7 категорий аддитивного производства

Описание

Аддитивное производство (AM), обычно называемое 3D-печатью, подразумевает создание объектов слой за слоем на основе цифровой модели. Эта технология произвела революцию в промышленности, предлагая быстрое создание прототипов и индивидуальное производство для широкого спектра приложений. Процесс делится на семь основных категорий, каждая из которых обладает уникальными методами и преимуществами. К ним относятся фотополимеризация НДС, струйная обработка материалов, струйная обработка связующего, экструзия материалов, сплавление в порошковом слое, ламинирование листов и направленное осаждение энергии.

Фотополимеризация НДС

Фотополимеризация с НДС - это популярная технология 3D-печати, которая использует ультрафиолетовое излучение для полимеризации жидкой смолы, превращая ее в твердый слой за слоем. Метод основан на использовании чана с жидкой фотополимерной смолой, которая выборочно подвергается воздействию ультрафиолетового света через проектор или лазер. Процесс начинается с создания тонкого слоя смолы, который затем затвердевает под воздействием УФ-излучения, после чего платформа для сборки опускается, чтобы освободить место для следующего слоя. Этот процесс продолжается до тех пор, пока модель не будет завершена.
Эта категория обычно используется в таких отраслях, как ювелирное дело, стоматология и создание прототипов, где необходимы высокое разрешение и мелкие детали.

Струйная обработка материалов

Струйная печать материалами схожа со струйной печатью, но при этом используются материалы, которые застывают при нанесении. В этом процессе крошечные капли материала, обычно фотополимера, подаются на поверхность сборки из нескольких печатающих головок. Каждый слой материала отверждается под действием ультрафиолетового излучения, скрепляя его с предыдущим слоем.
Струйная печать материала обеспечивает высокую точность и часто используется для изготовления прототипов, пресс-форм и моделей со сложными деталями и гладкой поверхностью. Эта категория также может работать с несколькими материалами одновременно, позволяя создавать детали из нескольких материалов.

Струйное нанесение связующего

Струйное нанесение связующего - это метод порошковой 3D-печати, в котором связующее вещество используется для послойного скрепления частиц порошкового материала. Печатающая головка выборочно наносит жидкое связующее на поверхность слоя порошка. Связующее вещество заставляет частицы порошка сцепляться друг с другом, образуя твердый слой. После печати каждого слоя платформа для сборки перемещается вниз, и на слой наносится еще больше порошка.
Эта техника обычно используется с металлическими, песчаными или керамическими порошками. Благодаря способности создавать большие и сложные геометрические формы струйная печать часто используется в таких областях, как литье в песчаные формы, производство металлических деталей и архитектурных моделей.

Экструзия материалов

Экструзия материалов - один из самых известных методов 3D-печати, получивший распространение благодаря таким технологиям, как Fused Deposition Modeling (FDM). Этот метод предполагает выдавливание нити материала, например термопластика, через нагретое сопло. Материал наносится слой за слоем, при этом каждый слой по мере остывания и затвердевания соединяется с нижележащим.
Экструзия материалов широко используется в таких отраслях, как автомобилестроение, производство потребительских товаров и аэрокосмическая промышленность. Она известна простотой использования, доступностью и наличием широкого спектра материалов, включая такие пластмассы, как ABS и PLA.

Сплавление порошкового слоя

Сплавление в порошковом слое (PBF) - это метод, в котором используется лазерный или электронный луч для выборочного расплавления и сплавления частиц порошка в слое материала. Этот процесс включает в себя распределение тонкого слоя порошка по платформе сборки, а затем использование лазера или электронного луча для сплавления порошка в определенных местах на основе цифрового дизайна.
PBF чаще всего используется с металлическими порошками, такими как нержавеющая сталь, титан или алюминий, и идеально подходит для создания очень сложных и функциональных деталей. Этот метод особенно полезен в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, производство медицинского оборудования и инструментов, благодаря таким свойствам материала, как прочность и долговечность.

Дополнительное чтение: Аддитивное производство (AM) и порошковое наплавление (PBD)

Ламинирование листов

Ламинирование листов - это технология 3D-печати, при которой тонкие листы материала, например бумаги или металла, ламинируются вместе и вырезаются по форме каждого слоя. Листы скрепляются с помощью клея или тепла, а процесс резки обычно включает лазерные или механические средства для определения формы каждого слоя.
Эта категория известна своей экономичностью и скоростью, особенно при работе с бумагой или композитными материалами. Листовое ламинирование обычно используется для изготовления моделей и прототипов, а также для некоторых аэрокосмических и автомобильных применений.

Направленное осаждение энергии

Направленное энергетическое осаждение (DED) - это технология аддитивного производства, при которой сфокусированная тепловая энергия, например, от лазера или электронного луча, используется для расплавления исходного материала (обычно в виде порошка или проволоки) при его нанесении на поверхность. Материал застывает при охлаждении, создавая объект слой за слоем.
DED часто используется для ремонта и обслуживания металлических деталей, а также для создания крупных сложных деталей в таких отраслях, как аэрокосмическая, оборонная и инструментальная. Гибкость, позволяющая работать с различными металлическими сплавами, делает ее идеальной для применения в тех случаях, когда характеристики материала имеют решающее значение.

Таблица: Сравнение семи категорий аддитивного производства

Более подробную информацию о применении и сопутствующих продуктах можно найти в Stanford Advanced Materials (SAM).

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между фотополимеризацией НДС и струйной обработкой материалов?
При фотополимеризации НДС для отверждения жидкой смолы используется источник ультрафиолетового света, в то время как при струйной обработке материалов капли фотополимерного материала распыляются, отверждаясь под действием ультрафиолетового света.

Можно ли использовать экструзию материалов для работы с металлом?
Экструзия материалов в основном используется с термопластичными материалами, но в специализированных системах может работать и с металлическими композитами.

Почему струйное нанесение связующего подходит для металлических деталей?
Струйная обработка связующего позволяет создавать сложные металлические детали с использованием металлических порошков, которые можно спекать для повышения прочности, что делает ее идеальной для производства металлов.

Почему технология порошкового наплавления популярна в аэрокосмической отрасли?
Сплавление порошкового слоя позволяет создавать сложные металлические детали с высокой прочностью, идеально подходящие для жестких требований аэрокосмической отрасли.

В чем преимущество направленного осаждения энергии при ремонте металла?
Направленное осаждение энергии позволяет локализовать ремонт металлических деталей путем точного расплавления и добавления материала, что делает его эффективным для ремонта в аэрокосмической и других высокопроизводительных отраслях промышленности.