Аддитивное производство в пром. дизайне: 3D печать

• Концепция • Экструзия. FDM технология • Фотополимеризация. SLA технология • Селективное лазерное спекание. SLS технология • Заключение • Библиография • Источники изображений

Аддитивное производство (англ. additive manufacturing) — это процесс, где в отличие от субтрактивного производства (вычитающего) или литьевого, изготовление объекта построено на принципе добавления материала слой за слоем. Самым известным методом аддитивного производства является 3D-печать, которая включает в себя множество технологий. Наиболее популярные — это экструзия (FDM), фотополимеризация (SLA) и лазерное спекание (SLS). Все они зародились в 80-е годы ХХ века. Но из-за дорогостоящего и габаритного оборудования использовались лишь крупными корпорациями в сфере автомобилестроения, авиастроения и медицины.

Широкое распространение метод 3D-печати получил лишь в ХХI  веке, благодаря проекту RepRap (от англ. Replicating Rapid Prototyper  — самовоспроизводящийся механизм прототипирования). Целью было сократить производственную цепочку. В данном проекте был представлен вариант 3D-принтера с небольшими габаритами, который печатал по технологии FDM. Устройство было спроектировано так, чтобы оно могло самовоспроизводить себя. А чертежи и исходный код программного обеспечения были в открытом доступе для всего мира. Вскоре после этого, начали появляться более бюджетные версии SLA и SLS принтеров. Таким образом, аддитивное производство стало выходить в массы.

3D-печать — это мощнейший инструмент, который помогает создавать объекты относительно быстро и точно. Стоимость обычного 3D-принтера стала не дороже простого смартфона. А габариты не больше маленькой тумбочки. На сегодняшний день, это одна из самых доступных и легкоусвояемых технологий, чтобы начать свое дело. 3D-печать давно вышла за рамки простого прототипирования. Известно немалое количество брендов, которые создают прекрасные предметы интерьера, мебель, ювелирные украшения и даже одежду. При более крупных масштабах корпорации печатают технологически сложные детали и механизмы. И не за горами тот день, когда медицина дойдет до уровня воссоздания органов и биологических тканей.

В данном исследовании мы вместе разберемся с технологиями 3D-печати, материалами, которые используются, и рассмотрим итоговые объекты, которые получаются при использовании всего вышеперечисленного. Главные вопросы на которые мы получим ответ: — Чем отличается тот или иной метод? — Какие есть плюсы и минусы у разных технологий печати? — Какими свойствами обладают материалы и изготовленные из них объекты? Визуальное исследование будет полезно, в первую очередь промышленным и предметным дизайнерам, а также архитекторам и просто тем, кто интересуется технологиями производства.

FDM (англ. fused deposition modeling) — технология выдавливания материала слой слоем через сопло-дозатор. Чтобы воссоздать объект, необходимо лишь сделать 3D-модель, затем перейти в стороннюю программу, которая нарежет объект на слои (слайсинг), и запустить печать. Самыми простыми объектами, которые наглядно показывают принцип работы данной технологии, являются вазы или подобные по форме объекты.

Главная особенность FDM  технологии, это то, что объекты не могут печататься с нависанием. Под каждым новым слоем обязательно должен быть предыдущий слой. Или специальные «поддержки», которые после печати удаляются. Но некоторые умельцы используют этот, на первый взгляд минус технологии, в свою пользу, и создают уникальный дизайн.

Самым популярным материалом для печати является пластик. Он различается по свойствам и цвету. Но помимо пластика еще используются глина, бетон, различные составы металлов, бумага, органические материалы, съедобные глазури и т. д.

SLA (англ. laser stereolithography) — технология, печать в которой происходит путем полимеризации светочувствительных материалов. Принтер состоит из поверхности, на которой печатается объект, ванночки с жидкостью (фотополимером) и панели светоизлучателей (лазеров). Поверхность для печати окунается в фотополимер на очень маленькое расстояние от панели с лазерами. Лазеры, чаще инфракрасные, засвечивают определенные участки. Фотополимер под действием лучей меняет свои физические свойства, затвердевает. Панель чуть-чуть приподнимается и процесс повторяется. Таким образом, слой за слоем мы получаем объект.

SLA  — это довольно точная технология. При помощи нее создаются объекты высокого разрешения. Чаще всего используется в области машиностроения, медицины, авиа и космостроения.

Можно заметить, что благодаря высокой точности печати и сравнительно недорогим оборудованием, SLA технология получила широкое применение в создании сугубо утилитарных предметов. Но это отнюдь не так. Помимо фигурок аниме или супергероев, любители обратили внимание на математику. Существует большое количество поклонников, которые любят создавать при помощи вычислений очень замысловатые формы, для печати которых необходима точность.

SLS (англ. selective laser sintering) — это технология при которой происходит процесс спекания материала при помощи лазера. В качестве материала выступают мелкодисперсные порошки. В основном металлические. Но также часто используют различные полимеры, такие как нейлон.

На подложку наносится тонкий слой порошка и лазер, слой за слоем, спекает определенные участки. На данный момент, оборудование и материалы у SLS печати, являются самыми дорогостоящими, по сравнению с FDM и SLA. Поэтому чаще всего ей пользуются в больших корпорациях или лабораториях. Эта технология позволяет очень точно создавать различные детали без дополнительных поддержек при этом используя высококачественные материалы.

Из рассмотренных трех технологий печати на 3D-принтерах, самой популярной является FDM  технология. Так получается из-за того, что к ней наибольший доступ у простого обывателя. Чем больше пользователей, тем больше экспериментов. Соответственно, больше интересных вещей. Но есть еще несколько факторов, которые влияют на это. Например масштабируемость. На SLA и SLS невозможно напечатать гигантские штуки цельной конструкцией. Данные подходы ограничены объемом самого станка. В то время, как FDM может трансформироваться в огромные роборуки и работать в свободном пространстве.

Нельзя забывать и о материалах. Самым скованным в этом плане является технология фотополимеризации — SLA. Она может работать только со светочувствительными жидкостями. И пускай на рынке достаточно большой ассортимент, где можно найти довольно бюджетные варианты. Но сам факт того, что это жидкость, которая должна находиться в какой-либо таре, вызывает трудность. Тем не менее, у SLA имеются свои собственные преимущества, такие как высокая точность.

SLS технология выглядит на голову серьезнее, чем два других вида печати. Тут и материалы говорят сам за себя, качество и точность печати, и структура самой печати. Есть вещи, которые возможно напечатать лишь при помощи данного вида технологии. За счет без надобности большого количества поддержек. В данном типе практически нет ограничений. Можно даже представить себе большую роборуку с лазером, которая будет свободно работать допустим в пустыне, где материала, в данном случае песка, полно вокруг. И возможно подобные эксперименты уже были. Но так или иначе, пока к технологии имеет доступ ограниченный круг людей, она не будет раскрываться на все 100%.