Как работают полимерные 3D-принтеры — подробное руководство

Если вы энтузиаст 3D-печати, интересующийся основами и биохимией 3D-печати, этот пост для вас. Мы погружаемся во внутреннюю работу полимерных 3D-принтеров — передового процесса, используемого для создания сложных детализированных прототипов и моделей с послойной точностью. Мы узнаем, почему эта форма 3D-печати набирает популярность среди поклонников 3D-печати, посмотрим, как работает этот процесс, и рассмотрим, что вам нужно, чтобы прыгнуть в дикий мир 3D-печати смолой. Так что читайте дальше и прорвитесь сквозь поверхность 3D-печати!

Печать смолой, иногда называемая «стереолитографией», представляет собой тип 3D-печати, выполняемой жидкими смолами. Эта смола отверждается в твердые формы с помощью контролируемого лазерного луча, слой за слоем, пока не будут созданы все слои, необходимые для окончательной формы. Он не только обеспечивает печать с высоким разрешением и отличной детализацией, но также обеспечивает гладкие поверхности и высокую структурную целостность. Хотя этот тип печати стал более доступным, чем когда-либо прежде, благодаря наличию настольных полимерных принтеров, плюсы полимерной 3D-печати имеют свою цену. А именно, что экологически небезопасные материалы и процессы, используемые для производства определенных типов отпечатков, могут быть как трудоемкими, так и дорогостоящими.

Читайте о лучший беспроводной принтер.

Дебаты вокруг использования полимерных 3D-принтеров часто сосредоточены вокруг устойчивых методов и того, являются ли они подходящим методом производства предметов, которые можно использовать повторно или перерабатывать. С одной стороны, некоторые утверждают, что эта форма 3D-печати позволяет быстрее и точнее детализировать детали, чем многие другие формы производства. Однако, с другой стороны, традиционные методы, такие как литье под давлением, остаются более эффективными с точки зрения использования материала и общего производства отходов.

В конечном счете, каждая ситуация должна оцениваться на основе ее индивидуальных достоинств с учетом желаемого результата и используемых окончательных материалов. Важно, чтобы все формы производства выполнялись ответственно, оставляя при этом место для творчества и инноваций в рамках технологий вычислительного дизайна, таких как печать смолой. С учетом сказанного пришло время двигаться дальше и исследовать, как именно работают эти удивительные принтеры.

Как работает полимерный принтер?

3D-печать смолой работает совсем иначе, чем традиционная. Моделирование сплавленного осаждения (FDM) принтеры. Вместо того, чтобы проталкивать горячую пластиковую нить через нагретое сопло и выдавливать ее слой за слоем, полимерные принтеры используют ультрафиолетовый (УФ) свет для каждого слоя из емкости, заполненной фотополимерной жидкостью. Этот процесс часто называют стереолитографией (SLA) или цифровой обработкой света (DLP).

В частности, источник ультрафиолетового излучения принтера падает на ванну со смолой, находящуюся в его раме или лотке. Подвижное зеркало проецирует свет в нужное место на дне резервуара. Куда бы он ни попал, он затвердевает. В то же время поршень или какой-либо другой механизм перемещает платформу вверх и вниз по мере затвердевания новых слоев. Чтобы улучшить отверждение, многие полимерные 3D-принтеры теперь также имеют дополнительные УФ-лампы, которые освещают детали, формирующиеся в резервуаре, снаружи.

Разница между FDM и 3D-печатью смолой означает, что конечные объекты, изготовленные из смоляных материалов, будут иметь более качественную отделку поверхности по сравнению с их аналогами FDM — с более тонкими стенками и более тонкими характеристиками. Недостатком является то, что они требуют больше времени для печати по сравнению с принтерами FDM из-за более медленного времени отверждения между слоями; однако, в зависимости от области применения и желаемого качества, это дополнительное время может быть полезным или даже необходимым для определенных проектов.

Понимание того, как работают полимерные 3D-принтеры, поможет вам решить, подходит ли эта технология для нужд вашего проекта, а затем определить, какой тип системы вам нужен и какие другие настройки вам нужно изучить, прежде чем применять свои знания на практике. Имея это в виду, пришло время взглянуть на более глубокие принципы, лежащие в основе того, что делает возможным процесс послойной печати.

Послойный процесс печати

Послойная печать является одним из наиболее важных аспектов 3D-печати смолой и требует глубоких знаний процесса печати для получения хороших результатов. Когда полимерный принтер начинает работу, он начинает с нанесения фотополимерной смолы на строительную платформу или лоток, укладывая ее ультратонкими слоями. Толщина слоев варьируется от 0.05 мм до 0.2 мм, в зависимости от сложности модели, которую необходимо напечатать. Когда каждый слой уложен, источник УФ-излучения будет проходить над поверхностью, чтобы отвердить смолу до желаемой формы.

Послойная печать имеет много преимуществ по сравнению с традиционными методами 3D-печати благодаря повышенной точности, достигаемой за счет использования ультратонких слоев и их отверждения УФ-светом, что может обеспечить очень точное разрешение в мелких деталях. Это приводит к более гладким поверхностям и менее заметным линиям слоев по сравнению с другими методами, такими как моделирование в порошковом слое или методом наплавки (FDM).

Кроме того, этот метод печати также может создавать изогнутые формы намного проще, чем традиционные методы 3D-печати, создавая объекты, которые раньше были невозможны с помощью других методов. С другой стороны, некоторые недостатки этого метода печати смолой заключаются в том, что он требует более трудоемкой последующей обработки, такой как промывка и отверждение, что требует времени и приводит к более высоким производственным затратам, чем другие 3D-принтеры. Кроме того, из-за зависимости от источников ультрафиолетового света послойная печать ограничена только определенными типами материалов, включая фотополимерные смолы, что может ограничить ее потенциальное использование по сравнению с другими принтерами, которые могут использовать более широкий спектр материалов.

Из-за этих преимуществ и недостатков для людей, рассматривающих полимерные 3D-принтеры, важно тщательно взвесить свои варианты и определить, подходит ли этот метод для их проекта и приложения, прежде чем инвестировать в него. Обладая этими знаниями, в следующем разделе мы рассмотрим некоторые материалы, обычно используемые в 3D-печати смолой, и более подробно обсудим их преимущества и недостатки.

1. 3D-печать смолой обычно использует фотополимерные смолы, отверждаемые УФ-светом, для создания трехмерного объекта.
2. По данным Американского института физики, SLA или стереолитографии является самым популярным типом 3D-печати смолой и может печатать объекты с различными свойствами материала.
3. Исследование, опубликованное в 2020 году, показало, что точная температура, при которой отвердевают фотополимерные смолы, варьируется от одного материала к другому, но, вообще говоря, температура отверждения колеблется от комнатной температуры для некоторых материалов до 250°C для других.

Материалы, используемые в печати смолой

Материалы, используемые в 3D-печати смолами, часто состоят из фотополимерных смол, содержащих светочувствительные молекулы. В процессе послойной печати жидкая фотополимерная смола подвергается воздействию источника ультрафиолетового (УФ) света. Этот ультрафиолетовый свет заставляет смолу затвердевать в твердую форму. Изменяя интенсивность и продолжительность УФ-излучения, можно получить ряд различных свойств материала. Смолы, обычно используемые в 3D-печати, сильно различаются по твердости, гибкости, термическая стабильность, а также устойчивость к химическим веществам и жидкостям.

Сторонники традиционных металлических или пластиковых материалов утверждают, что их более длительный срок годности делает их более рентабельными, чем фотополимерные смолы, используемые в 3D-печати смолами. Однако те, кто выступает за использование фотополимерных смол, отмечают, что ряд уникальных свойств, предлагаемых этими материалами, делает их идеальными для специализированных применений, таких как зубные имплантаты, формы для ювелирных изделий и прототипы деталей для потребительских товаров. Кроме того, эти материалы легкие и с ними легко работать. Они затвердевают под воздействием УФ-излучения, а не тепла, что значительно снижает потребление энергии при производстве.

Независимо от мнения о преимуществах или недостатках различных материалов для 3D-печати, ясно, что текущие исследования ведут ко многим новым достижениям как в технологиях, так и в выборе материалов. Поскольку инновации продолжают появляться, возможности для продуктов, напечатанных на 3D-принтере, будут только расширяться. Благодаря постоянно растущей точности и аккуратности для различных категорий продуктов и компонентов дизайнеры теперь имеют доступ к беспрецедентному уровню параметров настройки, когда речь идет о создании объектов с помощью 3D-принтеров. Двигаясь вперед, понимание того, как наш выбор типов смолы влияет на производительность, будет иметь ключевое значение для инженеров, разрабатывающих эти сложные прототипы и конечные продукты.

Типы смолы

После обсуждения материалов, используемых в печати смолой, пришло время обратить наше внимание на различные доступные типы смолы. Вообще говоря, существует две основные категории смол – термореактивные и термопластичные. В рамках этих двух категорий существует множество специализированных смол для 3D-печати, от гибких до литейных, высокотемпературных и стоматологических смол.

Системы термореактивных смол изначально представляют собой жидкости, но в конечном итоге затвердевают после отверждения под действием тепла или УФ-излучения в твердую форму. После затвердевания эти смолы нельзя повторно размягчить или преобразовать. Термопластичные смолы предлагают гораздо более гибкий вариант, поскольку их не нужно отверждать, и их можно повторно нагревать и изменять форму несколько раз.

У каждого типа смолы есть свои преимущества и недостатки, так что только на собственном опыте вы узнаете, какая смола наиболее совместима с вашим принтером и для каких целей она вам нужна. Тем не менее, некоторые категории, обычно используемые энтузиастами 3D-печати, включают полиуретан (PU), смолы на эпоксидной основе, полиамид и полиэстер. Смолы на основе силикона также становятся все более популярными среди тех, кто хочет печатать высокодетализированные детали со сложным дизайном. Независимо от того, какой тип смолы лучше всего подходит для вашего проекта, важно изучить характеристики каждого материала, чтобы получить от него максимальную отдачу. Теперь, когда мы обсудили различные типы смол, доступных для 3D-печати, давайте рассмотрим различные типы принтеров на рынке, которые их используют.

Различные типы полимерных принтеров

Когда дело доходит до полимерных 3D-принтеров, существует множество вариантов на выбор. Каждый тип принтера имеет свой собственный дизайн и набор функций, которые делают его уникальным по сравнению с другими. Традиционные SLA-принтеры работают, используя ультрафиолетовый свет для быстрого отверждения слоя жидкой смолы, в то время как DLP-принтеры обычно используют проектор для одновременного отверждения более толстого слоя. Принтеры Multi-Jet Imaging (MJI) используют множество проекторов для создания сложных объектов с чрезвычайно высоким разрешением.

Поскольку каждый тип принтера может иметь свои преимущества и недостатки, важно оценить, какой из них лучше всего подходит для конкретных проектов или приложений. Принтеры SLA обычно меньше по размеру и более доступны по цене, чем их аналоги, что делает их идеальным выбором для любителей и случайных пользователей. пользователей, которым не требуется сложная детализация или массовое производство. Они также создают отпечатки с менее заметными финишными линиями и более детализированными поверхностями.

С другой стороны, принтеры DLP и MJI дороже, но могут печатать с большей точностью и детализацией, а также большими объемами. Они также имеют значительно более быстрое время печати по сравнению с системами SLA.

В целом, когда речь идет о 3D-печати смолой, не существует универсального решения. Вместо этого наиболее подходящая машина для любого конкретного применения должна определяться в каждом конкретном случае. Ознакомившись с сильными и слабыми сторонами каждого типа принтера, пользователи могут принять обоснованное решение о том, какой из них даст наилучшие результаты для их нужд. Обладая этими знаниями, они смогут максимально эффективно использовать выбранный инструмент и с легкостью создавать удивительные 3D-принтеры.

Независимо от того, насколько сложным или простым может быть 3D-проект, понимание того, как компьютеризированные машины взаимодействуют с материалами, может помочь вывести проекты печати на новый уровень. Ясно, что наука, технология и искусство образуют мощную комбинацию, когда они используются вместе — и при правильном подходе — невероятные творения могут быть созданы в кратчайшие сроки!

Компьютеризированные машины и комбинации материалов

Различные типы полимерных 3D-принтеров обычно используют одни и те же основные компоненты и процессы. Тем не менее, одним из основных различий между ними является их уровень сложности. Некоторые из них представляют собой простые системы из одного материала, в то время как другие имеют более широкий спектр доступных технологий и материалов. Компьютеризированные машины предлагают больше разнообразия с точки зрения качества печати и комбинаций материалов.

Компьютеризированные машины оснащены двигателями и датчиками, которые измеряют температуру, скорость, положение и другие факторы более точно, чем машины с ручным управлением. Это позволяет им создавать модели с более высоким разрешением и большей точностью размеров. Кроме того, усовершенствованные мониторы напряжения обеспечивают равномерную экспозицию света для более быстрого вывода с более гладкими поверхностями. Кроме того, некоторые системы с компьютерным управлением могут даже поддерживать множество различных комбинаций материалов, от полимеров до керамики.

Обладая большим контролем над процессом печати, эти более сложные машины также могут обеспечивать более высокую скорость за счет автоматического перехода между различными уровнями сканирования и экспозиции во время процесса печати по сравнению с ручными системами, которые требуют, чтобы оператор выполнял каждый шаг процесса. Это позволяет повысить производительность и сократить время выполнения заказа для больших объемов производства — чего часто не могут достичь традиционные процессы массового производства.

Когда дело доходит до промышленного использования, компьютеризированные полимерные 3D-принтеры предлагают непревзойденную универсальность, когда речь идет об оптимизации материалов и экономической эффективности. Благодаря лучшему управлению окружающей средой и возможности предварительной загрузки материалов в принтер перед началом задания появляются новые приложения, которые раньше было невозможно или слишком медленно выполнять на обычном производственном оборудовании.

Компьютеризированные полимерные 3D-принтеры имеют большие преимущества с точки зрения скорости и качества по сравнению с их ручными аналогами. Поскольку технический прогресс продолжает увеличивать их возможности, эти машины становятся все более популярными для коммерческого использования, от моды до медицинских приложений. Эта тенденция сохранится, поскольку пользователи будут искать способы сократить расходы, сохраняя при этом высокий уровень точности и детализации своих отпечатков. Имея все это в виду, давайте рассмотрим некоторые преимущества 3D-печати смолой, которые могут предложить пользователям, заинтересованным в использовании этой новой технологии.

Преимущества использования полимерных принтеров

Преимущества использования полимерных 3D-принтеров для различных приложений многочисленны. Эта технология, от быстрого прототипирования до украшений, произвела революцию в том, как предприятия и частные лица создают детали, продукты и украшения.

Одним из основных преимуществ 3D-печати смолой является ее способность создавать детализированные объекты быстро и с минимальными отходами. В отличие от других технологий 3D-печати, которые требуют медленного создания слоев, 3D-печать смолой может производить очень сложные объекты почти мгновенно без необходимости в поддерживающих конструкциях. Этот уровень детализации идеально подходит для изготовления ювелирных изделий или зубных имплантатов, которые имеют множество мелких деталей, требующих точности в производстве. Отсутствие поддержки также сокращает время, необходимое для завершения проекта, и позволяет создавать сложные формы без дополнительных шагов или постобработки.

Еще одним преимуществом использования полимерных 3D-принтеров является их универсальность с точки зрения доступных типов материалов. 3D-принтеры из смолы могут печатать несколькими различными материалами, такими как ABS, нейлон, PETG, SLA/фотополимеры, PEEK/полиэфиркетони даже смолы, наполненные углеродным волокном. Каждый тип материала обладает уникальными характеристиками для различных областей применения и может обеспечить наилучшее решение для конкретных проектов. Например, ABS обеспечивает прочность и термостойкость, в то время как другие материалы могут обеспечивать гибкость или прозрачность.

Кроме того, полимерные 3D-принтеры отличаются низкими эксплуатационными расходами по сравнению с другими технологиями аддитивного производства. Это делает их привлекательным вариантом для предприятий или частных лиц с ограниченным бюджетом, поскольку они требуют лишь минимальных капитальных вложений, а также текущих затрат на техническое обслуживание, которые ниже, чем те, которые связаны с другими технологиями 3D-печати. Кроме того, благодаря постоянно расширяющимся исследованиям и разработкам новых смол стоимость таких материалов, как фотополимеры, становится все более доступной.

Наконец, некоторые пользователи могут оценить тот факт, что 3D-печать смолой производит относительно мало шума по сравнению с другими типами оборудования для аддитивного производства, такими как принтеры для изготовления плавленых нитей (FFF). Машины FFF обычно воспринимаются как вызывающие больше сбоев из-за их громких механических движений и более высоких требований к мощности. Следовательно, это может быть полезно в офисных условиях, где одновременно присутствуют несколько человек, или при работе из дома в обычные часы, когда шумовое загрязнение может быть проблемой для других, живущих поблизости.

Подводя итог, можно сказать, что использование полимерных 3D-принтеров дает много преимуществ, в том числе быстрое создание с точными деталями; универсальность с точки зрения доступных типов материалов; низкие эксплуатационные расходы; и низкий уровень шума по сравнению с другими типами оборудования для аддитивного производства.

Объяснение общих вопросов

Каков процесс создания 3D-печати на полимерном принтере?

Создание 3D-печати с помощью полимерного принтера включает в себя несколько ключевых шагов. Во-первых, модель создается в программном обеспечении для 3D-моделирования, таком как CAD (Системы автоматизированного проектирования) или программное обеспечение для 3D-скульптуры. Затем модель нарезается на слои и преобразуется в инструкции, понятные полимерному принтеру. Инструкции отправляются на принтер, который затем строит объект слой за слоем в соответствии с данными инструкциями.

Смола, используемая в 3D-печати смолой, должна отверждаться светом во время каждого процесса построения слоя. Этот процесс отверждения отвердевает жидкую смолу, чтобы поверх нее можно было создать следующий слой. После отверждения каждого слоя платформа сборки опускается, а высота печатного объекта увеличивается до тех пор, пока он не будет завершен.

На этом этапе, как только объект был напечатан, обычно необходима некоторая постобработка, такая как удаление дополнительного вспомогательного материала и сглаживание любых дефектов. Как только эти задачи будут выполнены, вы сможете наслаждаться своим новым напечатанным 3D-объектом!

Каковы основные компоненты полимерного 3D-принтера?

Основными компонентами полимерного 3D-принтера являются платформа для печати, платформа для сборки, источник света, программное обеспечение для печати и емкость, заполненная жидким фотополимером. Платформа для печати удерживает печатаемый 3D-объект на месте и обычно состоит из платформы сборки и слоя пленки или пластика. Платформа сборки — это плоская поверхность, на которой со временем печатаются слои 3D-объекта. Обычно он изготавливается из нержавеющей стали, покрытой пленкой FEP (фторированный этиленпропилен) или листом PEI (полиэфиримид).

Источник света отверждает смолу, позволяя ей затвердеть во время печати. Все полимерные 3D-принтеры используют некоторую форму светодиодной технологии для проецирования ультрафиолетового света на поверхность печати, что заставляет полимер полимеризоваться до желаемой формы.

Наконец, правильное программное обеспечение является ключом к получению хороших отпечатков на любом 3D-принтере. Для полимерных 3D-принтеров доступно несколько вариантов программного обеспечения, которые позволяют вам контролировать такие параметры, как время слоя и экспозиция на протяжении всего процесса печати. Путем точной настройки этих параметров вы можете быть уверены, что получаете более качественные отпечатки с каждым заданием на печать.

В дополнение к этим важным элементам большинство полимерных 3D-принтеров также имеют другие части, включая ЖК-экран для управления настройками принтера и компьютеризированную систему для управления операциями печати. Также могут быть включены другие компоненты, такие как охлаждающие вентиляторы, которые помогают снизить температуру при длительной печати.

Какие типы материалов можно использовать с полимерным 3D-принтером?

Материалы, которые можно использовать с полимерным 3D-принтером, обычно представляют собой фотоотверждаемые жидкие полимеры, которые затвердевают под воздействием света. Эти смолы бывают разных цветов, а также классов твердости, что позволяет настраивать отпечатки в соответствии с желаемым применением. Общие материалы включают жесткую смолу, гибкую смолу, высокотемпературную смолу и литейную смолу. Каждый тип материала имеет различные свойства, которые делают его пригодным для определенных применений.

Например, Rigid Resin идеально подходит для высокодетализированных и сложных моделей, поскольку обеспечивает превосходную адгезию слоев и возможности печати с высоким разрешением. Гибкая смола отлично подходит для изготовления эластичных деталей и компонентов, а высокотемпературная смола хорошо подходит для создания термостойких деталей. Наконец, Castable Resin идеально подходит для изготовления прочных и точных отливок, готовых к использованию без необходимости этапов постобработки.