Использовать литье при мелкосерийном производстве нерентабельно, поэтому чтобы сэкономить время и деньги, производители применяют аддитивные технологии. Для изготовления продукта используют компьютерную 3D-модель. Данные загружают в 3D-принтер, и устройство формирует изделие слой за слоем. Технология позволяет изготовить детали почти из любого материала, например из пластика, гипса, песка, порошка, композитов и даже металла.

Существуют десятки методов аддитивной печати. В этой статье мы сравним две технологии: печать из расплавленного пластика (FDM) и печать при помощи спекания порошка (MJF).

Технология FDM

FDM или Fused Deposition Modeling — технология 3D-печати, формирующая изделие из расплавленного пластика, выдавливая его на платформу слой за слоем.

Расскажем о технологии более подробно.

Подготовка. Прежде чем напечатать модель на 3D-принтере, необходимо создать ее компьютерную модель в формате STL. Для этого используют ПК и дополнительное ПО (SolidWorks, ZBrush, Autodesk 3ds Max). Готовую модель проверяют на наличие разорванных граней, инвертированных полигонов и других ошибок.

Если модель готова к печати, ее загружают в программу-слайсер. Софт задает траекторию-алгоритм нанесения слоев, а также скорость и температуру печати. Если у модели есть нависающие элементы, то автоматически будут добавлены поддерживающие элементы. В итоге формируется программный код управления подвижными элементами принтера.

Печать. В качестве материала печати используют нить из полимера диаметром от 1,75 мм до 3 мм и нить поддерживающего материала. Как правило, нити размещены в картриджах или намотаны на катушку. Во время печати нити подаются в сопла экструдера, где нагреваются до температуры плавления.

Экструдер выдавливает расплавленный материал слой за слоем на подвижную платформу. Одновременно с процессом экструзии синхронно двигается платформа (сверху вниз) и экструдер (в плоскости XY). Подвижными элементами управляет компьютерный код 3D-модели, загруженный в программу-слайсер.

Когда принтер нанесет все слои модели и закончит работу, готовое изделие отсоединяют от платформы, очищают от поддерживающих элементов и лишнего полимера.

Преимущества FDM-печати

Бюджетно. FDM — простая и распространенная технология печати. Ее главное преимущество — доступность и дешевизна. Не обязательно покупать готовый 3D-принтер. Многие владельцы такого оборудования покупали запчасти отдельно и собирали принтер как конструктор. Все функциональные узлы можно приобрести онлайн.

Разнообразие полимеров. Для FDM-технологии доступен большой выбор материалов печати. Полимеры могут быть разных цветов, прозрачными, глянцевым или матовым, а также из гибких или жестких инженерных материалов. Можно использовать металлизированный пластик или материал с деревянным наполнителем. Для FDM-печати доступны флуоресцентные, люминесцентные и водорастворимые полимеры.

Важно учесть, что не все перечисленные материалы подходят для любого FDM-принтера. У полимеров может различаться температура плавления. При выборе материала печати много зависит от температуры разогрева сопла принтера. Например, если сопла экструдера могут нагреваться лишь до 150 °C, а пользователь выбрал полимер с температурой плавления 170 °C, принтер не расплавит пластик и не сможет напечатать модель.

Недостатки FDM-печати

Точность. Главный недостаток технологии FDM — низкая детализация и размерная точность в сравнении с другими технологиями 3D-печати. Способ не подходит для печати изделий с мелкими деталями и сложной геометрией.

Хрупкость. Модели, напечатанные с помощью FDM-технологии, анизотропны. Это значит, что изделия не устойчивы к механическим нагрузкам, а колебания температуры при печати увеличивают риск расслоения изделия.

Постобработка. Готовая модель имеет видимый шов между слоями материала. Напечатанное изделие нуждается в постобработке. Нависающие детали невозможно напечатать без элементов поддержки. После печати их приходится удалять.

Сферы применения

FDM-печать используют во многих отраслях производства. Технологию применяют при мелкосерийном производстве, а также для изготовления прототипов и функциональных изделий. На FDM-принтерах создают архитектурные макеты, анатомические модели, сувенирную продукцию и детали для автотюнинга.

Качество таких изделий уступает моделям, напечатанным с помощью промышленных технологий. Высокой точности и качества можно добиться, если использовать современную технологию порошковой печати, например, MJF. Далее мы расскажем о ней более подробно.

Как устроена технология MJF

MJF или Multi Jet Fusion — это порошковая технология 3D-печати. В качестве основы изделия используют специальный полиамид. Чтобы напечатать модель, материал наносят на рабочую поверхность, смешивают со связующим веществом и спекают его инфракрасным светом. Затем наносится новый слой полиамида и процесс повторяется. Расскажем о технологии MJF на примере работы 3D-принтера HP Jet Fusion 5210.

Подготовка. Разработка компьютерной модели изделия такая же, как и для FDM-технологии. После того как модель будет готова и загружена в ПО принтера, начинается подготовка и настройка оборудования. Прежде чем начать работу, в передвижной бокс принтера загружают порошок для печати (полиамид PA 12). Бокс присоединяют к принтеру и активируют печать.

Печать. Основной процесс происходит в рабочей камере принтера, размером 380 × 284 × 380 мм. Здесь передвижная каретка наносит на платформу первый слой полиамида. По заданной компьютерной модели на порошок наносится связующий агент, после чего над рабочей поверхностью проезжает инфракрасная лампа. Порошок и агент спекаются. Затем наносится следующий слой полиамида и процесс повторяется.

Охлаждение. Камеру с порошком и напечатанными изделиями извлекают из принтера и охлаждают материал. Чтобы изделия сохранили эксплуатационные свойства, их охлаждают постепенно: процесс занимает от 4 до 12 часов. В это время принтер уже печатает следующую партию. Такое производство позволяет настроить бесперебойное производство и печатать изделия в больших объемах.

Очистка. Когда изделие остынет, его извлекают из порошка и очищают в камере пескоструйной обработки. Изделие готово. При необходимости его можно покрасить.

Преимущества технологии MJF

Детализация. Технология MJF позволяет добиться высокой детализации готовых изделий. Модели печатаются с разрешением 1200 DPI. Минимальная толщина одного слоя сопоставима с толщиной человеческого волоса — 80 микрон. Благодаря этому изделия можно печатать с высокой повторяемостью независимо от тиража.

Крепкий и стойкий к нагрузкам материал. Полиамид PA 12 — термопластик высокой плотности. Благодаря этому изделия получаются прочными, устойчивыми к влаге и высоким температурам. Например, ABS-полимер плавится при 105 °C, а РА 12 — при 187 °C. Материал устойчив к химическому воздействию смазочных веществ, а также к углеводородам и щелочным средам. Сохраняет характеристики под ультрафиолетовым излучением.

Скорость печати. Во время процесса печати нагревательная лампа охватывает всю плоскость слоя за один ход. Все детали печатаются одновременно. Благодаря этому обеспечивается максимальная скорость печати изделий. Например, используя технологию FDM, за три часа можно напечатать 36 одинаковых шестерен. За это же время HP MJF напечатает 1000 таких деталей.

Экономия. Использование технологии MJF позволяет печатать геометрически сложные модели, не используя элементы поддержки. Это экономит материал печати, что снижает стоимость заказа. Оставшийся после печати полиамид можно использовать повторно.

Недостатки технологии MJF

Поверхность. Детали, напечатанные с использованием MJF-технологии, имеют шероховатую поверхность. Чтобы ее сгладить, изделие передают на постобработку.

Стоимость оборудования. 3D-принтеры MJF — дорогое промышленное оборудование. Цена устройств достигает сотен тысяч долларов. Используют и обслуживают устройства люди, прошедшие специальное обучение. Подготовить специалистов может только поставщик оборудования (компания Hewlett-Packard).

Сфера применения технологии

Технологию MJF используют в тех же отраслях, что и технологию FDM. Продукцию применяют в легкой промышленности, медицине, строительстве, машиностроении. Разница в том, что изделия, напечатанные на MJF-принтерах, надежнее и изготавливаются в 15–20 раз быстрее, чем при FDM-печати.

Доступна ли технология MJF

Украинская компания Infomir предоставляет услуги 3D-печати на единственном в Восточной Европе принтере HP Jet Fusion 5210. У компании заказывают печать прототипов, функциональных деталей, макетов, протезов, анатомических моделей и партии серийных изделий.

Чтобы узнать стоимость печати, достаточно загрузить 3D-модель в калькулятор. На этой же странице можно оформить заказ на печать.

FDM и MJF — доступные технологии 3D-печати. Это выгодная альтернатива литью при изготовлении прототипов или мелкой серии изделий. FDM-печать незаменима, если нужно бюджетное решение. Для быстрого и качественного производства изделий с высокой детализацией лучше использовать MJF-печать.