-принтер и размещается на платформе оператором. Затем программное обеспечением принтера «нарезает» модель на тонкие двумерные слои и превращается в набор инструкций для принтера на машинном языке (G-код).

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 материалами являются термопласты, но также применяются фотополимеры, эпоксидные смолы и металлы.

Производимые детали могут также иметь широкий спектр специфических физических свойств, 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 стать во один ряд с традиционными промышленными технологиями производства. В том же году истек 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 относительно и уже к 2017 году она 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 специфическую 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.


Возможности и ограничения

3D-печать активно развивающаяся технология, она имеет ряд принципиальных отличий от традиционных способов производства. Ниже мы рассмотрим наиболее важные преимущества и недостатки\ограничения, которые необходимо знать для оценки потенциала применения и вектора развития 3D-печати.


Преимущества 3D-печати

+ Сложная геометрия изделий без дополнительных затрат.
3D-печать позволяет легко изготавливать сложные формы, многие из которых не могут быть изготовлены традиционными способами. Аддитивный принцип технологии позволяет усложнять геометрию изделия не меняя стоимость производства. Детали со сложной структурой, оптимизированные для 3Д-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 литьевой формы, производство которой составляет от десятков до сотен тысяч. Для того чтобы окупить эти затраты, необходимо произвести большой тиражи 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 таковая требуется.

+ Подготовка изделия к производству.
Задумывались ли вы, почему рынок насыщен стандартными продуктами\решениями? По причинам, которые мы только что упомянули, при традиционном производстве дешевле производить и продавать потребителю серийные продукты.

+Технология 3D-печати 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 подкорректирован в соответствии с потребностями покупателя, не приводя к росту затрат на производство.

+ Недорогое прототипирование.
Прототипирование на сегодняшний день одна из основных областей применения 3D-печати. Производство прототипа становится недорогим и быстрым этапом разработки изделия благодаря новой технологии. Детали, напечатанные на 3D-принтере, как правило, готовы в течение нескольких часов, а заказы, отправленные в профессиональное промышленное бюро (с традиционными производственными технологиями) будут готовы не быстрее чем через 5-7 рабочих дней.
Скорость прототипирования значительно ускоряет цикл проектирования. Продукты, которые потребовали бы 5-6 месяцев разработки, теперь могут быть готовы всего за 8-10 недель.

+ Большой выбор материалов.
Самыми распространенными материалами для 3D-печати, используемыми сегодня, являются пластмассы. 3D-печать металлами находит все большее число промышленных применений. 3D-печатные детали сегодня могут иметь высокую термостойкость, прочность или жесткость и даже быть биосовместимыми. Композитные материалы, используемые для 3Д-печати, могут содержать металлические, керамические, деревянные или углеродные частицы. Такие материалы позволяют производить изделия с уникальными свойствами.

Рекомендуем ознакомиться с возможностями и ограничениями 3D-печати.