Innowacyjne rozwiązania druku 3D na terenie Europy! @druknano3d   |  e-mail: office(at)nano3d.pl
Cechą charakterystyczną wydruków wykonanych w technologii FDM są widoczne na powierzchni wydruku warstwy. Jeżeli zależy nam na tym, aby ścianki detalu były gładkie należy poddać wydruk dalszej obróbce – szlifowaniu, lakierowaniu czy malowaniu.


Technologie druku 3D

Dowiedz się więcej o procesie oraz o obecnie dostępnych technologiach druku 3D. Wyjaśnimy takie pojęcia jak FDM, SLA, DLP, SLS, DMLS, SLM, EBM, Material Jetting, DOD czy Binder Jetting.

Materiały Porównanie

Stereolitografia (SLA)

Polimeryzacja metodą SLA to jeden z procesów druku 3D, w którym budowa modelu przestrzennego polega na polimeryzacji (fotoutwardzaniu) ciekłej żywicy wiązką lasera.

Drukarka SLA używa luster, znanych jako galwanometry lub galvos, z jednym umieszczonym na osi X i drugim na osi Y. Galvos szybko kierują wiązkę lasera przez kadź żywicy, selektywnie utwardzając i zestalając przekrój obiektu wewnątrz tego obszaru budowy, budując go warstwa po warstwie.

Większość drukarek SLA używa lasera półprzewodnikowego do utwardzania części. Wadą tego rodzaju technologii druku 3D przy użyciu lasera punktowego jest to, że może zająć więcej czasu, aby prześledzić przekrój obiektu w porównaniu do DLP.

  • Rodzaje technologii druku 3D: stereolitografia (SLA), bezpośrednie przetwarzanie światła (DLP)
  • Materiały: Żywica fotopolimerowa (standardowa, odlewna, przezroczysta, wysokotemperaturowa)
  • Dokładność wymiarowa: ± 0,5% (dolna granica ± 0,15 mm)
  • Typowe zastosowania: prototypy polimerowe przypominające formy wtryskowe; biżuteria (odlewanie inwestycyjne); zastosowania stomatologiczne; aparaty słuchowe
  • Mocne strony: Gładkie wykończenie powierzchni; Drobne szczegóły funkcji
  • Słabe strony: kruche, nieodpowiednie dla części mechanicznych
Drukowanie z żywic światłoutwardzalnych

Źródło: Formlabs

Jedną z zalet druku SLA jest jego szybkość - funkcjonalne modele mogą zostać wyprodukowane w ciągu jednego dnia w zależności od złożoności projektu i jego wielkości.

Technologią pozwalającą na druk 3D w pełnym kolorze w pełnym tego słowa znaczeniu jest CJP (Color Jet Printing), opracowaną przez firmę Z Corporation, należącą obecnie do 3D Systems.

Digital Light Processing (DLP)

Technologia druku DLP (Digital Light Processing) jest bardzo zbliżona do druku SLA z tą różnicą, iż do fotoutwardzania używany jest specjalny, cyfrowy projektor świetlny który naświetla wszystkie warstwy. Im naświetlany piksel jest większy, tym druk jest dokładniejszy.

Ponieważ projektor jest cyfrowym ekranem, obraz każdej warstwy składa się z kwadratowych pikseli, w wyniku czego powstaje warstwa utworzona z małych prostokątnych bloków zwanych wokselami.
DLP może osiągnąć szybsze drukowanie w porównaniu do SLA. Dzieje się tak dlatego, że cała warstwa jest odsłonięta na raz, zamiast śledzenia obszaru przekroju za pomocą punktu lasera.

Właściwości wydruku i dokładność jest zbliżona jak w przypadku SLA.

Selective Laser Sintering (SLS)

SLS znane jest jako tworzenie obiektu za pomocą technologii Powder Bed Fusion i proszku polimerowego . Po wygaśnięciu patentów przemysłowych, ten typ technologii druku 3D staje się coraz bardziej powszechny i tani.

Najpierw pojemnik z proszkiem polimerowym ogrzewa się do temperatury tuż poniżej temperatury topnienia polimeru. Następnie, ostrze do przerzucania lub wycieraczka osadza bardzo cienką warstwę sproszkowanego materiału - zazwyczaj o grubości 0,1 mm - na platformie budowlanej.

Promień lasera CO2 zaczyna następnie skanować powierzchnię. Laser selektywnie spieka proszek i krzepnie przekrój obiektu. Podobnie jak SLA, laser jest skupiony na właściwej lokalizacji przez parę galvo.

Po zeskanowaniu całego przekroju platforma konstrukcyjna przesunie się w dół o jedną grubość warstwy. Ostrze przerzucające pozostawia świeżą warstwę proszku na ostatnio skanowanej warstwie, a laser spieka następny przekrój obiektu na uprzednio zestalony przekrój.

Te kroki powtarza się, aż wszystkie obiekty zostaną w pełni wyprodukowane. Proszek, który nie został spieczony, pozostaje na swoim miejscu, aby utrzymać obiekt, który eliminuje potrzebę stosowania konstrukcji wsporczych.

  • Rodzaje technologii druku 3D: Selektywne spiekanie laserowe (SLS) / Selective Laser Sintering (SLS)
  • Materiały: proszek termoplastyczny (nylon 6, nylon 11, nylon 12)
  • Dokładność wymiarowa: ± 0,3% (granica dolna ± 0,3 mm)
  • Typowe zastosowania: części funkcjonalne; kompleksowe kanały (konstrukcje puste); Nniskonakładowa produkcja części
  • Mocne strony: funkcjonalne części, dobre właściwości mechaniczne; złożone geometrie; wytrzymałość
  • Słabe strony: dłuższy proces wydruku; wyższy koszt niż FFF dla aplikacji funkcjonalnych
Polega ona na rozprowadzaniu proszku gipsowego i selektywnego natryskiwania na niego specjalnego lepiszcza oraz koloru. Kolor jest natryskiwany na dokładnie tej samej zasadzie co w drukarkach atramentowych do papieru. Po nałożeniu warstwy lepiszcza i kleju, nakładana jest kolejna warstwa proszku.
Lakierowanie proszkowe (polimery) używane w technologii SLS

Powder Bed Fusion to proces druku w 3D, w którym źródło energii cieplnej selektywnie wywołuje fuzję między cząstkami proszku wewnątrz obszaru budowy, tworząc obiekt stały. Wiele urządzeń do zgrzewania proszkowego wykorzystuje również mechanizm do nakładania i wygładzania proszku równocześnie z wytwarzanym obiektem, tak że końcowy element jest zamknięty i podtrzymywany w nieużywanym proszku.



Fused Deposition Modeling (FDM)

Najpopularniejsza technologia do druku 3D używając komputera; idealne do szybkiego i taniego prototypowania


  • Rodzaje technologii druku 3D: Osadzanie topionego materiału (FDM, ang. fused deposition modelling)
  • Materiały: szeroka gama materiałów na bazie tworzyw sztucznych w tęczowych kolorach, w tym ABS, PLA, PETG, PC, PEI, nylon
  • Dokładność wymiarowa: ± 0.5% (lower limit ± 0.5 mm); ± 0.15% (lower limit ± 0.2 mm) - industrial
  • Typowe zastosowania: prototypy i części funkcjonalne; testy i analizy prototypów o właściwościach zbliżonych do obiektu projektowanego; złożone prace projektowe; modele architektoniczne;
  • Mocne strony: technologia jest czysta, prosta w obsłudze i przyjazna w środowisku biurpwym; obsługiwane termoplasty produkcyjne są stabilne mechanicznie i środowiskowo; złożone geometrie i wgłębienia, które w przeciwnym razie byłyby problematyczne, stają się praktyczne w przypadku technologii FDM; brak ograniczeń geometrii z wyjątkiem budowania bardzo małych elementów; jedna z najszybszych technologii szybkiego prototypowania; duża wytrzymałość części,
  • Słabe strony: jeśli twoje części są bardzo duże, może zajść konieczność podzielenia ich na kilka części, aby pasowały do tacy do budowania - części będą miały widoczne pęknięcia, gdzie części są połączone rozpuszczalnikiem; wymagana jest dodatkowa obróbka krawędzi; wysoka temperatura prowadzi do delaminacji; małe odwzorowanie szczegółów;


Proces drukowania FDM rozpoczyna się ciągiem stałego materiału zwanego filamentem. Linia filamentu prowadzona jest z rolki dołączonej do drukarki 3D do nagrzanej dyszy wewnątrz drukarki 3D, która topi materiał. W stanie stopionym materiał można wytłaczać na określonej i z góry określonej ścieżce utworzonej przez oprogramowanie na komputerze. Ponieważ materiał jest wytłaczany jako warstwa przedmiotu na tej ścieżce, natychmiast ochładza się i zestala - zapewniając fundament dla następnej warstwy materiału, aż do wyprodukowania całego przedmiotu. Jako najtańsza technologia druku 3D na rynku, FDM oferuje również szeroką gamę materiałów na bazie tworzyw sztucznych w tęczowych kolorach, w tym ABS, PLA, nylon i jeszcze bardziej egzotyczne mieszanki materiałów, w tym węgiel, brąz lub drewno.

Technologia selektywnego spiekania proszków jest kilkadziesiąt razy droższa niż technologie opisane wcześniej. Wynika m.in. z faktu, że urządzenia tego typu muszą być wyposażone w kosztowne lasery o dużej mocy czy system przepływu ochronnego gazu. Wszystko to sprawia, że drukarki 3D tego typu są poza zasięgiem przeciętnego konsumenta.

FDM to doskonały wybór do szybkiego i taniego prototypowania i może być stosowany do wielu różnych zastosowań. Nowsze innowacje w druku 3D FDM obejmują możliwość produkcji funkcjonalnych produktów końcowych z wbudowaną elektroniką i częściami mechanicznymi, takimi jak drony. Ze względu na ograniczenia projektowe i materiałowe drukowanie FDM 3D nie jest zalecane w przypadku bardziej skomplikowanych projektów.



MJP (ang. Multi Jet Printing) – napylany cienkimi warstwami fotopolimer utwardzany światłem UV.

Material Jetting (PolyJet)

Material Jetting to proces druku 3D, w którym kropelki materiału są selektywnie osadzane i utwardzane na płycie konstrukcyjnej. Używając fotopolimerów lub kropelek wosku, które utwardzają się pod wpływem światła, obiekty budowane sa warstwa po warstwie.

Material Jetting pozwala na druk różnych materiałów w tym samym obiekcie. Jednym z zastosowań tej techniki jest wytworzenie struktur nośnych z innego materiału na wytwarzany model.

Material Jetting (MJ)

Material Jetting (MJ) działa w podobny sposób jak standardowa drukarka atramentowa. Podstawową różnicą jest to, że zamiast drukować pojedynczą warstwę atramentu, wiele warstw jest budowanych jedna na drugiej w celu utworzenia solidnej części. Głowica drukująca wysyła setki małych kropelek fotopolimeru, a następnie utwardza ​​je / utwardza ​​za pomocą światła ultrafioletowego (UV). Po zdeponowaniu i utwardzeniu jednej warstwy platforma konstrukcyjna zostaje opuszczona o jedną grubość warstwy, a proces powtarza się w celu zbudowania obiektu 3D.

MJ różni się od innych rodzajów technologii druku 3D, które gromadzą, spiekają lub utwardzają materiał budowlany przy użyciu depozycji punktowej. Zamiast używać pojedynczego punktu do podążania ścieżką, która nakreśla przekrój poprzeczny warstwy, MJ przesyła materiał budowlany w szybki, liniowy sposób.

Zaletą układania liniowego jest to, że drukarki MJ są w stanie wytworzyć wiele obiektów w jednej linii bez wpływu na szybkość kompilacji. Dopóki modele są prawidłowo rozmieszczone, a przestrzeń w obrębie każdej linii produkcyjnej jest zoptymalizowana, MJ jest w stanie wytwarzać części szybciej niż inne typy drukarek 3D.

Obiekty wykonane z MJ wymagają wsparcia, które są drukowane jednocześnie podczas kompilacji z rozpuszczalnego materiału, który jest usuwany podczas etapu przetwarzania końcowego. MJ jest jednym z niewielu typów technologii druku 3D oferujących przedmioty wykonane z wielobranżowego druku i pełnokolorowego.

Drop on Demand (DOD)

to rodzaj technologii druku 3D wykorzystującej parę dysz atramentowych. Jedna odkłada budulec, który zwykle jest materiałem woskowym. Drugi zaś używana jest do rozpuszczalnego materiału nośnego. Podobnie jak w przypadku typowych technologii druku 3D, drukarki DOD podążają ustaloną ścieżką do materiału odrzutowego w punktowym odkładaniu, tworząc przekrój obiektu warstwa po warstwie.

Drukarki DOD używają odcinarkę, która niweluje obszar budowy po utworzeniu każdej warstwy, zapewniając idealnie płaską powierzchnię przed rozpoczęciem następnej warstwy. DOD są zwykle używane do tworzenia wzorów odpowiednich do odlewania w wosku traconym lub odlewania metodą traconego wosku i innych zastosowań do formowania.



  • Rodzaje technologii druku 3D: Material Jetting (MJ), Drop on Demand (DOD)
  • Materiały: żywica fotopolimerowa (standardowa, odlewna, przezroczysta, wysokotemperaturowa)
  • Dokładność wymiarowa: ± 0,1 mm
  • Typowe zastosowania: pełnokolorowe prototypy produktów; prototypy przypominające formy wtryskowe; formy wtryskowe niskiego rzędu; modele medyczne
  • Mocne strony: najlepsze wykończenie powierzchni; dostępny w pełnym kolorze i wielu materiałach
  • Słabe strony: kruche, nieodpowiednie dla części mechanicznych; wyższy koszt niż SLA / DLP do celów wizualnych



image

Binder Jetting

Binder Jetting to proces druku 3D, w którym płynny środek wiążący selektywnie wiąże regiony złoże proszku.

Binder Jetting jest technologią druku 3D podobną do SLS, wymagającej wstępnej warstwy proszku na platformie budowania. W przeciwieństwie do SLS, który używa lasera do spiekania proszku, Binder Jetting przesuwa głowicę drukującą nad powierzchnią proszku, osadzając kropelki spoiwa, które mają zwykle średnicę 80 mikronów. Wiążą one cząstki proszku ze sobą, tworząc kolejne warstwy przedmiotu.

Po wydrukowaniu warstwy złoże proszku jest opuszczane, a nowa warstwa proszku jest rozprowadzana po ostatnio wydrukowanej warstwie. Ten proces powtarza się, dopóki nie powstanie kompletny obiekt. Obiekt zostaje następnie pozostawiony w proszku, aby wyleczyć i zyskać siłę. Następnie przedmiot jest usuwany ze złoża proszku, a niezwiązany proszek jest usuwany za pomocą sprężonego powietrza.


  • Rodzaje technologii druku 3D: Binder Jetting (BJ)
  • Materiały: stal nierdzewna / brąz, pełny kolor piasku, krzemionka (odlewanie z piasku)
  • Dokładność wymiarowa: ± 0,2 mm (metal) lub ± 0,3 mm (piasek)
  • Typowe zastosowania: funkcjonalne części metalowe; pełnokolorowe modele; odlewanie piaskowe
  • Mocne strony: niski koszt; duże objętości kompilacji; funkcjonalne metalowe części
  • Słabe strony: własności mechaniczne nie tak dobre jak spiekanie z metalicznym złożem proszku
image

Dużą zaletą produkcji rdzeni i form odlewniczych z Binder Jetting jest duża, złożona geometria, którą proces jest w stanie wytworzyć przy stosunkowo niskich kosztach. Dodatkowo, proces ten jest łatwy do zintegrowania z istniejącym procesem produkcyjnym lub odlewniczym bez zakłóceń.

Sand Binder Jetting

Dzięki urządzeniom do rozprowadzania piasku Binder są to tanie technologie druku 3D do produkcji części z piasku, np. piaskowiec lub gips.

W przypadku modeli pełnokolorowych obiekty są wytwarzane przy użyciu proszku na bazie gipsu lub PMMA w połączeniu z płynnym środkiem wiążącym. Głowica drukująca najpierw wprawia w ruch środek wiążący, a drugorzędna głowica drukująca w kolorze, umożliwiając drukowanie modeli pełnokolorowych.
Po pełnym utwardzeniu części są one usuwane z luźnego niezwiązanego proszku i oczyszczane. Aby poprawić właściwości mechaniczne, części są często narażone na działanie infiltrantu.

Dostępnych jest wiele infiltrantów, z których każda ma różne właściwości. Powłoki można również dodawać, aby poprawić żywiołowość kolorów.

Binder Jetting jest również przydatny do produkcji form i rdzeni z piaskiem. Rdzenie i formy są zazwyczaj zadrukowane piaskiem, chociaż do specjalnych zastosowań można użyć sztucznego piasku (krzemionki).

Po wydrukowaniu rdzenie i formy są usuwane z obszaru budowy i oczyszczane w celu usunięcia luźnego piasku. Formy są zwykle natychmiast gotowe do odlewania. Po odlaniu forma jest rozbijana, a końcowy składnik metalowy usuwany.

Metal Binder Jetting

Binder Jetting może być również wykorzystywany do wytwarzania metalowych przedmiotów. Sproszkowany metal wiąże się za pomocą polieterowego środka wiążącego. Produkcja metalowych przedmiotów za pomocą Binder Jetting pozwala na produkcję złożonych geometrii wykraczających poza możliwości konwencjonalnych technik produkcyjnych.

Funkcjonalne przedmioty metalowe mogą być jednak wytwarzane tylko w procesie wtórnym, takim jak infiltracja lub spiekanie. Koszt i jakość wyniku końcowego na ogół określa, który proces drugorzędny jest najbardziej odpowiedni dla danego zastosowania. Bez tych dodatkowych etapów, część wykonana z metalowego spajania spoiwa będzie miała słabe właściwości mechaniczne. Wtórny proces infiltracji działa w następujący sposób: początkowo cząstki metalu w proszku są związane ze sobą za pomocą środka wiążącego, aby utworzyć obiekt "stanu zielonego". Gdy obiekty zostaną całkowicie utwardzone, są one usuwane z luźnego proszku i umieszczane w piecu, w którym spiek jest wypalany. To pozostawia obiekt przy gęstości około 60% z pustkami w całym tekście. Następnie stosuje się brąz do infiltracji pustek przez działanie kapilarne, w wyniku czego obiekt ma gęstość około 90% i większą wytrzymałość. Jednak przedmioty wykonane z metalowym splotem spoiwa mają na ogół mniejsze właściwości mechaniczne niż części metalowe wykonane przy użyciu Powder Bed Fusion.

image

Spiekany proces wtórny może być stosowany tam, gdzie wytwarzane są części metalowe bez infiltracji. Po zakończeniu drukowania obiekty z zielonym stanem są utwardzane w piecu. Następnie spieka się je w piecu do wysokiej gęstości około 97%. Jednak nierównomierny skurcz może stanowić problem podczas spiekania i powinien zostać uwzględniony na etapie projektowania.



background

Powder Bed Fusion / Metal printing
(druk 3d metali)

Metal Powder Bed Fusion to proces drukowania 3D, który wytwarza stałe obiekty, wykorzystując źródło termiczne do wywoływania fuzji między cząstkami metalu w proszku po jednej warstwie na raz.

Image

Części DMLS / SLM są narażone na wypaczenia ze względu na naprężenia szczątkowe powstałe podczas drukowania, z powodu wysokich temperatur. Części są również zwykle poddawane obróbce cieplnej po wydrukowaniu, gdy są nadal przymocowane do płyty montażowej, aby odciążyć wszelkie naprężenia w częściach po wydrukowaniu.

Direct Metal Laser Sintering (DMLS) / Selective Laser Melting (SLM)

Zarówno Direct Metal Sintering (DMLS), jak i Selective Laser Melting (SLM) wytwarzają obiekty w podobny sposób jak SLS. Główną różnicą jest to, że te rodzaje technologii drukowania 3D są stosowane do produkcji części metalowych.
DMLS nie topi proszku, ale zamiast tego podgrzewa go do punktu, w którym może spaść razem na poziomie molekularnym. SLM używa lasera do osiągnięcia pełnego stopienia proszku metalicznego, tworząc jednorodną część. Powoduje to, że część ma pojedynczą temperaturę topnienia (coś, co nie jest wytwarzane ze stopu).
Jest to główna różnica między DMLS i SLM; ten pierwszy wytwarza części ze stopów metali, podczas gdy te ostatnie tworzą pojedyncze materiały, takie jak tytan.

W przeciwieństwie do SLS, procesy DMLS i SLM wymagają wsparcia strukturalnego, aby ograniczyć prawdopodobieństwo jakichkolwiek zniekształceń, które mogą wystąpić (pomimo faktu, że otaczający proszek zapewnia fizyczne wsparcie).

Electron Beam Melting (EBM)

W odróżnieniu od innych technik Fusion Powder Bed Electusion Beam Melting (EBM) wykorzystuje wysokoenergetyczną wiązkę lub elektrony do wywołania fuzji pomiędzy cząstkami proszku metalicznego.

Skoncentrowana wiązka elektronów skanuje cienką warstwę proszku, powodując miejscowe topnienie i krzepnięcie na określonym obszarze przekroju poprzecznego. Te obszary są zbudowane, aby stworzyć solidny obiekt.
W porównaniu do technologii druku 3D SLM i DMLS, EBM generalnie ma wyższą szybkość kompilacji ze względu na wyższą gęstość energii. Jednak rzeczy takie jak minimalny rozmiar obiektu, wielkość cząstek proszku, grubość warstwy i wykończenie powierzchni są zazwyczaj większe.

  • Rodzaje technologii druku 3D: Direct Metal Laser Sintering (DMLS); Selektywne topienie laserowe (SLM); Topienie wiązki elektronów (EBM)
  • Materiały: aluminium, stal nierdzewna, tytan
  • Dokładność wymiarowa: ± 0,1 mm
  • Typowe zastosowania: funkcjonalne części metalowe (aerospace i automotive); medyczny; dentystyczny
  • Mocne strony: najsilniejsze, funkcjonalne części; złożone geometrie
  • Słabe strony: małe rozmiary kompilacji; najwyższy punkt cenowy wszystkich technologii
image

Należy również pamiętać, że części EBM są wytwarzane w próżni, a proces można stosować tylko z materiałami przewodzącymi.