ТЕХНОЛОГИИ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 3D ПЕЧАТИ

АЮПОВ РАВШАН ХАМДАМОВИЧ

Современные 3D-технологии развиваются

невероятными темпами, и разработчики устройств для

трёхмерной печати постоянно придумывают новые

девайсы, способные увеличить такие показатели как

скорость печати или уровень детализации. В результате

прогресса стали появляется устройства, которые в

процессе печати используют разные способы

формирования объекта.

Одной из самых распространённых технологий,

используемых современными 3d-принтерами,

является селективное лазерное спекание

(Selective laser sintering, SLS). Основной принцип

работы 3d-принтера, использующего SLS –

создание объёмных объектов при помощи

различных расходных материалов. Технология SLS

позволяет воссоздавать особо сложные детали,

которые требуют высокой детализации

Лазерное спекание приобрело популярность только в 21

веке, однако данная технология была запатентована ещё 30 лет назад Карлом Декартом из Техасского университета.

Чтобы принтер мог использовать селективное лазерное

спекание, требуется наличие мощного лазера, который

сможет соединить пластиковые, металлические или

керамические элементы в одно целое. Конечно же, для

работы с таким принтером требуется создание

виртуальной модели объекта. Лазер будет сканировать

модель, сплавляя порошок из пластика или любого другого

расходного материала. Процесс плавления порошка происходит поэтапно, и скорость печати зависит от

скорости сканирования каждого разреза. Внутри камеры

принтера не должно быть кислорода.

Среди преимуществ технологии селективного

спекания можно отметить её

многофункциональность, так как она позволяет

принтеру использовать несколько видов

порошковых расходных материалов. Самые

популярные принтеры, которые применяют SLS –

это устройства компании RapidForm:

Помимо этого, технология SLS может полностью

или частично плавить материал, а также

осуществлять жидкофазное спекание. Такая

технология делает возможность создания

прототипа запчасти механизма, который по

плотности практически не будет отличаться от

оригинала. Основная сфера применения

принтеров, использующих технологию спекания

это искусство.

Fused Deposition Modeling, FDM (метод наплавления)

Следующий не менее популярный способ

трёхмерной печати – это моделирование методом

наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM).

Данный вид технологии является одним из новейших

и активно применяемых. Также как и другие

способы печати, она осуществляется при помощи

специальных инструментов. Объёмные объекты

создаются из таких расходных материалов как

пластик, металл или воск.

Принтер «растягивает» пластик придавая

расходнику форму длинной расплавленной нити (2),

которая подаётся из экструзионной головки (1) на

холодную платформу (3), ускоряющую процесс

застывания объекта. Такие нити слой за слоем

формируют детали объекта. После завершения

очередного слоя распечатываемой детали,

платформа снижается на следующий уровень, и

принтер приступает к созданию нового слоя.

Результатом работы становиться пластмассовый

или металлический прототип (это зависит от

расходного материала), который ничем не

отличается от оригинала. Как вы сами понимаете,

технология моделирования методом наплавления

используется во многих отраслях промышленности

и производства.

Чаще всего принтеры, использующие FDM,

помогают инженерам создавать прототипы

объектов и моделей. Это позволяет специалисту

отслеживать недостатки новой детали уже на этапе

распечатывания, и он может исправить недочёты в

процессе воссоздания объекта. Подобная

технология подходит для мало серийного

производства и изготовления ограниченного

количества деталей. Технология моделирования

методом наплавления широко применяется в

литейном производстве и строительстве.

SLA (лазерная стерео литография)

Каждая технология имеет свои плюсы и минусы,

однако лазерная стерео литография имеет больше

преимуществ, чем недостатков. Данный способ

трёхмерной печати также называется технологией

быстрого прототипирования.

Сегодня стерео литография считается одним из

самых продвинутых способов для осуществления

печати на 3d-принтерах, однако она была

изобретена ещё в 80-х годах на территории

Соединённых Штатов. Принцип действия технологии

довольно простой – трёхмерный объект

формируется из обрабатываемого олигомерного

вещества. Олигомеры имеют особую структуру,

которая позволяет им под воздействием высокой

температуры преобразовываться в полимеры. В

результате температурной обработки данный

материал затвердевает

Особенность стерео литографии состоит в том, что

твердеет не весь распечатываемый объект, а

только его отдельные части, формирующие тело.

За процессом правильного формирования

объёмной модели следит специальный лазер,

отслеживающий зоны, которые подвергаются

полимеризации. Это позволяет принтеру создавать

прототип любой сложности. Ещё одним

достоинством 3d принтеров, которые используют

способ стерео литографии, является тот факт, что

устройство не только формирует объект, но и

убирает остатки смолы.

Лазер обрабатывает только 20% модели и в

процессе распечатывания объект можно достать

из устройства и придать ему прочность при помощи

инициирующего света. Конечно же, можно

обойтись и без этого – современные принтеры

способны сделать это самостоятельно. Готовый

объект обладает высокими механическими

свойствами. Достоинствами данной технологии

является высокая скорость печати и экономный

расход материала.

Laminated Object Manufacturing, LOM

(ламинирование)

Ещё одним популярным способом создания

трёхмерной модели посредством 3d-принтера

стало изготовление моделей с использованием

ламинирования (Laminated Object Manufacturing,

LOM).

ТЕХНОЛОГИЯ ЛАМИНИРОВАНИЯ ДОВОЛЬНО ПРОСТА

– В КАЧЕСТВЕ РАСХОДНОГО МАТЕРИАЛА

ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ПОЛИМЕРНАЯ ПЛЁНКА. ОНА

ПОДАЕТСЯ ИЗ РУЛОНА (1) И ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗ

ПРОКАТНЫЙ ВАЛИК (2), КОТОРЫЙ ОБЕСПЕЧИВАЕТ

НЕОБХОДИМУЮ ТЕМПЕРАТУРУ И ДАВЛЕНИЕ. ДАЛЬШЕ

ПЛЕНКА РАЗРЕЗАЕТСЯ МЕХАНИЧЕСКИМ ИЛИ

ЛАЗЕРНЫМ РЕЗАКОМ (3,4,5) НА ОТДЕЛЬНЫЕ СЛОИ (6),

А ВЕСЬ ОСТАВШИЙСЯ МАТЕРИАЛ УДАЛЯЕТСЯ

ВРУЧНУЮ. ЗАТЕМ ГОТОВЫЕ СЛОИ СКЛЕИВАЮТСЯ,

ФОРМИРУЯ ТРЁХМЕРНЫЙ ОБЪЕКТ.

Самое главное преимущество такой печати

состоит в том, что в процессе работы используется

недорогой расходный материал. Он отличается

высокой прочностью и устойчивостью к внешнему

механическому воздействию. Также ламинирование

позволяет создавать сложные геометрические

формы. Такую технологию используют принтеры

компании Cubic Technologies.

Drop On Demand Jet, DODJet

(метод напыления)

Ещё один интересный способ – это моделирование

методом напыления с последующим

фрезерованием слоя (DODJet).

Для того чтобы применить данный вид технологии

необходимо использовать модельный и материал

поддержки. Печатающая головка такого принтера

распыляет сразу два этих вида расходников. После

этого в дело вступает фрезеровочная головка,

которая охлаждает оба вида материала и

производит шлифование, образуя идеально гладкую

поверхность. Как вы уже поняли, данная технология

используется в том случае, если владелец принтера

желает распечатать объект с гладкой

поверхностью. Скорость печати во многом зависит

от сложности прототипа.

Мы перечислили самые популярные способы

создания трёхмерных объектов, хотя существуют и

другие виды технологий 3d-печати, например,

контурное изготовление или электронно-лучевая

плавка, но они используются не так часто, как

вышеописанные технологии.

Вообще , сценариев становления будущего с 3D

принтерами огромное множество . По прогнозом

2050 году в каждой 3 семье из развитого мира

будет 3D принтер дома. Причем это будет такой

агрегат , который позволит распечатать предмет

мебели или , например , велосипед . Прогнозы ,

скажем так , впечатляющие … поживем – увидим .