Адитивне виробництво: технологія, матеріали та переваги 3D-друку

Адитивне виробництво — це метод побудови будь-яких предметів за їхньою 3D-моделлю. Процес ще називають «вирощуванням», тому що виріб виготовляється поступово, шар за шаром. Залежно від типу технології, створення предмета може відбуватися знизу вгору або зверху вниз. Наразі адитивне виробництво більше відоме під назвою «3D-друк». У цій статті ми розповімо про технологію адитивного виробництва, як вона працює і чому стала популярною в сучасному світі.   

Чому 3D-друк популярний

Адитивне виробництво застосовується для виготовлення прототипів, зразків і готових виробів з різних матеріалів: від пластику до композитних компонентів. Підприємства використовують 3D-друк для виробництва предметів промислового, побутового й медичного призначення. Технологію активно використовують у військовій промисловості.

На 3D-принтері виготовляють деталі салону машин, вузли літаків, імпланти й навіть елементи двигунів.

Компанії використовують 3D-друк як засіб візуалізації, щоб швидко протестувати виріб, з’ясувати, чи відповідає він нормам і чи матиме дефекти. Завдяки адитивним технологіям усе це можна зробити ще до запуску серійного виробництва.

3D-друк має велике значення у сфері дизайну. На 3D-принтері друкують макети паковання, пляшок або флаконів оригінальної форми. Можна надрукувати дизайнерські вироби, прототипи електричних приладів і меблі.

Використання 3D-прототипів у дизайні дає змогу замовникові потримати майбутній проект у руках, вивчити його фактуру, колірне поєднання і розміри. Протестувати його в інтер’єрі або екстер’єрі. 

Як друкують вироби

Попри уявну складність, адитивне виробництво триває всього в кілька етапів:

Створення CAD-моделі	Щоб надрукувати виріб, потрібна його 3D-модель. Для моделювання об’єкта використовують системи автоматизованого проектування (САПР). Найчастіше для побудови 3D-моделі використовують програми, наприклад: Blender, SketchUp, AutoCAD, Maya, 3DS Max і Inventor. САПР зберігають модель у форматі, зрозумілому для принтера.
Завантаження файлу моделі	Готову модель завантажують у принтер. Програмне забезпечення ділить її на шари й задає алгоритм друкування.
Друкування	Принтер вирощує предмет шар за шаром, поки не програма друку не буде виконана.
Охолодження	Надрукований виріб витягають з камери (платформи) побудови й охолоджують природним або пришвидшеним способом.
Післяоброблення	Готовий продукт очищають від залишків матеріалу друку, шліфують і фарбують. Так досягають оптимальної фактури об’єкта.

Різновиди друку

Є безліч різновидів 3D-друку: фотополімерування, екструзія матеріалу, струминне моделювання, нанесення зв’язувальної речовини, розтоплення порошків, розтоплення шару лазером або інфрачервоним випромінюванням. Ось найпоширеніші різновиди друку:

• FDM (Fused Deposition Modeling) — друк методом натоплення, коли кожен наступний шар створюється з рідкого пластику, що пропускається через екструдер.

• SLM/DMP (Selective Laser Melting / Direct Metal Printing) — вибіркове розтоплення лазером металевого порошку.

• SLS (Selective Laser Sintering) — лазер рухається платформою з нанесеним порошком і вибірково спікає між собою точки в порошку.

• MJP (MultiJet Printing) — багатоструминний друк з воску або фотополімеру.

• MJF (Multi Jet Fusion) — поліамідний 3D-друк, де нагрівальний елемент покриває відразу всю робочу поверхню (цю технологію використовують в Infomir).

• SLA (Laser Stereolithography) — всередині 3D-принтера міститься ванна з рідким фотополімером. Поверхнею матеріалу рухається лазерний промінь, і там, де він торкається рідини, фотополімер застигає, створюючи шар виробу.

• CJP (ColorJet Printing) — кольоровий 3D-друк, що використовує склеювання гіпсового порошку.

Матеріали для друку

Не для кожного виробу як матеріал друку годиться розтоплений пластик або металевий порошок. Для адитивного виробництва застосовують різні матеріали: гіпс, віск, папір і композитні матеріали, наприклад суміш полімеру й деревної стружки. Розповімо, які матеріали можна використовувати для друку.

Найчастіше друкують із пластику — полілактиду (PLA). Його можна отримати з поновлюваних ресурсів, наприклад з кукурудзяного крохмалю. Матеріал не виділяє шкідливих речовин, може використовуватися для виробництва харчового паковання й не має специфічного запаху в процесі друкування.

Поширений друк із сополімеру акрилонітрил-бутадієн-стиролу або ABS-пластику. Матеріал використовують для друку матових виробів. Речовина не виділяє запаху, стійка проти підвищених температур, жирів та олій.

Розтоплений пластик остигає довго, тому під час друку 3D-моделі з навислими елементами можуть бути нестійкими. Щоб виріб не деформувався під час вирощування, використовують елементи підтримання. Їх часто друкують з ударостійкого полістиролу (HIPS). Коли деталь охолоне, її очищають рідким вуглеводнем — лімоненом. Речовина розчиняє HIPS, але ніяк не взаємодіє з ABS-пластиком. Це дає змогу друкувати складні вироби й легко позбутися зайвих допоміжних елементів.  

Серед інших різновидів сировини для 3D-друку поширені такі:

• порошкоподібні поліаміди (зокрема й скло-, вугле- й металонаповнені);
• порошкоподібні сплави металів;
• гіпсовий порошок;
• керамонаповнені фотополімери в рідкому стані;
• порошкоподібний полістирол;
• віск, композитні матеріали, папір.

Переваги адитивного виробництва

Ще 5—10 років тому 3D-друк був дорогий. Вироби друкували тільки в лабораторіях великих підприємств і на виставках. Тепер адитивні технології застосовуються в усіх сферах діяльності людини. Невеликі стартапи й великі корпорації використовують адитивне виробництво для виготовлення різних деталей, прототипів і готових виробів. Все це завдяки численним перевагам 3D-друку. До них належать:

• можливість швидко запустити виробництво складних деталей або унікальних виробів у малій кількості;
• можливість розробляти 3D-моделі в одному місці світу й за кілька секунд передавати їх в інше, де є відповідний принтер;
• якщо друк якісний, виріб точно відповідає 3D-моделі;
• економна витрата матеріалів і мінімізація відходів;
• рентабельність у разі дрібносерійного виробництва;
• друк у будь-яку мить, коли виникає потреба в деталі;
• можливість швидко внести виправлення до проекту вже на стадії виробництва;
• просте внесення змін до конструктивних елементів без впливу на довговічність предмета;
• можливість друкувати збірні конструкції, що дає змогу швидко й просто виготовити габаритні об’єкти.

У найближчі роки адитивні технології лише розвиватимуться. Їх використовуватимуть для виготовлення вже готових виробів навіть частіше, ніж традиційні методи виробництва.

З нішевого 3D-друк уже перетворився на поширену й доступну за ціною технологію. У Infomir стежать за найсучаснішими трендами адитивного виробництва. Ми впроваджуємо нові технології і робимо 3D-друк доступним для наших клієнтів. Підписуйтеся на розсилку, щоб отримувати свіжі матеріали про адитивне виробництво!