Аддитивное производство объединяет процессы, в которых деталь возникает из последовательно наносимых объёмов материала. Каждый метод опирается на свою физику: расплав, свет, тепло или связующее. Технологии 3D-печати различаются доступными материалами, достижимыми допусками и поведением готового изделия под нагрузкой. Кроме того, наш Блог о 3D печати подробно разбирает эти технологии и материалы.

Как устроены основные методы 3D-печати

Экструзия термопласта: расплав, слои, поддержки

Филамент диаметром 1.75 или 2.85 мм подаётся в нагревательный блок и выдавливается через сопло 0.2–0.8 мм. Расплав приваривается к предыдущему слою за счёт остаточного тепла, поэтому адгезия зависит от температуры сопла и стола, скорости движения и обдува. Нависающие участки удерживают поддержки: отрывные из того же полимера или растворимые, например на основе PVA. Внутренний объём заполняется решёткой, которая придаёт жёсткость при меньшем расходе материала.

Фотополимеризация: лазер, проектор и LCD-экран

В ванне с жидкой смолой отверждается только облучённый участок. Лазерные установки работают на длине волны 355 нм и прорисовывают контур точкой; DLP-проектор и LCD-маска экспонируют слой целиком на 385–405 нм. Толщина слоя составляет 25–100 мкм, платформа погружается на эту величину перед следующим циклом. Готовую деталь промывают и досвечивают: постотверждение поднимает твёрдость, но добавляет хрупкости.

Порошковые методы: спекание и плавление

Спекание полимерного порошка в постели

Лазер с длиной волны 10.6 мкм разогревает частицы полиамида размером 20–60 мкм до спекания. Постель поддерживают при 160–180 °C, поэтому деталь не коробится, а необработанный порошок служит опорой и позволяет печатать подвижные соединения. Поверхность остаётся зернистой, остывание ведут медленно, чтобы усадка шла равномерно.

Лазерное плавление металла и электронно-лучевые установки

SLM расплавляет порошок лучом 1064 нм в камере с аргоном или азотом, содержание кислорода держат ниже 0.1 %, слой составляет 20–50 мкм. EBM работает в вакууме и подогревает платформу до 700–1100 °C, что снижает остаточные напряжения, а слой достигает 50–100 мкм. В обоих случаях деталь проходит термообработку и отделяется от платформы. Струйное связующее действует иначе: жидкий состав скрепляет порошок без плавления, после чего заготовку пропитывают или спекают.

Материалы и их поведение при печати

Термопласты, фотополимеры, металлы, керамика

Метод Материалы Ограничения
Экструзия PLA, PETG, ABS, PA, PC, составы со стекловолокном прочность поперёк слоёв, следы поддержек
Фотополимеризация акрилатные и эпоксидные смолы хрупкость, чувствительность к ультрафиолету
Спекание порошка полиамид, TPU, стеклонаполненные порошки зернистая поверхность, пористость
Плавление металла титановые, никелевые, кобальт-хромовые сплавы остаточные напряжения, термообработка, гранулометрия
Керамика через связующее оксид алюминия, цирконий усадка при спекании, многоэтапность

Усадка, гигроскопичность и анизотропия свойств

Полимеры уменьшаются в объёме при остывании: у ABS усадка доходит до 0.8 %. Полиамид усаживается меньше, но поглощает влагу до 2–3 % массы, поэтому филамент сушат перед печатью — иначе в расплаве вскипает вода и в стенках остаются пустоты. Слоистая структура даёт анизотропию: вдоль укладки прочность выше, чем поперёк, где связь держится на спекании соседних слоёв.

Подготовка модели и параметры процесса

Цифровая модель, форматы и ориентация детали

  • STL хранит только триангулированную поверхность, STEP — точную геометрию с допусками;
  • ориентация на платформе задаёт направление слоёв и расположение поддержек;
  • компенсация усадки увеличивает модель на расчётный процент;
  • стенки тоньше двух диаметров сопла печатаются нестабильно.

Слайсинг: высота слоя, заполнение, поддержки, температуры

  1. высота слоя 0.1–0.3 мм: меньше слой — выше детализация и дольше печать;
  2. степень заполнения 15–25 % для макетов и 60–100 % для нагруженных деталей;
  3. порог генерации поддержек и зазор между ними и поверхностью;
  4. температура сопла, стола и интенсивность обдува для конкретного полимера;
  5. ретракт и скорость подачи, от которых зависит нитеобразование.

Постобработка и контроль качества

Удаление поддержек, шлифовка, отжиг, пропитка

Поддержки снимают бокорезами и скальпелем, следы зашлифовывают. Отжиг при температуре на 10–20 °C ниже точки размягчения снимает внутренние напряжения и повышает теплостойкость, но может усилить усадку. Пропитка эпоксидным составом закрывает поры и делает стенки герметичными. Фотополимерные изделия досвечивают в ультрафиолетовой камере.

Дефекты: коробление, расслоение, недоэкструзия

Коробление вызывается неравномерной усадкой; помогают закрытая камера, подогрев стола и адгезионный состав. Расслоение указывает на низкую температуру или слишком быстрое охлаждение. Недоэкструзия связана с засором сопла, неверным шагом подачи или влажным материалом.

Ограничения, безопасность и выбор метода под задачу

Габариты, точность и прочность поперёк слоёв

Размер детали ограничен рабочим объёмом камеры: настольные машины дают 200–300 мм по осям, промышленные — свыше метра. Точность зависит от шага механики и обычно лежит в пределах ±0.1–0.3 мм. Прочность поперёк слоёв у экструзионной печати может быть в 1.5–2 раза ниже, чем вдоль, поэтому нагруженные детали располагают так, чтобы нагрузка шла по слоям.

Вентиляция, пыль и обращение с материалами

  • ABS, PC и смолы выделяют летучие вещества, поэтому рабочее место оборудуют вытяжкой;
  • порошки металлов и полимеров пожароопасны: работают в перчатках и респираторе, не допуская пыления;
  • остатки смолы и растворители утилизируют как химические отходы;
  • нагревательные элементы требуют контроля температуры и защиты от случайного доступа.

Оставить комментарий