2024-06-29
Руководство по 3D-печати: материалы, типы, применение и свойства
Для 3D-печати доступны десятки пластиковых материалов, каждый из которых обладает своими уникальными качествами, которые делают их наиболее подходящими для конкретных целей. Чтобы упростить процесс поиска лучшего материала для конкретной детали или продукта, давайте сначала рассмотрим основные типы пластмасс и различные процессы 3D-печати.
Виды пластиковых материалов
Существует два основных типа пластика:
Термопласты являются наиболее часто используемым типом пластика. Их основным отличием от реактопластов является способность подвергаться множественным циклам плавления и затвердевания. Термопласты можно нагревать и придавать им желаемую форму. Этот процесс обратим, поскольку не возникает химических связей, поэтому термопласты можно перерабатывать, плавить и использовать повторно. Распространенной аналогией термопластов является сливочное масло, которое можно растопить, повторно затвердеть и снова расплавить. Его свойства незначительно изменяются в течение каждого цикла плавления.
Реактопласты (также известные как термореактивные пластмассы) после отверждения остаются в постоянном твердом состоянии. Полимеры в термореактивных материалах сшиваются в процессе отверждения, вызванном теплом, светом или соответствующим излучением. Реактопласты разлагаются при нагревании, а не плавятся, и не преобразуются при охлаждении. Реактопласты невозможно переработать или вернуть материалу его основные компоненты. Реактопласты подобны тесту для торта: после того, как они запечутся в торте, их невозможно расплавить обратно в тесто.
Процессы 3D-печати пластиком
Три наиболее распространенных процесса 3D-печати пластиком:
3D-принтеры с методом плавного осаждения (FDM) плавят и экструдируют термопластическую нить, которая слой за слоем наносится на область сборки с помощью сопла принтера.
Стереолитографические (SLA) 3D-принтеры используют лазеры для отверждения термореактивных жидких смол в затвердевшие пластмассы — процесс, называемый фотополимеризацией.
В 3D-принтерах селективного лазерного спекания (SLS) используются мощные лазеры для плавления мелких частиц термопластического порошка.
ФДМ 3D-печать
Моделирование методом наплавления (FDM), также известное как изготовление плавленых нитей (FFF), является наиболее широко используемой формой 3D-печати на потребительском уровне, чему способствует появление 3D-принтеров-любителей.
Этот метод хорошо подходит для базовых экспериментальных моделей, а также для быстрого и недорогого прототипирования простых деталей, например деталей, которые обычно подвергаются механической обработке.
Потребительский уровень FDM имеет самое низкое разрешение и точность по сравнению с другими процессами 3D-печати пластиком и не является лучшим вариантом для печати сложных конструкций или деталей со сложными характеристиками. Более качественную отделку можно получить с помощью процессов химической и механической полировки. Промышленные 3D-принтеры FDM используют растворимые подложки для смягчения некоторых из этих проблем и предлагают более широкий спектр инженерных термопластов или даже композитов, но они также имеют высокую цену.
Поскольку расплавленная нить образует каждый слой, иногда между слоями могут оставаться пустоты, когда они не прилипают полностью. В результате получаются анизотропные детали, что важно учитывать при проектировании деталей, способных выдерживать нагрузку или сопротивляться растяжению.
Материалы для 3D-печати FDM доступны в различных цветовых вариантах. Также существуют различные экспериментальные смеси пластиковых нитей для создания деталей с поверхностью, напоминающей дерево или металл.
Соглашение об уровне обслуживания 3D-печать
Стереолитография — первая в мире технология 3D-печати, изобретенная в 1980-х годах и до сих пор одна из самых популярных технологий среди профессионалов.
Из всех технологий 3D-печати пластиком детали SLA имеют самое высокое разрешение и точность, самые четкие детали и самую гладкую поверхность. 3D-печать смолой — отличный выбор для изготовления детализированных прототипов, требующих жестких допусков и гладких поверхностей, а также функциональных деталей, таких как формы, шаблоны и детали конечного использования. Детали, напечатанные по SLA 3D, также можно подвергать последующей обработке после печати, например полировке, покраске, нанесению покрытия и т. д., чтобы получить детали с высококачественной поверхностью, пригодные для использования заказчиком.
Детали, напечатанные с помощью 3D-печати SLA, изотропны — их прочность одинакова независимо от ориентации, поскольку между каждым слоем возникают химические связи. Это позволяет деталям иметь предсказуемые механические свойства, что имеет решающее значение для таких применений, как приспособления и приспособления, детали конечного использования и функциональные прототипы.
SLA предлагает самый широкий выбор материалов для 3D-печати пластиком.
SLS 3D-печать
3D-печать селективного лазерного спекания (SLS) пользуется доверием инженеров и производителей в различных отраслях благодаря ее способности производить прочные и функциональные детали. Низкая стоимость, высокая производительность и проверенные материалы делают эту технологию идеальной для широкого спектра применений: от быстрого прототипирования до помощи в производстве, а также мелкосерийного, мостового или индивидуального производства.
Поскольку нерасплавленный порошок поддерживает деталь во время печати, никаких специальных опорных конструкций не требуется. Это делает SLS идеальным для обработки деталей сложной геометрии, включая внутренние элементы, подрезы, тонкие стенки и отрицательные элементы.
Как и SLA, 3D-отпечатки SLS обычно изотропны. Поверхность деталей SLS слегка шероховатая из-за частиц порошка, но видимых линий слоев мало, а 3D-отпечатки SLS можно легко подвергать последующей обработке для дальнейшего улучшения механических свойств и внешнего вида.
Сравните пластиковые материалы и процессы для 3D-печати
Различные материалы для 3D-печати и процессы 3D-печати пластиком имеют свои сильные и слабые стороны, которые определяют их пригодность для различных применений. В следующей таблице представлен общий обзор некоторых ключевых характеристик и соображений.
| FDM | SLA | SLS | |
| Pros | Low-cost consumer machines and materials available | Great value High accuracy Smooth surface finish Range of functional materials |
Strong functional parts Design freedom No need for support structures |
| Cons | Low accuracy Low details Limited design compatibility High cost industrial machines if accuracy and high performance materials are needed |
Sensitive to long exposure to UV light | More expensive hardware Limited material options |
| Applications | Low-cost rapid prototyping Basic proof-of-concept models Select end-use parts with high-end industrial machines and materials |
Functional prototyping Patterns, molds, and tooling Dental applications Jewelry prototyping and casting Models and props |
Functional prototyping Short-run, bridge, or custom manufacturing |
| Materials | Standard thermoplastics, such as ABS, PLA, and their various blends on consumer level machines. High performance composites on high cost industrial machines | Varieties of resin (thermosetting plastics). Standard, engineering (ABS-like, PP-like, flexible, heat-resistant), castable, dental, and medical (biocompatible). Pure silicone and ceramic. | Engineering thermoplastics. Nylon 11, nylon 12, glass or carbon-filled nylon composites, polypropylene, TPU (elastomer). |