Исчерпывающее руководство по материалам для 3D-печати: Пластмассы, металлы, смолы и многое другое

Откройте для себя широкий спектр материалов для 3D-печати, включая пластики, металлы, смолы и композиты. Узнайте об их свойствах, применении и лучших технологиях печати для каждого материала. Изучите процессы FDM, SLA и SLS, а также найдите советы по выбору и хранению материалов для успешной печати. 3D-печать в прототипировании.

Изучение широкого спектра материалов, используемых в 3D-печати

3D-печать - это передовой инструмент производства, который внес радикальные изменения как в проектирование, так и в производство изделий. Благодаря своей способности "печатать", 3D-печать позволяет дизайнерам и инженерам быстро создавать сложные изделия. Фундаментально определяющей характеристикой этой высоко адаптируемой системы являются материалы, с помощью которых принтеры слой за слоем преобразуют файлы в осязаемые элементы.

Стремясь сделать это руководство как можно более полным, в нем будут представлены варианты, доступные в различных классах материалов для 3D-печати, таких как пластики, металлы, смолы, порошки и композиты. Каждая категория включает в себя различные типы материалов для использования в технике 3D-печати, подходящей для разных процессов. Понимание таких свойств, как прочность, гибкость, теплостойкость и итоговые характеристики напечатанных деталей, очень важно для выбора правильного материала.

Ключевые аспекты, такие как форматы нитей, роль 3D-печати Будут рассмотрены техники и свойства материалов. Со временем будет сделан более точный выбор распространенных пластиковых нитей, металлических порошков и типов смол. В целом, идея состоит в том, чтобы предложить читателям ясное и полное введение в широкий спектр материалов для 3D-печати.

Материалы для 3D-печати

3D-печать охватывает широкий спектр типов материалов, каждый из которых подходит для создания объектов с уникальными характеристиками. Выбор материала определяет возможности и производительность напечатанных деталей.

Пластиковые материалы

Термопластики, такие как ABS, PLA, нейлон и TPU, доминируют среди материалов для настольной 3D-печати благодаря простоте их экструзии. Возможность формования при нагревании позволяет изменять форму и использовать их повторно.

ABS обладает высокой термо- и ударопрочностью, а PLA - биоразлагаемостью. Нейлон сочетает в себе прочность и гибкость. ТПУ и другие эластомеры придают эластичность. Постоянная разработка новых рецептур пластмасс непрерывно расширяет возможности их применения.

Металлические материалы

Различные процессы, такие как селективное лазерное спекание, селективное лазерное плавление и прямое лазерное спекание металлов, избирательно сплавляют частицы металлического порошка и наносят их слой за слоем. Ранее таких геометрических форм было трудно достичь, но с помощью высокопрочных металлов их можно "напечатать".

Среди популярных металлических материалов - нержавеющая сталь и титановые сплавы, которые ценятся за такие характеристики, как биосовместимость, устойчивость к коррозии и высокие температуры плавления, подходящие для сложных применений. Однако металлические материалы для 3D-печати остаются относительно дорогими и специализированными.

Смоляные материалы

Смолы создают микроскопические детали благодаря отверждению под контролируемым светом. Они позволяют создавать приложения, требующие оптической четкости, гибкости и гладких поверхностей, с помощью таких процессов, как стереолитография (SLA).

Материалы имитируют пластики, силиконы и резины, обеспечивая точную подгонку. Разновидности отвечают требованиям к прочности, прозрачности, биосовместимости и высокой термостойкости.

Композитные материалы

Перспективные композитные нити содержат измельченные волокна для усиления прочности базовых матриц. Они придают желаемые свойства, выходящие за пределы возможностей отдельного материала, включая теплопроводность, прочность на разрыв и жесткость. Однако композиты также повышают стоимость.

Другие материалы

Помимо пластмасс, металлов и композитов, к новым материалам относятся натуральное дерево, песчаник, глина и восковые нити, добавляющие эстетическое и функциональное разнообразие.

Типы 3D принтеров

В материалах для 3D-печати используются различные технологии, которые определяют совместимость с различными материалами. Основные процессы включают в себя моделирование методом плавленного осаждения (FDM), селективное лазерное спекание (SLS), стереолитографию (SLA) и другие.

Моделирование методом наплавленного осаждения (FFF/FDM)

Являясь одним из наиболее известных и доступных методов, принтеры FFF/FDM наносят термопластичные нити через нагретое сопло. Материалы, поставляемые в катушках, упрощают загрузку, а огромный выбор материалов делает его доступным.

Однако более низкое разрешение и точность ограничивают сложные конструкции или замысловатые элементы. Но промышленная технология FFF решает проблемы с растворимыми опорами и композитами, хотя и обходится значительно дороже.

FFF подходит для обычных типов, моделей и базовых деталей; более крупные принтеры производят функциональные компоненты. ABS, PLA, нейлон и гибкие нити подходят для экструзии.

Стереолитография (SLA)

Преобладающая техника, использующая светореактивные смолы, SLA Лазерное отверждение слоев в изотропные детали. Он обеспечивает высочайшее разрешение и качество поверхности, что очень важно для хирургических справочников, стоматологических моделей, сложных прототипов и ювелирных изделий.

SLA предлагает широчайший спектр материалов, от стандартных до способных к литью, гибких, высокотемпературных и стоматологических смол. Смолы позволяют создавать сложные геометрические формы и выступы с небольшими опорами.

Селективное лазерное спекание (SLS)

Путем сплавления нейлоновых или композитных порошков с помощью мощных лазеров, SLS производит структурно прочные детали, напоминающие литые под давлением. Сложные геометрические формы печатаются без опор, что сокращает количество отходов.

Термопластики, такие как нейлон и полиамид, обладают прочностью, отвечающей производственным потребностям. SLS для металлов, стекла и сплавов расширяет функциональные возможности прототипирования и производства.

Другие техники

Сплавление в порошковом слое, струйное нанесение связующего, струйное нанесение материала и направленное осаждение энергии используют альтернативные подходы на основе порошка. PolyJet струйно отверждает несколько смол. Ламинированные материалы LOT и LOM. Новые технологии расширяют свободу дизайна.

Дизайн для 3D-печати

Процесс проектирования - важнейшее условие для создания материалов для 3D-печати. Несколько факторов, относящихся как к программному обеспечению, так и к дизайну деталей, влияют на процесс печати и конечные результаты

Программное обеспечение для 3D-моделирования

Свободно распространяемое или коммерческое программное обеспечение САПР позволяет выполнять 3D-моделирование. Начинающие могут использовать простой интерфейс Tinker Cad, а опытные дизайнеры - мощные инструменты Fusion 360, SolidWorks или Blender. Файлы STL сохраняют поверхности для интерпретации на 3D-принтере.

Факторы успешной 3D-печати

Ориентация дизайна, масштабирование и подготовка модели оптимизируют материалы для 3D-печати. Толщина стенок, направление экструзии материала и необходимые опоры определяют успех. Тестовые конструкции моделируют нагрузки, чтобы выявить риски отказа до того, как руководство по 3D-печати.

Оптимальный масштаб

Реальные размеры перегружают принтеры. Увеличивайте/уменьшайте масштаб пропорционально, сохраняя размеры. Большие детали могут потребовать сегментации на печатаемые части. Негабаритные модели могут привести к заклиниванию экструдера или отслаиванию в процессе печати.

Ориентация на детали

С вертикально стоящими конструкциями возникает меньше проблем, чем с горизонтальными плоскими отпечатками. Горизонтальные детали требуют большего количества опор, поднимающих нависающие участки. Поворот на небольшие углы может облегчить преодоление проблемных зон.

Вспомогательные структуры

Выступы и тонкие участки стен ослабевают без временных опор, соединяющих каждый слой. Опоры крепятся к платформе для сборки или печати. Водорастворимые материалы легко отделяются при SLS, в то время как отделяемые нити плотно прилипают.

Сложность модели

Сложные внутренние полости или слишком тонкие стенки создают проблемы с материалами для 3D-печати. Упростите модели, где это возможно, удалив ненужные детали. При необходимости используйте стратегически расположенные временные стенки для повышения прочности.

Лучшее преобразование типов файлов

В файлах типа STL геометрия представлена в виде треугольников, а программное обеспечение для нарезки интерпретирует ее. Перед выполнением ремонта убедитесь в валидности STL. Другие форматы могут иметь преимущества для конкретных приложений.

Советы для начинающих

Калибровочные и тестовые оттиски

Начинающие пользователи должны откалибровать аппарат для оптимальной работы. Выравнивание слоя, калибровка температуры и втягивание обеспечивают аккуратные слои. Пробные отпечатки подтверждают согласованность настроек, обеспечивая раннюю обратную связь по проблемам перед сложными отпечатками.

Выбор и хранение нитей

Рассмотрите такие свойства, как материал, прочность, внешний вид, стоимость и совместимость с материалами для 3D-печати. Оцените PLA, ABS, нейлон и т.д. Храните нити во избежание деформации и поломки в сухих, прохладных местах, защищенных от света и воздуха. Датчики влажности защищают гигроскопичные нити.

Общие проблемы и решения

Проверьте скручивание, расслоение, усадку или точность. Оцените температуру, втягивание, охлаждение деталей и прилипание к основанию, например, бортиков/крафтов. Гигроскопия проверяет сухость материала. Убедитесь в правильном прилипании и удалении подставки. Обновления встроенного ПО оптимизируют функции. Итерации калибровки постоянно улучшают результаты.

Сообщество 3D-печати

Обсуждения с коллегами помогают новичкам преодолеть препятствия с помощью дискуссионных досок и социальных сетей. Создатели обогащают сферу благодаря постоянным инновациям, поиску и устранению неисправностей и учебным пособиям. Бесплатные и премиальные обучающие ресурсы расширяют навыки. Щедрые эксперты свободно делятся опытом, создавая базу для совместной работы над усовершенствованием дизайна.

Применение 3D-печати

Быстрое прототипирование

3D-печать материалов ускоряет циклы разработки продуктов за счет быстрой итерации. Дизайнеры создают полностью функциональные прототипы за считанные часы, а не прибегают к услугам сторонних организаций, которые неделями занимаются механической обработкой. Инженеры проверяют форму, посадку и функциональность с помощью реальных испытаний напечатанных деталей.

Образование

3D-принтеры расширяют возможности практического обучения STEAM. С помощью 3D-печатных материалов учащиеся создают интерактивные модели для визуализации абстрактных идей. Они создают персонализированные модели для улучшения понимания. Анатомические 3D-отпечатки улучшают изучение биологии и медицины.

Здравоохранение

От протезов до хирургических направляющих - материалы для 3D-печати оптимизируют здравоохранение. Индивидуально подобранные протезы повышают мобильность пациента, используя биосовместимые материалы. Индивидуальные имплантаты сокращают сроки восстановления благодаря минимально инвазивным процедурам. Анатомические модели ускоряют проведение сложных операций.

Промышленное производство

Создание прототипа происходит быстрее, что позволяет быстро оценить его. Сложные внутренние функции позволяют создавать новые конструкции. Массовая персонализация ориентирована на различные рынки. Детали становятся прочнее благодаря оптимизации топологии. Распределенное производство делает возможным удаленное производство благодаря материалам для 3D-печати по требованию.

Потребительские товары

Разработчики продуктов создают индивидуальные "умные" устройства с помощью материалов для 3D-печати. Быстрое создание прототипов тестирует новые конструкции. Распределенное производство обеспечивает нишевые рынки, ранее недоступные для обычного массового производства.

Заключение

Эта технология проектирования и изготовления изделий привела к появлению цифрового производства с помощью 3D-печати. Технология еще не до конца развита, и функциональность системы растет высокими темпами. На рынке появляются новые и усовершенствованные версии 3D-принтеров, которые предлагают функции промышленного качества как для профессионалов, так и для любителей.

С развитием технологии начинают появляться новые виды материалов, которые предоставляют различные возможности. Полимеры с высокими эксплуатационными характеристиками, композиты с податливыми материалами и особые смолы - вот основные категории, которые передовые материалы для 3D-печати поднимают на новую высоту. При этом даже самые чувствительные продукты, такие как продукты питания, не остаются в стороне от экспериментов.

Идеи распределенного производства указывают на то, что каналы поставок будут распределены по всему миру. Сейчас программные продукты можно скачать практически повсеместно, и, возможно, в один прекрасный день физические продукты будут так же легко доступны. Массовая кастомизация может означать, что продукт, изготавливаемый на заказ, будь то автомобиль, платье или костюм, будет абсолютно соответствовать точным требованиям клиента.

В целом, 3D-печать материалов - это одна из революционных и инновационных технологий, которая дает возможности каждому. При этом она превращает байты в твердые тела, тем самым давая людям возможность производить. Таким образом, эта прогрессивная технология станет еще более мощной благодаря усовершенствованным инструментам и материалам, которые доступны в современном мире. Возможности, которые открывает 3D-печать, просто немыслимы.

Вопросы и ответы

Какой самый прочный материал для 3D-печати?

Прочность зависит от разных факторов, однако специальные инженерные нити, такие как ABS), нейлон и PEEK, являются одними из самых прочных.

Можно ли печатать металлы в 3D?

Да, используя усовершенствованные методы порошкового слоя, включающие DMLS и SLM, при которых лазер сплавляет маленькие металлические порошки в необходимые замысловатые детали. Что касается обычных металлов, то это нержавеющая сталь и титан.

Какую нить для 3D-печати лучше всего использовать?

Некоторые факторы, на которые следует обратить внимание при выборе материала, включают в себя те, о которых говорилось выше, такие как гибкость, прочность, термостойкость, а также потребности, которые Вы будете испытывать при реализации проекта, совместимость материала с принтером, который Вы собираетесь использовать для реализации проекта. Оцените такие популярные варианты, как PLA, акрилонитрил-бутадиен-стирол, чаще называемый ABS, полиэтилентерефталат или более распространенное сокращение PETG, а также другие.

Что лучше - смола или нить?

У каждого из них есть свои плюсы: смола обеспечивает невероятную детализацию и качество поверхности, а филамент предлагает больше вариантов материалов по более низким ценам. При выборе учитывайте свои потребности, бюджет и принтер.

Что лучше для миниатюр - смола или филамент?

Миниатюры из смолы отличаются непревзойденной детализацией, но требуют очистки. Некоторые филаменты позволяют добиться великолепной детализации при меньших затратах и без постобработки.

Как правильно хранить нить?

Для длительного хранения защитите нить от влаги, света и перепадов температуры, используя герметичный контейнер с влагопоглощающими пакетами внутри. Правильное хранение предотвращает деформацию и поломку.