Виды 3D-печати порошками: плавка, спекание, склеивание
В результате активного развития 3D-печати сегодня на рынке существует множество 3D-устройств, которые могут воссоздавать физические объекты по цифровым моделям разными способами и из разных типов материалов. Технологии аддитивного производства можно условно разделить на несколько видов:
- экструзионная печать (FDM, MJM);
- печать порошками (3DP, SLS, DMLS, SLM).
Рассмотрим подробнее последний вид. Существует несколько основных методов печати порошками: струйная трёхмерная печать – 3DP, технологии лазерного спекания SLS и DMLS, метод плавки SLM. В каждом случае изделие формируется разными способами.
Струйная трёхмерная печать
Этот вид аддитивного производства был разработан почти четверть века назад. Конечно же, за это время технология значительно усовершенствовалась.
Принцип: слой порошка на рабочем столе склеивается в единое целое за счёт связующего материала, наносимого печатающей головкой по контуру модели. Так слой за слоем формируется объект. Причём частицы каждого слоя соединяются не только между собой, но и с частицами предыдущего и последующего слоёв.
Расходные материалы: 3DP-принтеры могут работать с гипсом, песчаными смесями, различными пластиками, металлическими порошками.
Применение: прочность моделей, напечатанных методом склеивания, зависит от материала пропитки, однако в любом случае её недостаточно для печати функциональных прототипов механических деталей. Однако на 3DP-принтерах можно создавать сувениры, макеты, украшения и другие изделия сложной конструкции, которые не подвергаются нагрузкам. Кроме того, разные варианты данной технологии применяются в биопечати, для создания кондитерских изделий и т.д.
Технологии лазерного спекания
В отличие от предыдущего подхода лазерное спекание позволяет создавать более прочные цельнометаллические изделия. Технологию разработали ещё в 80-х годах прошлого века, однако её активное развитие и применение началось только с 2014 года – момента, когда истёк срок действия последнего патента на данный метод и он стал общедоступным.
Существует две основных разновидности технологии: SLS – селективное спекание и DMLS – прямое спекание, где используются аппараты с очень мощными лазерными излучателями.
Принцип: послойное спекание частиц порошка осуществляется с помощью углекислотных лазеров разной мощности. При SLS-методе в порошках используются специальные добавки, DMLS позволяет спекать металлические частицы без добавок. В процессе печати лазеры вырисовывают на слое расходного материала контуры модели, как только «сканирование» завершается, рабочая платформа опускается и на неё наносится следующий слой порошка.
Расходные материалы: метод позволяет работать с различными полимерами, широким спектром металлов и сплавов, а также с композитными материалами и песчаными смесями.
Применение: в самом начале технология использовалась для прототипирования, так как позволяла быстро произвести сложнейшие детали с высокими показателями прочности и надёжности. Теперь же SLS и DMLS применяют для мелкосерийного производства готовой продукции. Нередко с помощью подобных 3D-принтеров создаются произведения искусства и ювелирные изделия.
Выборочная лазерная плавка
Данный метод появился лишь в начале этого столетия, и его часто называют разновидностью лазерного спекания. Однако это не совсем корректно, так как расходный материал не спекается, а полностью сплавляется, за счёт чего образуется однородный и очень прочный объект. Именно SLM-технология даёт возможность создавать конструкционные детали для двигателей и ракет, так как они могут выдерживать значительные нагрузки.
Принцип: на поверхность (обычно металлическую) наносится слой порошка, рабочая камера заполняется специальными инертными газами, после чего включается мощный лазер, который сплавляет частицы расходного материала по контуру модели. Далее стол опускается и наносится следующий слой. Интересно, что луч направляется по осям с помощью зеркал.
Расходные материалы: чаще всего сплавляются металлы и всевозможные сплавы
Применение: SLM-технология позволяет делать цельнометаллические гомогенные объекты с наличием тонких перегородок, полостей и других сложных конструкционных элементов. Этот метод используется для создания деталей, которые невозможно сделать другими способами. Причём качество изделий настолько высокое, что не требует постобработки. Именно поэтому SLM-принтеры стали неотъемлемым инструментом представителей аэрокосмической и автомобильной отраслей, широко используются в медицине и промышленности.
Одно из главных преимуществ вышеперечисленных способов печати – они не требуют создания опорных структур и при этом позволяют создавать качественные изделия самой разной формы с высоким разрешением. Кроме того, данные технологии позволяют экономить материал – порошок, не использованный при печати в первый раз, можно использовать повторно. Среди недостатков можно отметить довольно высокую стоимость качественных установок для печати.
