3D печать пластиком

3D печать пластиком: технологии, материалы и особенности

ООО “Завод Контакт” предоставляет услуги 3D печати пластиком.

Наиболее распространенная технология 3D печати изделий из пластика — метод экструзионной печати FDM. Оригинальный термин «Fused Deposition Modeling» и аббревиатура FDM являются торговыми марками компании «Stratasys». Энтузиасты 3D-печати, участники проекта RepRap, придумали аналогичный термин «fused filament fabrication» («производство способом наплавления нитей»), или FFF, для использования в обход юридических ограничений. Термины FDM и FFF равнозначны по смыслу и назначению. В России принято использовать эти термины, либо “экструзионная печать”

Изделие, или «модель», производится выдавливанием («экструзией») и нанесением микрокапель расплавленного термопластика с формированием последовательных слоёв, застывающих сразу после экструдирования.

Пластиковая нить разматывается с катушки и подаётся в экструдер — устройство, оснащённое механическим приводом для подачи нити, нагревательным элементом для плавки материала и соплом, через которое осуществляется непосредственно экструзия. Нагревательный элемент служит для нагревания сопла, которое в свою очередь плавит пластиковую нить и подаёт расплавленный материал на строящуюся модель. Как правило, верхняя часть сопла наоборот охлаждается с помощью вентилятора для создания резкого градиента температур, необходимого для обеспечения плавной подачи материала.

Процесс печати FDM/FFF-принтера

Экструдер перемещается в горизонтальной и вертикальной плоскостях под контролем алгоритмов, аналогичных используемым в станках с числовым программным управлением. Сопло перемещается по траектории, заданной системой автоматизированного проектирования. Модель строится слой за слоем, снизу вверх. Как правило, экструдер (также называемый «печатающей головкой») приводится в движение шаговыми двигателями или сервоприводами. Наиболее популярной системой координат, применяемой в FDM, является прямоугольная, с осями X, Y и Z. Альтернативой является цилиндрическая система координат, используемая так называемыми «дельта-роботами».

Технология FDM отличается высокой гибкостью, но имеет определённые ограничения. Хотя создание нависающих структур возможно при небольших углах наклона, в случае с большими углами необходимо использование искусственных опор, как правило, создающихся в процессе печати и отделяемых от модели по завершении процесса.

Также для традиционных способов печати FDM характерно последовательное нанесение взаимно прилегающих слоёв, что не обеспечивает необходимой прочности изделий на изгиб — связывание полимера между слоями хуже, чем внутри слоя, что вызывает под нагрузкой разрушение изделия между слоями. Моделирование методом послойного наплавления (FDM) применяется для быстрого прототипирования и быстрого производства. Быстрое прототипирование облегчает повторное испытание с последовательной, пошаговой модернизацией предмета. Быстрое производство служит в качестве недорогой альтернативы стандартным способам при создании мелкосерийных партий.

FDM является одним из наименее дорогих способов печати, что обеспечивает растущую популярность бытовых принтеров, основанных на этой технологии. В быту 3D-принтеры, работающие по технологии FDM, могут применяться для создания самых разных объектов целевого назначения, а также игрушек, украшений и сувениров.

Расходные материалы

FDM-принтеры предназначены для печати термопластиками, которые обычно поставляются в виде тонких нитей, намотанных на катушки. Ассортимент пластиков весьма широк. Одним из наиболее популярных материалов является полилактид, или «PLA-пластик». Этот материал изготавливается из кукурузы или сахарного тростника, что обуславливает его нетоксичность и экологичность, но делает его относительно недолговечным. АБС-пластик, наоборот, очень долговечен и износоустойчив, хотя и восприимчив к прямому солнечному свету и может выделять небольшие объёмы вредных испарений при нагревании. Из этого материала промышленным образом производятся многие пластиковые предметы, которыми мы пользуемся на повседневной основе: корпуса бытовых устройств, сантехника, пластиковые карты, игрушки и т. д.

Кроме PLA и ABS возможна печать нейлоном, поликарбонатом, полиэтиленом и многими другими термопластиками, широко распространенными в современной промышленности. Возможно и применение более экзотичных материалов — таких, как поливиниловый спирт, известный как «PVA-пластик». Этот материал растворяется в воде, что делает его весьма полезным при печати моделей сложной геометрической формы. Вовсе необязательно печатать однородными пластиками. Возможно и применение композитных материалов, имитирующих древесину, металлы, камень. Такие материалы используют всё те же термопластики, но с примесями непластичных материалов. Связующим элементом в композитных материалах служат термопластики — именно они и определяют пороги прочности, термоустойчивости и другие физические и химические свойства готовых моделей.

Подробнее о реверс-инжиниринге методом 3D печати можно узнать здесь.