Руководство по всему, что Вы должны знать о 3D-печати

 Эта статья послужит справочным руководством для начинающих специалистов по аддитивному производству, которые хотят освоить 3D-печать. Поймите основы настольных 3D-принтеров, основные различия между двумя формами, FDM и SLA-принтерами, программное обеспечение для проектирования и его функции, процесс калибровки, некоторые распространенные проблемы в процессе 3D-печати, успешные результаты и использование в различных областях, включая здравоохранение, автомобильную промышленность, образование и многое другое. Изучите принципы 3D-печати, чтобы стать участником этой многообещающей индустрии.

Руководство для начинающих по 3D-печати: Вот все, что Вы должны знать

Эта технология принесла пользу многим областям, поскольку 3D-печать - это уникальный инструмент, который можно использовать для эффективного производства объектов. Благодаря литью под давлением и другим процессам аддитивного производства, таким как FDM, SLS, SLA, она произвела революцию в дизайне продуктов и разработке прототипов. Особенно ярко это проявилось в таких областях, как создание прототипов, образование, медицина и других, что свидетельствует о его универсальности.

Чтобы сделать руководство исчерпывающим для новичка в мире 3D-печатьВ этом руководстве мы постараемся описать все необходимые факторы и условия, которые нужно учесть в самом начале. Речь пойдет об основах 3D-печати, типах принтеров, таких как FDM, SLS и SLA, о том, что нужно учитывать при проектировании, если Вы новичок в области 3D-печати, и о некоторых вещах, с которыми Вы, скорее всего, столкнетесь. Кроме того, будут рассмотрены возможности использования 3D-принтеров в автомобильной, аэрокосмической и других областях. В конце этого руководства читатели получат фундаментальные знания, чтобы начать свое путешествие по 3D-печати.

Основы 3D-печати

Что такое 3D-печать?

3D-печать обычно идентифицируется как формование из стека или аддитивное производство; это способ создания трехмерных объектов из материальных или цифровых архивов. Вместо субтрактивного производства, которое удаляет материал и является более традиционным, относительно 3D-печати накладываются слои материала в соответствии с заданным 3D-чертежом.

История 3D-печати

3D-печать берет свое начало в 1980-х годах, когда Чак Халл разработал первый коммерческий подход к созданию объекта, известный как стереолитография. Другие методы были разработаны в 1990-х годах; они включали в себя моделирование методом наплавленного осаждения и селективное лазерное спекание. Хотя технология 3D-печати привлекла к себе внимание в 2000-х годах, в 2010-х на нее начали распространяться патенты, что привело к уменьшению Затраты на 3D-принтер.

Каковы способы работы 3D-печати?

Для 3D-печати требуется 3D-модель, которая перед обработкой нарезается на тонкие слои с помощью программного обеспечения для 3D-печати. Далее принтер синтезирует эту структуру, манипулируя и затвердевая эти последовательные слои из заданного материала, используя различные формы аддитивного производства. Они накладываются слоями, например, путем экструзии нагретого термопластичного материала (Fused Deposition Modeling/FDM), отверждения жидкой фотополимерной смолы ультрафиолетовыми лазерами (Stereo-lithography/SLA) или сплавления частиц, которые могут быть пластиком, металлом или любой другой композицией, с помощью такого источника энергии, как лазер (Selective Laser Sintering/SLS или Selective Laser Melting/SLM).

Типы 3D-принтеров

Моделирование методом наплавленного осаждения (FDM)

FDM - самый распространенный и недорогой 3D-принтер на рынке среди всех доступных вариантов. На сайте FDMПереработанные полимеры, такие как PLA, ABS, HIPS и т.д., в виде нитей вводятся в принтер из нагретой экструзионной иглы. После этого принтер очень аккуратно перемещает сопло с помощью G-кода, выдавливая тонкие слои расплавленного пластика, чтобы послойно собрать объект из основы.

Селективное лазерное спекание (SLS)

SLS работает по механизму порошкового слоя, как и другие технологии AM; при этом мощный лазер выборочно расплавляет определенные участки порошкового материала - нейлона, металлов, песка или даже клеток - в единую твердую форму относительно объекта 3D-печати. Многогранные конфигурации, имеющие определенные секции, перемещающиеся внутри, могут быть разработаны довольно просто. Принтеры SLS Как правило, они дороже других, но способны быстрее создавать функциональные, полнофункциональные прототипы и детали конечного продукта.

Стереолитография (SLA)

SLA затвердевает жидкую фотополимерную смолу в твердые детали по цифровой модели слой за слоем с помощью УФ-лазера. Она создает точные прототипы с гладкой поверхностью, подходящие для применения в работе с мелкими сложными деталями, такими как ювелирные изделия, стоматологические модели и т.д. SLA Литье смолы позволяет получить прототипы, готовые к формовке и производству.

Другие типы принтеров

Другие распространенные методы 3D-печати включают цифровую обработку света (DLP), сплавление порошкового слоя, электронно-лучевое плавление (EBM), полиструйную печать и т.д. DLP имеет цифровую проекцию, но отверждает все слои вместе, в то время как EBM полностью расплавляет металлический порошок. Струйная 3D-печать наносит капли различных материалов для создания моделей. Расширение выбора материалов, таких как карбон, стекло и т.д., позволяет находить уникальные применения в различных отраслях.

Дизайн для 3D-печати

Программное обеспечение для 3D-моделирования

Программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAD) необходимо для моделирования объектов, предназначенных для 3D-печати. Популярными бесплатными программами являются TinkerCAD, Autodesk Fusion 360 и Blender. Коммерческие пакеты включают SolidWorks, AutoCAD и Inventor. Программы CAD позволяют генерировать цифровые прототипы и визуализировать дизайн.

Факторы успешной 3D-печати

Определенные факторы обеспечивают успешную распечатку. Важен правильный размер объекта с учетом таких особенностей материаловедения, как прочность, гибкость и термостойкость полимеров, металлов, керамики, композитов и т.д. Правильная толщина стенок, плотность, обработка поверхности, детализация и управление свесами во избежание неудач имеют решающее значение.

Распространенные типы файлов

Наиболее широко используемым типом файлов для 3D-печати является STL (Standard Tessellation Language), поскольку он определяет только геометрию поверхности. STL необходимо нарезать для ориентации отдельных слоев, распознаваемой G-кодом. Slic3r и CURA - примеры программ для нарезки, которые ориентируют отпечатки, добавляют опоры, где это необходимо, и оптимизируют высоту слоев для достижения наилучших результатов. Другие форматы включают OBJ, 3MF, AMF и т.д. Правильное масштабирование модели, ориентация и настройки срезов важны для оптимизации процесса.

Программное обеспечение для моделирования, программы для нарезки, а также понимание факторов создания моделей, которые хорошо печатаются, помогают использовать весь потенциал доступных материалов для творчества, а также для функционального применения в различных отраслях, упомянутых ранее. С развитием концепций персонального и распределенного производства спрос на удобные инструменты для 3D-печати неуклонно растет с течением времени.

Советы для начинающих

Калибровочные и тестовые оттиски

Калибровка важна для стабильной печати. Выровняйте монтажную пластину, чтобы обеспечить правильную адгезию первого слоя. Откалибруйте шаги экструдера, чтобы обеспечить точное нанесение материала. Выполните тестовые отпечатки с базовыми моделями для 3D-печати, чтобы проверить настройки машины перед сложными отпечатками.

Выбор и хранение нитей

Выбирайте нити, подходящие для Вашего принтера и предполагаемого применения. PLA экологически безопасен, но ABS прочнее. Храните филаменты в контейнерах без влаги, поскольку влажность окружающей среды со временем разъедает пластик. Влага вызывает сбои в процессе печати, требуя замены.

Общие проблемы и решения

Деформация происходит из-за быстрого охлаждения, плохой адгезии или интенсивных циклов нагрева. Добавьте подогреваемую подставку, бортики/краны или корпус. Низкая точность размеров может быть вызвана непостоянством температуры, изменением скорости или неправильной нарезкой моделей. Втягивание и вытягивание предотвращают появление пузырей. Выступы требуют печатных лесов или оптимальных настроек слоя, чтобы избежать провисания. Выравнивание станины, повторная калибровка и правильные условия печати обычно решают проблемы для получения надежных результатов.

Удобные для начинающих принтеры, несколько хороших катушек с нитью, процедура калибровки, пробные отпечатки и знакомство с общими проблемами перед продвинутыми проектами превращают 3D-печать в приятный самостоятельный опыт обучения. Терпение, извлечение уроков из неудач и обращение за помощью к сообществу способствуют развитию полезного хобби на всю жизнь.

Применение 3D-печати и аспекты будущего

Быстрое прототипирование

3D-печать в прототипировании позволяет производителям создавать прототипы быстрее и с меньшими затратами по сравнению с традиционными методами. Это значительно ускоряет циклы разработки продуктов. Сложные внутренние структуры вполне достижимы.

Образование

Мейкерспейсы, совершившие революцию в преподавании STEAM, используют 3D-печать для визуализации абстрактных понятий посредством практического обучения. Студенты печатают свои собственные творения, чтобы приобрести опыт в различных дисциплинах.

Применение в медицине

В здравоохранении 3D-печатные анатомические модели помогают в предхирургическом планировании, а изготовленные на заказ протезы улучшают уход за пациентами. В будущем технологии биопечати смогут печатать живые ткани и даже целые органы, минуя ограничения, связанные с донорством.

Другие отрасли промышленности

Автомобильная, аэрокосмическая и оборонная промышленность производит специализированные компоненты, которые невозможно изготовить обычным способом. Массовая кастомизация с помощью 3D-печати по требованию отвечает предпочтениям потребителей в упомянутых ранее отраслях.

По мере развития материаловедения, включающего нанотехнологии и новые биоматериалы, возможности 3D-печати будут способствовать устойчивому развитию благодаря безотходному высокоточному производству в различных отраслях - от инфраструктуры до космической техники. Интеграция робототехники, искусственного интеллекта, блокчейна и аддитивных технологий преобразит заводские цеха по всему миру. В то время как технические вызовы Тем не менее, будущее 3D-печати, несомненно, представляется ярким.

заключение

3D-печать произвела революцию в области проектирования и производства, внедрив цифровые методы изготовления. Цель этого руководства - рассказать об основах 3D-печати, необходимых новичкам для понимания того, как они могут использовать ее потенциал. Успешная печать требует применения обсуждаемых здесь принципов - от навигации по разнообразным технологиям и материалам для 3D-принтеров до проектирования оптимизированных моделей.

При правильной калибровке машины и ознакомлении с решениями по устранению неполадок можно избежать большинства распространенных проблем. По мере развития технологии, интегрированной с другими инновациями, области применения будут продолжать расширяться. Однако суть 3D-печати останется неизменной - способность превращать абстрактные идеи в осязаемые объекты, которые могут быть применены с пользой для всего человечества. Вооружившись фундаментальными знаниями, полученными из этого руководства, Вы сможете отправиться в увлекательное путешествие, связанное с 3D-печатью.

Вопросы и ответы

Является ли 3D-печать удобной для начинающих?
Настольные 3D-принтеры становятся все более доступными и простыми в использовании для новичков. Однако настройка машины и понимание программного обеспечения для проектирования требуют определенных усилий для обучения. Но многие ресурсы в Интернете помогают упростить этот процесс.

Сколько времени занимает 3D-печать объекта?
Время печати зависит от размера объекта, материала, толщины слоя и скорости принтера. По приблизительным оценкам, печать небольших объектов может занять 1-8 часов, в то время как печать более крупных функциональных деталей может занять 1-5 дней.

Что лучше - PLA или ABS для новичка?
PLA стоит недорого и производит меньше вредных выбросов. Новичкам легче печатать на нем, чем на гибком ABS. Однако детали из ABS прочнее и выдерживают более высокие температуры. Поэтому PLA хорошо подходит для начальных учебных проектов.

Как исправить неудачную 3D-печать?
Проблемы, вызывающие неудачные отпечатки, такие как коробление или расслоение, иногда можно устранить с помощью паров ацетона или ультразвуковой очистки. Сильно поврежденные отпечатки могут быть перезапущены с опор. Наконец, калибровка может предотвратить повторяющиеся ошибки.