FDM-друк і чим він відрізняється від MJF
Використовувати лиття під час дрібносерійного виробництва нерентабельно, тому, щоб заощадити час і гроші, виробники застосовують адитивні технології. Для виготовлення продукту використовують комп’ютерну 3D-модель. Дані завантажують у 3D-принтер, і пристрій формує виріб шар за шаром. Технологія дає змогу виготовити деталі майже з будь-якого матеріалу, наприклад з пластику, гіпсу, піску, порошку, композитів і навіть металу.
Є десятки методів адитивного друку. У цій статті ми порівняємо дві технології: друк з розплавленого пластику (FDM) і друк за допомогою спікання порошку (MJF).
Технологія FDM
FDM або Fused Deposition Modeling — технологія 3D-друку, що формує виріб з розплавленого пластику, видавлюючи його на платформу шар за шаром.
Розповімо про технологію докладніше.
Підготування. Перш ніж надрукувати модель на 3D-принтері, треба створити її комп’ютерну модель у форматі STL. Для цього використовують ПК і додаткове ПЗ (SolidWorks, ZBrush, Autodesk 3ds Max). Готову модель перевіряють на наявність помилок.
Якщо модель готова до друку, її завантажують у програму-слайсер. Софт задає траєкторію-алгоритм нанесення шарів, а також швидкість і температуру друку. Якщо модель має нависні елементи, то автоматично будуть додані підтримувальні елементи. У результаті формується програмний код керування рухомими елементами принтера.
Друк. Як матеріал для друку використовують нитку з полімеру діаметром від 1,75 мм до 3 мм і нитку підтримувального матеріалу. Зазвичай нитки містяться в картриджах або намотані на котушку. Під час друку нитки подають у сопла екструдера, де вони нагріваються до температури плавлення.
Екструдер вичавлює розплавлений матеріал шар за шаром на рухому платформу. Одночасно з процесом екструзії синхронно рухаються платформа (згори донизу) й екструдер (у площині XY). Рухливими елементами керує комп’ютерний код 3D-моделі, завантажений у програму-слайсер.
Коли принтер нанесе всі шари моделі й закінчить роботу, готовий виріб від’єднують від платформи, очищують від підтримувальних елементів і зайвого полімеру.
Переваги FDM-друку
Бюджетно. FDM — проста й поширена технологія друку. Головна її перевага — доступність і дешевизна. Необов’язково купувати готовий 3D-принтер. Багато власників такого обладнання купували запчастини окремо й збирали принтер як конструктор. Усі функційні вузли можна придбати онлайн.
Різноманіття полімерів. FDM-технологія робить доступним широкий вибір матеріалів для друку. Полімери можуть бути різних кольорів, прозорими, глянцевими або матовими, а також із гнучких або жорстких інженерних матеріалів. Можна використовувати металізований пластик або матеріал з дерев’яним наповнювачем. Для FDM-друку доступні флуоресцентні, люмінесцентні та водорозчинні полімери.
Важливо взяти до уваги, що не всі перелічені матеріали підходять для будь-якого FDM-принтера. У полімерів може різнитися температура плавлення. Під час вибору матеріалу для друку багато залежить від температури розігріву сопла принтера. Наприклад, якщо сопла екструдера можуть нагріватися лише до 150 °C, а користувач вибрав полімер з температурою плавлення 170 °C, принтер не розплавить пластик і не зможе надрукувати модель.
Недоліки FDM-друку
Точність. Головний недолік технології FDM — низька деталізація й розмірна точність, у порівнянні з іншими технологіями 3D-друку. Тому не підходить для друку виробів з дрібними деталями та складною геометрією.
Крихкість. Моделі, надруковані за допомогою FDM-технології, анізотропні. Це означає, що вироби не стійкі до механічних навантажень, а коливання температури під час друку збільшують ризик розшарування виробу.
Подальша обробка. Готова модель має видимий шов між шарами матеріалу. Надрукований виріб потребує постопрацювання. Нависні деталі неможливо надрукувати без підтримувальних елементів. Після друку їх доводиться видаляти.
Сфера застосування
FDM-друк використовують у багатьох галузях виробництва. Технологію застосовують у дрібносерійному виробництві, а також для виготовлення прототипів і функційних виробів. На FDM-принтерах створюють архітектурні макети, анатомічні моделі, сувенірну продукцію та деталі для автотюнінгу.
Якість таких виробів поступається моделям, що надруковані за допомогою промислових технологій. Високої точності та якості можна домогтися, якщо використовувати сучасну технологію порошкового друку, наприклад MJF. Далі ми розповімо про неї докладніше.
Технологія MJF
MJF, або Multi Jet Fusion, — це порошкова технологія 3D-друку. Як основу виробу використовують спеціальний поліамід. Щоб надрукувати модель, матеріал наносять на робочу поверхню, змішують зі сполучною речовиною і спікають його інфрачервоним світлом. Потім наносять новий шар поліаміду й повторюють процес. Розповімо про технологію MJF на прикладі роботи 3D-принтера HP Jet Fusion 5210.
Підготування. Розроблення комп’ютерної моделі виробу таке саме, як і для FDM-технології. Після того як модель буде готова й завантажена в ПЗ принтера, починається підготування й налаштування обладнання. Перш ніж почати роботу, в пересувний бокс принтера завантажують порошок для друку (поліамід PA 12). Бокс приєднують до принтера й активують друк.
Друк. Основний процес відбувається в робочій камері принтера розміром 380 × 284 × 380 мм. Тут пересувна каретка наносить на платформу перший шар поліаміду. За заданою комп’ютерною моделлю, на порошок наносять сполучний агент, після чого над робочою поверхнею проїжджає інфрачервона лампа. Порошок і агент спікаються. Потім наносять наступний шар поліаміду й повторюють процес.
Охолодження. Камеру з порошком і надрукованими виробами витягують з принтера й охолоджують. Щоб вироби зберегли експлуатаційні властивості, їх охолоджують поступово: процес займає від 4 до 12 годин. У цей час принтер уже друкує наступну партію. Така технологія дає змогу налаштувати безперервне виробництво й друкувати вироби у великих обсягах.
Очищення. Коли виріб охолов, його витягують з порошку й очищують у камері піскоструминного опрацювання. Виріб готовий. Якщо є потреба, його можна пофарбувати.
Переваги технології MJF
Деталізація. Технологія MJF дає змогу домогтися високої деталізації готових виробів. Моделі друкують з роздільною здатністю 1200 DPI. Мінімальна товщина одного шару зіставна з товщиною людської волосини — 80 мікронів. Завдяки цьому вироби можна друкувати з високою повторюваністю незалежно від тиражу.
Міцний і стійкий до навантажень матеріал. Поліамід PA 12 — термопластик високої щільності. Завдяки цьому вироби виходять міцними, стійкими до вологи й високих температур. Наприклад, ABS-полімер плавиться за 105 °C, а РА 12 — за 187 °C. Матеріал стійкий до хімічного впливу мастильних речовин, а також до вуглеводнів і лужних середовищ. Зберігає характеристики під ультрафіолетовим випромінюванням.
Швидкість друку. Під час друку нагрівальна лампа охоплює всю площину шару за один хід. Всі деталі друкуються одночасно. Завдяки цьому забезпечено максимальну швидкість друку виробів. Наприклад, використовуючи технологію FDM, за три години можна надрукувати 36 однакових шестерень. За цей самий час HP MJF надрукує 1000 таких деталей.
Економія. Використання технології MJF дає змогу друкувати геометрично складні моделі без використання підтримувальних елементів. Це економить матеріал друку, що зменшує вартість замовлення. Поліамід, що залишився після друку, можна використовувати повторно.
Недоліки технології MJF
Поверхня. Деталі, надруковані з використанням MJF-технології, мають шорстку поверхню. Щоб її згладити, виріб передають на постопрацювання.
Вартість обладнання. 3D-принтери MJF — дороге промислове обладнання. Ціна пристроїв сягає сотень тисяч доларів. Використовують і обслуговують пристрої люди, що пройшли спеціальне навчання. Підготувати фахівців може тільки постачальник обладнання (компанія Hewlett-Packard).
Сфера застосування технології
Технологію MJF використовують у тих самих галузях, що й технологію FDM. Продукцію застосовують у легкій промисловості, медицині, будівництві, машинобудуванні. Різниця в тому, що надруковані на MJF-принтерах вироби надійніші, а виготовляють їх у 15—20 разів швидше, ніж за допомогою FDM-друку.
Чи доступна технологія MJF
Українська компанія Infomir надає послуги 3D-друку на єдиному в Східній Європі принтері HP Jet Fusion 5210. У компанії замовляють друк прототипів, функційних деталей, макетів, протезів, анатомічних моделей і партії серійних виробів.
Щоб дізнатися вартість друку, досить завантажити 3D-модель у калькулятор. На цій же сторінці можна оформити замовлення на друк.
FDM і MJF — доступні технології 3D-друку. Це вигідна альтернатива литтю у виготовленні прототипів або дрібної серії виробів. FDM-друк незамінний, якщо треба бюджетне вирішення. Для швидкого та якісного виробництва виробів з високою деталізацією ліпше використовувати MJF-друк.
