Что такое 3D-печать и какие существуют технологии печати?

Сегодня понятие «3D» у всех на слуху: оно прочно связано с кинофильмами и мультипликацией, аттракци- онами и компьютерными играми. Но также это очень перспективная и невероятно интересная технология, которая позволяет напечатать практические любые предметы для бытового и промышленного использова- ния. С помощью 3D-принтеров сегодня печатают как детские игрушки, так и медицинские импланты, и даже здания! Давайте начнем с терминологии.

3D – это three dimensional, что в переводе с английского означает трехмерный. 3D-принтер – это перифери- йное устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D модели. Печатающее устройство для создания объекта перемещается в трех направлениях по координатам X, Y и Z.

3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием разных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания («выращивания») твёрдого объекта.

3D моделирование — это процесс разработки визуального объемного образа желаемого объекта в специа- лизированной программе для последующей печати. Для успешной печати 3D-объекта, необходимо учитывать законы математики и физики. Спроек- тированная 3D модель сохраняется в различных форматах, например: STL, OBJ, FBX, COLLADA и в других, и передается на печать 3D-принтеру. После этого 3D-принтер создает реальный объект, накладывая материал слой за слоем.

 

О процессе 3D-печати

3D-печать – это непрерывно повторяющиеся циклы нанесения на рабочую поверхность расходного материала слой за слоем до тех пор, пока не будет готово изделие. Существует несколько технологий для создания слоев:

Экструзия – в переводе с латинского «extrusio» — «выталкивание». Технология получения изделий путём выдавливания расплавленного материала или густой пасты через формующее отверстие, который назы- вают «экструдер». У данного типа существует две технологии:

Моделирование методом наплавления. (англ. Fused deposition modeling или  FDM). При использовании данного метода FDM происходит застывание материала при охлаждении — раздаточная головка выдав- ливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли очень быстро засты- вают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта. Об этой технологии мы подробно писали в статье про FDM.

Робокастинг (англ. Robocasting или Direct Ink Writing, сокращенно DIW). При использовании данной техно- логии специальные чернила выходят из сопла в жидком состоянии, и мгновенно принимают нужную форму благодаря псевдопластичности.

Следующий тип 3D-печати – фотополимеризация. К данному типу относят следующие технологии:

Лазерная стереолитография (англ. laser stereolithography или SLA). Жидкий фотополимер заливается в специальную ёмкость, в которую ставят подвиж- ную платформу для выращивания изделия. Платформа помещается необходимую глубину, чтобы ее покрывал супертонкий слой фотополимера, затем принтер лазерным лучом прорисовывает первый слой на поверхности фотополимера, вызывая его затвердевание. И так происходит слой за слоем до построения конечного изделия. Когда изделие готово, оно обрабатывается специальным раствором и подвергается ультрафиолетовому излучению.

Технология DLP (англ. Digital Light Processing) – проектор при использовании данной технологии засвечивает фотополимер. Происходит проецирова- ние изображения целого слоя до затвердевания полимера, после этого наносится следующий слой материала и проецируется изображение нового слоя цифровой модели.

Формирование слоя на выровненном слое порошка. Главный принцип данного типа – спекание или склеивание порошка под действием лазерного излучения. Обычно разделяют на несколько технологий:

3DP — склеивание порошка путем нанесения жидкого клея с помощью струйной печати

Электронно-лучевая плавка (англ. Electron-beam melting или EBM) — плавление металлического порошка электронным лучом в вакууме.

Селективное лазерное спекание (англ. Selective laser sintering или SLS) — плавление порошка под действием лазерного излучения.

Прямое лазерное спекание металла (англ. Direct metal laser sintering или DMLS) — плавление металлического порошка под действием лазерного излучения.

Выборочное тепловое спекание (англ. Selective heat sintering или SHS) — порошка нагревательной головкой.

Также существуют менее популярные типы печати, которые являются узкоспециализированными. Считаем, что стоит о них упомянуть: печать с помощью подачи проволочного материала (EBF), ламинирование, точечная подача порошка и струйная печать.

Технологии 3D-печати не стоят на месте, каждый день осваиваются новые горизонты, реализуются новые проекты, решаются все более сложные задачи. Да, для домашнего повседневного использования 3D-принтеров еще  далеко, но прогресс не стоит на месте, 3D-моделирование и 3D-печать уже сегодня стала дешевой и надежной технологией, которая доступна для любого из нас, и в будущем это будет закрепляться еще прочнее.

Вернуться к списку статей