Termin druk 3D obejmuje kilka technologii produkcyjnych, które umożliwiają tworzenie części warstwa po warstwie. Każda z nich różni się sposobem wytwarzania części z tworzywa sztucznego i metalu oraz może różnić się pod względem doboru materiału, wykończenia powierzchni, trwałości oraz szybkości i kosztów produkcji.
Istnieje kilka rodzajów druku 3D, które obejmują:
- Stereolitografia (SLA)
- Selektywne spiekanie laserowe (SLS)
- Modelowanie osadzania topionego (FDM)
- Cyfrowy proces oświetlenia (DLP)
- Fuzja wielostrumieniowa (MJF)
- PolyJet
- Bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS)
- Topienie wiązką elektronów (EBM)
Wybór odpowiedniego procesu druku 3D dla danego zastosowania wymaga zrozumienia mocnych i słabych stron każdego z nich oraz dopasowania tych atrybutów do potrzeb w zakresie rozwoju produktu. Najpierw omówmy, w jaki sposób druk 3D wpisuje się w cykl rozwoju produktu, a następnie przyjrzyjmy się typowym rodzajom technologii druku 3D i zaletom każdej z nich.
Druk 3D do szybkiego prototypowania i nie tylko
Można śmiało stwierdzić, że druk 3D jest najczęściej wykorzystywany do prototypowania. Dzięki temu możliwość szybkiego wyprodukowania pojedynczej części umożliwia twórcom produktów sprawdzanie i dzielenie się pomysłami w opłacalny sposób. Określenie przeznaczenia prototypu pomoże ustalić, która technologia druku 3D będzie najkorzystniejsza. Produkcja przyrostowa może być odpowiednia dla szeregu prototypów, począwszy od prostych modeli fizycznych po części używane do testów funkcjonalnych.
Mimo że druk 3D jest niemal synonimem szybkiego prototypowania, istnieją scenariusze, w których jest to opłacalny proces produkcyjny. Zwykle zastosowania te obejmują małe ilości i złożone geometrie. Zazwyczaj komponenty do zastosowań lotniczych i medycznych idealnie nadają się do produkcyjnego druku 3D, ponieważ często spełniają opisane wcześniej kryteria.
Pięć kwestii związanych z drukiem 3D
Podobnie jak z większością kwestii w życiu, wybór procesu drukowania 3D rzadko jest prostą odpowiedzią. Kiedy pomagamy klientom ocenić opcje druku 3D, zazwyczaj wskazujemy pięć kluczowych kryteriów pozwalających określić, która technologia spełni ich potrzeby:
- Budżet
- Wymagania mechaniczne
- Wygląd kosmetyczny
- Wybór materiału
- Geometria
Procesy druku 3D z polimerów
Przedstawmy kilka typowych procesów druku 3D z tworzyw sztucznych i omówmy, kiedy każdy z nich zapewnia największą wartość dla twórców produktów, inżynierów i projektantów.
Stereolitografia (SLA)
Stereolitografia (SLA) to oryginalny przemysłowy proces druku 3D. Drukarki SLA wyróżniają się w produkcji części o wysokim poziomie szczegółowości, gładkich wykończeniach powierzchni i wąskich tolerancjach. Wysokiej jakości wykończenia powierzchni części technologią SLA nie tylko ładnie wyglądają, ale mogą pomóc w funkcjonowaniu części — na przykład podczas testowania dopasowania złożenia. Proces ten jest szeroko stosowany w branży medycznej, a typowe zastosowania obejmują modele anatomiczne i mikroprzepływy. Do części wytwarzanych technologią SLA używamy drukarek 3D Vipers, ProJets i iPros produkowanych przez 3D Systems.
Selektywne spiekanie laserowe (SLS)
Selektywne spiekanie laserowe (SLS) polega na stapianiu proszków na bazie nylonu w stałe tworzywo sztuczne. Ponieważ części wytwarzane technologią SLS są wykonane z prawdziwego materiału termoplastycznego, są trwałe, nadają się do testów funkcjonalnych i mogą być wyposażone w zawiasy oraz zatrzaski. W porównaniu do SL części są mocniejsze, ale mają bardziej szorstkie wykończenie powierzchni. Technologia SLS nie wymaga konstrukcji wsporczych, więc całą platformę konstrukcyjną można wykorzystać do zagnieżdżenia wielu części w jednym procesie, dzięki czemu nadaje się do większych ilości części niż inne procesy druku 3D. Wiele części wytwarzanych technologią SLS wykorzystuje się do prototypowania projektów, które w przyszłości będą formowane wtryskowo. Do naszych drukarek SLS używamy maszyn sPro140 opracowanych przez systemy 3D.
PolyJet
PolyJet to kolejny proces druku 3D z tworzyw sztucznych, ale umożliwia on coś więcej. Może wytwarzać części o różnych właściwościach, takich jak kolory i materiały. Projektanci mogą wykorzystać tę technologię do prototypowania części elastomerowych lub obtryskiwanych. Jeśli Twój projekt ma być wykonany z pojedynczego, sztywnego tworzywa sztucznego, zalecamy wybór technologii SL lub SLS – jest to bardziej ekonomiczne. Jeśli jednak tworzysz prototyp konstrukcji obtryskiwanej lub wykonanej z gumy silikonowej, PolyJet może uchronić Cię przed koniecznością inwestowania w oprzyrządowanie na wczesnym etapie cyklu rozwoju. Może to pomóc w szybszej iteracji i weryfikacji projektu oraz zaoszczędzić pieniądze.
Cyfrowe przetwarzanie światła (DLP)
Cyfrowa obróbka światłem jest podobna do technologii SLA, ponieważ utwardza płynną żywicę za pomocą światła. Podstawowa różnica między tymi dwiema technologiami polega na tym, że DLP wykorzystuje cyfrowy ekran projektora świetlnego, podczas gdy SLA wykorzystuje laser UV. Oznacza to, że drukarki 3D DLP mogą obrazować całą warstwę konstrukcji na raz, co skutkuje większą szybkością wytwarzania. Chociaż druk DLP jest często używany do szybkiego prototypowania, wyższa przepustowość sprawia, że nadaje się on do małych serii produkcyjnych części z tworzyw sztucznych.
Fuzja wielostrumieniowa (MJF)
Podobnie jak w przypadku SLS, technologię fuzji wielostrumieniowej również wykorzystuje się do wytwarzania części funkcjonalnych z proszku nylonowego. Zamiast lasera do spiekania proszku, technologia MJF wykorzystuje matrycę atramentową do nakładania środków utrwalających na złoże proszku nylonowego. Następnie nad złożem przechodzi element grzejny, aby stopić każdą warstwę. Powoduje to bardziej spójne właściwości mechaniczne w porównaniu do technologii SLS, a także lepsze wykończenie powierzchni. Kolejną zaletą procesu MJF jest przyspieszony czas wytwarzania, co prowadzi do niższych kosztów produkcji.
Modelowanie osadzania topionego (FDM)
Modelowanie osadzania topionego (FDM) to powszechna technologia stacjonarnego druku 3D części z tworzyw sztucznych. Drukarka FDM działa poprzez wytłaczanie plastikowego włókna warstwa po warstwie na platformę roboczą. Jest to opłacalna i szybka metoda wytwarzania modeli fizycznych. W niektórych przypadkach proces FDM można zastosować do testów funkcjonalnych, ale technologia ta jest ograniczona, ponieważ wytwarza części o stosunkowo szorstkim wykończeniu powierzchni i braku wytrzymałości.
Procesy druku 3D z metalu
Bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS)
Druk 3D z metalu otwiera nowe możliwości projektowania części metalowych. Proces, który stosujemy w Protolabs do drukowania części metalowych w 3D, to bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS). Jest on często używany do redukcji metalowych, wieloczęściowych zespołów w pojedynczy komponent lub lekkie części z wewnętrznymi kanałami lub wydrążonymi elementami. DMLS nadaje się zarówno do prototypowania, jak i do produkcji, ponieważ części mają taką samą gęstość, jak te wytwarzane tradycyjnymi metodami produkcji z metalu, takimi jak obróbka skrawaniem lub odlewanie. Tworzenie elementów metalowych o złożonej geometrii sprawia, że nadają się one również do zastosowań medycznych, w przypadku których projekt części musi odzwierciedlać strukturę organiczną.
Topienie wiązką elektronów (EBM)
Stapianie wiązką elektronów to kolejna technologia druku 3D metalu, która wykorzystuje wiązkę elektronów kontrolowaną przez cewki elektromagnetyczne do topienia proszku metalicznego. Podczas drukowania stół drukarski jest podgrzewany i panuje w nim próżnia. Temperatura, do której nagrzewa się materiał, zależy od użytego materiału.
Kiedy stosować druk 3D
Jak wspomniano wcześniej, istnieje kilka wspólnych mianowników wśród zastosowań druku 3D. Jeśli ilość części jest stosunkowo niewielka, druk 3D może być optymalny — wskazówki, które dajemy naszym klientom, korzystającym z usług druku 3D to zwykle od 1 do 50 części . Przy ilościach sięgających setek warto zapoznać się z innymi procesami produkcyjnymi. Jeśli Twój projekt ma złożoną geometrię, która ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania części, jak np. komponent aluminiowy z wewnętrznym kanałem chłodzącym, druk 3D może być jedyną opcją.
Wybór odpowiedniego procesu sprowadza się do rozważenia zalet i ograniczeń poszczególnej technologii pod kątem najważniejszych wymagań zastosowania. Na wczesnych etapach, gdy pojawiają się pomysły i jedyne, czego potrzebujesz, to model, który możesz udostępnić współpracownikowi, schodkowe wykończenie nie stanowi większego problemu. Kiedy jednak dojdziesz do punktu przeprowadzania testów użytkowania, czynniki takie jak kosmetyka i trwałość zaczynają mieć znaczenie. Chociaż nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania, prawidłowe wykorzystanie technologii druku 3D na każdym etapie rozwoju produktu zmniejszy ryzyko projektowe i ostatecznie umożliwi powstanie lepszych produktów.
Potrzebujesz niestandardowych części wydrukowanych w 3D? Prześlij plik CAD 3D, aby otrzymać wycenę online.
Uzyskaj ofertę