3D-печатью является создание любых материальных трехмерных объектов на основе цифровой модели. Печать производится в несколько этапов, а точнее последовательное наложение по слоям. Это позволяет исключить различные способы механической обработки изделия, например, ручное удаление лишнего материала.
Построение модели осуществляется с помощью специального 3D-принтера, работающего по одной из технологий в зависимости от требований к детализации, материалу и области применения. Основа послойного нанесения материала при печати появилась в 80-х годах, но широкое распространение получила лишь в 2010 году. По мере снижения стоимости и совершенствования производства обороты 3D-печати заметно выросли. При этом сам процесс остался почти неизменным за исключением появления дополнительных функциональных возможностей.
Цифровая модель — создание и подготовка
Прежде чем приступить к 3D-печати объекта, сперва необходимо создать его трехмерную модель при помощи специализированных программ. Простые изделия не потребуют дополнительных знаний и специфических умений, достаточно лишь иметь базовый пакет софта. При проектировании более детализированных деталей необходимы уже профессиональный 3D-редактор и специалист по 3D-моделированию.
Сам процесс может занимать от нескольких часов до нескольких дней и недель в зависимости от требований. В построении часто используются 3D-сканеры, которые сканируют объект и преобразуют его в цифровой вид. Это значительно упрощает моделирование, предоставляя готовую базу для специалиста.
Экспорт модели и генерирование G-кода
Основная масса современных 3D-принтеров работают с форматом STL. При выводе трехмерной модели учитывается значение ее детализация. Высококачественные поверхности дольше обрабатываются и занимают больше места на диске.
Сам файл обрабатывается слайсером. Это специальная программа, которая нарезает объект на ряд 2D-слов. Она преобразует его в специальный G-код, понятный для принтера и приступить к созданию образца. Также задается траектория движения, по которой движется печатающая головка, послойно накладывая материал.
Печать 3D-модели
Главными производственными элементами 3D-принтера являются:
- печатающая головка с расположенными внутри соплами;
- рабочая область, на которой происходит послойное формирование.
Платформа двигается вверх или вниз, а само печатающее окончание — в горизонтальном положении по осям X и Y. Это позволяет полностью охватывать пространство для послойного наложения.
После загрузки модели начинается сама печать. На рабочую область выдавливается первый слой (расплавленный пластик, воск или другой подходящий материал) по заданной траектории. После этого платформа опускается вниз и затем наносится следующий пласт, повторяя цикл до тех пор, пока изделие не будет готово.
Multi Jet Modeling — MJM
Multi Jet Modeling (MJM) является одним лучших методов многоструйной 3D-печати за счет универсальности и технологичности процесса. Он широко применяется как в медицине, так и в промышленности. Особенно там, где требуется высокая точность и детализация объектов.
Принцип работы
По своей работе технология имеет некоторые сходства с классической FDM (Fused Deposition Modeling). В первую очередь это та же многоструйная печать, которая производится с помощью набора сопел. Расположенные в основании печатающей головки, они выдавливают расходный материал. В зависимости от стоимости принтера количество и расположение рядов может отличаться. Усредненный вариант — 96 сопел в недорогих устройствах и 448 в оборудовании для профессионалов.
Во время работы печатающая головка передвигается по рабочей области в горизонтальной плоскости. В этом время из каждого сопла происходит разброс материала, например жидкого полимера. После этого зона обрабатывается ультрафиолетовым излучением для быстрого застывания. Затем этот процесс повторяется циклично, пока изделие не будет готово.
MJM полностью поддерживает дополнительные материалы, которые выступают в роли опоры при сложной печати. Чаще всего это воск, который удаляется на этапе обработки с помощью высоких температур. Основной состав значительно устойчивее к теплу, поэтому сам объект никак не пострадает.
Преимущества технологии
Технология Multi Jet Modeling имеет свои сильные стороны, поэтому подобные 3D-принтеры очень востребованы. Первое и главное — крайне высокая детализация объектов. Устройства, основанные на FDM, имеют всего одну соплу в центре головки, тогда как в MJM их несколько. Благодаря этому точность и качество получаемых образцов заметно выше.
Среди прочего технология поддерживает высокое разрешение печати. Она позволяет работать с небольшими деталями и делать это с высокой точностью. Материал также может быть практически любым — воск, пластик или фотополимеры.
Отдельно стоит отметить возможность создавать литьевые формы идеальной ровности, как и будущие заготовки. Подобная технология активно используется в ювелирном деле для основы под драгоценные металлы. В медицине по этому принципу изготавливаются зубные протезы, требующие высокого качества, надежности и точности.
Если сравнивать с FDM, то MJM получается значительно дороже. При этом высокая стоимость обусловлена качеством итогового результата, поэтому постобработка, шлифовка или полировка материала не потребуется.
Обработка объекта
Простые объекты из геометрических фигур почти не нуждаются в дополнительной обработке. Более сложные требуют удаления излишек материала. Например, когда отдельные элементы изделия должны висеть в воздухе, в проект добавляются специальные опоры для сохранения цельности работы.
Если дополнительные конструкции выполнены из того же состава, что и основная часть, то отделить их будет нелегко. Исходный облик может быть искажен. Для этого в современных 3D-принтерах специально для опор можно выбрать отдельный материал, который легко удаляется без повреждений поверхности.
Технологии 3D-печати постоянно улучшаются, позволяя создавать все более детализированные объекты из прочных материалов. Это требует от компаний гибкости и постоянного совершенствования в этой области для сохранения конкурентоспособности, а также предоставления более высокого качества.
Это не значит, что аддитивное производство полностью заменит все остальные методы. Оно является лишь приятным дополнением, которое заметно ускорит и повысит качество итогового результата.
