Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о порошковой подушке и струйной 3D-печати. Популярный термин для всех процессов аддитивного производства см. В разделе « Аддитивное производство» .

Схематическое изображение процесса: движущаяся головка а) избирательно связывает (капая клей или лазерное спекание) поверхность порошкового слоя д) ; движущаяся платформа f) постепенно опускает слой, и затвердевший объект d) лежит внутри несвязанного порошка. Новый порошок непрерывно добавляется в слой из емкости для порошка c) с помощью механизма выравнивания b)

Струйная 3D-печать на связующем , известная также как «порошковая и струйная» и «капельная» печать, представляет собой технологию быстрого прототипирования и аддитивного производства для создания объектов, описываемых цифровыми данными, такими как файл САПР. Распыление связующего является одной из семи категорий процессов аддитивного производства в соответствии с ASTM и ISO . [1]

История [ править ]

Эта технология была впервые разработана в Массачусетском технологическом институте и запатентована в 1993 году. В 1996 году ExOne Company получила эксклюзивный патент на область применения этой технологии [2], в то время как Z Corporation , которая позже была приобретена 3D Systems , [3] получили неисключительный патент на использование технологии для литья металлов. [4] Термин «трехмерная печать» был зарегистрирован исследовательской группой Массачусетского технологического института вместе с аббревиатурой 3DP. [5] [6] В результате, термин «3D-печать» первоначально относился исключительно к процессу струйной печати на связующем до того, как получил более широкое признание как термин, относящийся ко всем процессам аддитивного производства.

Описание [ править ]

Как и во многих других процессах аддитивного производства, печатаемая деталь состоит из множества тонких поперечных сечений 3D-модели. An струйная головка перемещается печати через слой порошка, избирательно осаждение жидкого связующего материала . Тонкий слой порошка распределяется по завершенному участку, и процесс повторяется, при этом каждый слой прилипает к последнему.

Когда модель завершена, несвязанный порошок автоматически и / или вручную удаляется в процессе, называемом «удаление порошка», и может быть повторно использован до некоторой степени. [7]

Деталь с удаленным порошком необязательно может быть подвергнута различным пропиткам или другим видам обработки для получения желаемых свойств конечной части.

Материалы [ править ]

3D селфи в 1:20 масштабе , напечатанной Shapeways с использованием гипсовой основе печати, созданный Мадуродам миниатюрный парк с 2D - снимков , сделанных на его Fantasitron фото будке.

В первоначальных вариантах реализации слой порошка заполняют крахмал и гипсовый гипс , при этом жидкое «связующее» представляет собой в основном воду для активации гипса. Связующее также включает красители (для цветной печати) и добавки для регулировки вязкости , поверхностного натяжения и температуры кипения в соответствии со спецификациями печатающей головки. Получающиеся в результате детали из гипса обычно не обладают « зеленой прочностью » и требуют пропитки расплавленным воском , цианоакрилатным клеем, эпоксидной смолой и т. Д. Перед регулярной обработкой.

Хотя не обязательно использовать обычную струйную технологию , можно использовать различные другие комбинации порошка и связующего для формирования объектов химическими или механическими средствами. Затем полученные детали можно подвергнуть различным режимам последующей обработки, таким как пропитка или отжиг . Это может быть сделано, например, для удаления механического связующего (например, путем сжигания) и уплотнения материала сердцевины (например, путем плавления) или для образования композитного материала, сочетающего свойства порошка и связующего. В зависимости от материала полноцветная печать может быть вариантом, а может и не быть. По состоянию на 2014 год изобретатели и производители разработали системы для формирования предметов из песка и карбоната кальция (формирование синтетического мрамора).), акриловый порошок и цианоакрилат , керамический порошок и жидкое связующее, сахар и вода (для изготовления конфет) и т. д. Одним из первых коммерчески доступных продуктов, в которых использовался графен, был порошковый композит, используемый в порошковой струйной головке 3D. печать. [8]

Композит Ti-6Al-4V и серебра, полученный методом 3D-печати и инфильтрации, снимок металлографического разреза на сканирующем электронном микроскопе.

Технология 3D-печати имеет ограниченный потенциал для изменения свойств материала в одной конструкции, но, как правило, ограничивается использованием общего основного материала. В исходных системах Z Corporation поперечные сечения обычно печатаются с твердыми контурами (образующими сплошную оболочку) и внутренним рисунком меньшей плотности для ускорения печати и обеспечения стабильности размеров по мере отверждения детали.

Характеристики [ править ]

В дополнение к объемному цвету за счет использования нескольких печатающих головок и цветного связующего, процесс 3D-печати, как правило, быстрее, чем другие технологии аддитивного производства, такие как струйная печать материалов для моделирования методом наплавленного осаждения, которые требуют нанесения 100% строительного и поддерживающего материала с желаемым разрешением. . При 3D-печати основная часть каждого напечатанного слоя, независимо от сложности, наносится одним и тем же быстрым процессом нанесения. [9]

Как и в случае с другими технологиями порошкового слоя, опорные конструкции обычно не требуются, поскольку сыпучий порошок поддерживает выступающие элементы, а также штабелированные или подвешенные объекты. Отсутствие печатных опорных структур может сократить время сборки и использование материалов, а также упростить как оборудование, так и постобработку. Однако само удаление порошка может быть деликатной, грязной и трудоемкой задачей. Поэтому некоторые машины автоматизируют удаление порошка и переработку порошка, насколько это возможно. Поскольку весь объем сборки заполнен порошком, как и при стереолитографии , в конструкции должны быть предусмотрены средства для откачивания полой части.

Как и в других процессах с порошковым покрытием, чистота поверхности и точность, плотность объекта и - в зависимости от материала и процесса - прочность детали могут быть хуже, чем у таких технологий, как стереолитография (SLA) или селективное лазерное спекание (SLS). Хотя «ступенчатые» и асимметричные размерные свойства являются особенностями 3D-печати, как и большинства других многослойных производственных процессов, материалы для 3D-печати обычно объединяются таким образом, чтобы минимизировать разницу между разрешением по вертикали и в плоскости. Этот процесс также поддается растеризации слоев с заданными разрешениями, быстрому процессу, который может учитывать пересекающиеся твердые тела и другие артефакты данных.

Цена на порошковые и струйные 3D-принтеры обычно колеблется от 50 000 до 2 000 000 долларов [ необходима цитата ], однако существует набор DIY для любителей, который продается по цене от 800 долларов для преобразования потребительского FDM-принтера в порошковый / струйный принтер.

Ограничения [ править ]

Детали, напечатанные с использованием процесса струйной печати связующего, по своей природе являются пористыми и имеют незавершенную поверхность, так как в отличие от сплавления в порошковом слое порошки физически не плавятся и соединяются связующим. В то время как использование связующего позволяет измельчать высокотемпературные (например, керамические) и термочувствительные (например, полимерные) материалы и использовать их для аддитивного производства, детали, распыляющие связующее, требуют дополнительной постобработки, которая может потребовать больше времени, чем требуется. для печати детали, например, для отверждения, спекания и дополнительной отделки. [10]

Рентгеновское изображение нормального металла и частиц агломерата, образовавшихся в процессе распыления связующего. Использованный порошок представлял собой нержавеющую сталь 316. 9 мкм. Обратите внимание на большие круглые частицы агломерата - они приводят к истощению слоя порошка.

Распыление связующего особенно подвержено явлениям истощения порошкового слоя, которое происходит, когда связующее падает на поверхность порошкового слоя. Эта проблема особенно распространена при струйном нанесении связующего, поскольку в отличие от традиционных процессов аддитивного производства (которые используют высокую температуру для плавления и сплавления порошков вместе), «струя» связующего, которая падает на слой, может вызвать образование больших агломератов полусвязанного порошка. выбрасываться с поверхности, оставляя подповерхностные зоны истощения (для порошка SS316 30 мкм наблюдалась глубина зоны истощения 56 ± 12 мкм). Рост зон истощения по мере нанесения последующих слоев порошка при печати может иметь серьезные последствия для качества деталей, напечатанных с помощью струйной печати связующего. Выброшенные агломераты приземляются на другие участки слоя, в результате чего поверхность слоя становится менее ровной,размеры конечной детали должны быть искажены и неточны, а также образовываться большие подповерхностные поры. Остаточные дефекты и напряжения также могут присутствовать повсюду, что снижает прочность и без того более слабой части (из-за присущей пористости части, обработанной струей связующего).[11]

Эти факторы ограничивают использование струйной печати связующего для высокопроизводительных приложений, таких как аэрокосмическая промышленность, поскольку детали, обработанные струей связующего, обычно более слабые, чем те, которые напечатаны с помощью процессов плавления в порошковом слое. Однако струйная обработка связующего идеально подходит для быстрого прототипирования и производства недорогих металлических деталей. [12]

См. Также [ править ]

  • 3D печать
  • Список распространенных тестовых 3D-моделей
  • Торговая площадка 3D-печати
  • Объемная печать

Ссылки [ править ]

  1. ^ "ISO / ASTM52900 - 15 Стандартная терминология для аддитивного производства - Общие принципы - Терминология" . ASTM International. 2015 . Проверено 24 января 2019 года .
  2. ^ «Исключительное патентное лицензионное соглашение с поправками и редакцией» . www.sec.gov . Проверено 24 июня 2019 года .
  3. ^ "3D Systems завершает приобретение Z Corp и Vidar" . 3D системы . Проверено 24 июня 2019 года .
  4. ^ «Исключительное патентное лицензионное соглашение с поправками и редакцией» . www.sec.gov . Проверено 24 июня 2019 года .
  5. ^ "Принтеры производят копии в 3D" . BBC News . 6 августа 2003 . Проверено 31 октября 2008 года .
  6. ^ Гримм, Тодд (2004). Руководство пользователя по быстрому прототипированию . SME. п. 163. ISBN. 978-0-87263-697-2. Проверено 31 октября 2008 года .
  7. ^ Склейтер, Нил; Николас П. Хиронис (2001). Справочник по механизмам и механическим устройствам . McGraw-Hill Professional. п. 472. ISBN. 978-0-07-136169-9. Проверено 31 октября 2008 года .
  8. ^ «Graphenite ™ Graphene ™ Армированный порошок для 3D-принтера - 30 фунтов» . Благородные 3D-принтеры . Проверено 28 апреля 2018 года .
  9. ^ "Лучший промышленный 3D-принтер высокого разрешения - Fusion3 F410" .
  10. ^ Gokuldoss, Prashanth Конда; Колла, Шри; Эккерт, Юрген (июнь 2017 г.). «Процессы аддитивного производства: селективное лазерное плавление, электронно-лучевое плавление и струйная обработка связующего - рекомендации по выбору» . Материалы . 9 (6): 2–3. Bibcode : 2017Mate ... 10..672G . DOI : 10,3390 / ma10060672 . PMC 5554053 . PMID 28773031 .   
  11. ^ Parab, Niranjan D .; Барнс, Джон Э .; Чжао, Цан; Каннингем, Росс В. Каннингем; Феццаа, Камель; Роллетт, Энтони Д .; Вс, Дао (февраль 2019 г.). «Наблюдение в реальном времени за процессом струйной печати на связующем» . Научные отчеты . 9 (1): 5–6. DOI : 10.1038 / s41598-019-38862-7 . PMC 6385361 . PMID 30792454 .   
  12. ^ "Все, что вам нужно знать о струйной обработке металлических связующих" . Автономное производство . 2018 . Проверено 10 марта 2019 года .