МД (Методология создания твердотельных моделей с использованием технологий аддитивного производства), страница 9

На выходе 3D модель представляет собой прочную и жесткуюструктуру. Учитывая, что модель создается путем плотного сжатия листов бумаги, конечный продукт – это практически воссозданное дерево. Модель генерирует тепло, вызывает тактильные ощущения и приятна на ощупь.Модель можно будет обработать любым желаемым способом для того, чтобы она отвечала всем необходимым требованиям.551.4 Результаты сравнительного анализа методов трехмерной печатиНа данный момент самой популярной является технология печати FDMблагодаря своей простоте и доступности даже рядовому пользователю в домашних условиях.

Принтеры, печатающие по технологии FDM продаются подоступной цене, как и материал различного типа и различных свойств.Стабильность размеров также является одним из главных преимуществ моделей, изготовленных по технологии FDM (этим отличается и технология SLS).Размеры модели по мере снижения ее температуры до комнатной стабилизируются и после извлечения модели из установки больше не меняются с течениемвремени и под воздействием окружающей среды. Что касается технологий SLAи PolyJet, то это в определенной степени не так [34].Обычно в технологиях быстрого прототипирования для достижения необходимого качества моделей требуется последующая ручная доработка.

Например, технология SLA требует удаления поддержки вручную и доработки припомощи наждачной бумаги. Это означает, что точность детали уже зависит нетолько от установки, на которой она была произведена, но и от квалификациидоработчика.Подходящая установка FDM из модельного ряда выбирается исходя из того,какие именно прототипы необходимо изготавливать. У установки Maxum максимальная рабочая зона – 600x500x600 мм – как и у самой большой установкиSLA. Наибольшие размеры детали, изготавливаемой на установке Titan, –406x355x406 мм (этот размер немного больше, чем у аналогичной системы SLSSinterstations); максимальные размеры моделей, изготавливаемых на установкеProdigy Plus, – 203x203x305 мм.

Этот размер чуть меньше минимальных поразмеру установок PolyJet и SLA. Необходимо отметить, что, в отличие отустановок, работающих по другим RP-технологиям, заявленный размер рабочей зоны установок FDM всегда соответствует максимальному размеру прототипов, которые можно на них изготовить.56Необходимо отметить, что на время прототипирования по технологии FDMвысота модели (то есть ее размер относительно оси Z установки) не оказываетстоль значительного влияния, как в технологиях SLA, SLS и PolyJet. Вследствие этого выстраиваемую модель можно располагать в пространстве так, чтобы получить оптимальное качество поверхности без потери во времени.

В других же технологиях приходится выбирать между качеством детали и временемее построения: расположение прототипа в нижней точке рабочей зоны установки сокращает время построения модели, что приводит к некоторому ухудшению качества получаемой детали. Не влияет на время изготовления прототипапо технологии FDM и тип моделирующего материала, тогда как в технологияхSLA и SLS время построения в зависимости от материала может увеличитьсяна 20% и более [24].В таблице 2 приведено сравнение 5 основных технологий 3D печати порошковое лазерное спекание (SLS), лазерная стереолитография (SLA), технологияпечати от Z-Corp (3DP), полиструйная технология (PJET или MJM), моделирование методом наплавления (FDM). Оценка качества выращенных прототиповпроводилась по пяти категориям [25].Таблица 2 – Сравнение 5 основных технологий 3D печатиКачествоТехнологии Точность мелкихдеталейPJET11SLA1,3313DP12,33SLS23FDM12ПрочностьГладкостьповерхностиФункциональность2,52,661,3313113321,52113Итоговыйбалл77,998,661011Максимальный балл был равен 1 минимальный 3: точность – показывает, насколько идентичен полученный прототип заложенному в компьютер проекту.

Количественная оценка происходит, как визуальным методом, так и при помощи измерительных приборов;57 качество мелких деталей – оценивает насколько качественно и точнонапечатаны мелкие элементы на прототипе. Кроме всего прочего, оцениваетстепень устойчивости небольших деталей к истиранию; прочность – характеризует твердость образца. Оценивается степень деформации при сжатии и разрыве, кручении и изломе; гладкость поверхности – оценивает степень шероховатости и зернистостьповерхностной структуры изделия.

Проверка происходит органолептическимметодом; функциональность – относительный параметр, характеризующий удобство применения и время жизни полученного прототипа при использовании егопо назначению.1.5 Расходные материалы для FDM/FFF печатиТехнология FFF имеет массу преимуществ, среди которых относительнаяпростота конструкции принтеров и ценовая доступность как устройств, так ирасходных материалов. Как правило, для печати используются термопластики,но есть и исключения – композитные материалы, содержащие различные добавки, но основанные на термопластиках [20].Список рассматриваемых термопластиков: полилактид (PLA, ПЛА); акрилонитрилбутадиенстирол (ABS, АБС); поливиниловый спирт (PVA, ПВА); нейлон (Nylon); поликарбонат (PC, ПК); полиэтилен высокой плотности (HDPE, ПНД); полипропилен (PP, ПП); поликапролактон (PCL); полифенилсульфон (PPSU);58 полиметилметакрилат (Acrylic, оргстекло, акрил, ПММА); полиэтилентерефталат (PET, ПЭТ); ударопрочный полистирол (HIPS); древесные имитаторы (LAYWOO-D3, BambooFill); имитаторы песчаника (Laybrick); имитаторы металлов (BronzeFill).1.5.1 Полилактид (PLA, ПЛА)Полилактид – один из наиболее широко используемых термопластиков, чтообуславливается сразу несколькими факторами.

PLA известен своей экологичностью. Этот материал является полимером молочной кислоты, что делает PLAполностью биоразлагаемым материалом. Сырьем для производства полилактида служат кукуруза и сахарный тростник. В то же время, экологичность полилактида является причиной его недолговечности. Пластик легко впитывает водуи относительно мягок. Как правило, модели из PLA не предназначены дляфункционального использования, а служат в качестве дизайнерских моделей,сувениров и игрушек.

Среди немногих практических промышленных применений можно отметить производство упаковки для пищевых продуктов, контейнеров для лекарственных препаратов и хирургических нитей, а также использование в подшипниках, не несущих высокой механической нагрузки (например,в моделировании), что возможно благодаря отличному коэффициенту скольжения материала.Одним из наиболее важных факторов для применения в 3D-печати служитнизкая температура плавления – 170-180°C, что способствует относительнонизкому расходу электроэнергии и использованию недорогих сопел из латуни иалюминия. Как правило, экструзия производится при 160-170°C.

В то же время,PLA достаточно медленно застывает (температура стеклования составляет порядка 50°C) [21].59PLA обладает низкой усадкой, что способствует предотвращению деформаций. Тем не менее, усадка имеет кумулятивный эффект при увеличении габаритов печатаемых моделей. В последнем случае может потребоваться подогреврабочей платформы для равномерного охлаждения печатаемых объектов.1.5.2 Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS, АБС)ABS-пластик – самый популярный термопластик из используемых в 3Dпечати, но не самый распространенный, что объясняется определенными трудностями технического характера, возникающими при печати ABS [22]. Популярность обусловлена отличными механическими свойствами, долговечностьюи низкой стоимостью этого материала. В промышленности ABS-пластик ужеполучил широкое применение: производство деталей автомобилей, корпусовразличных устройств, контейнеров, сувениров, различных бытовых аксессуарови пр.ABS-пластик устойчив к влаге, кислотам и маслу, имеет достаточно высокие показатели термоустойчивости – от 90°C до 110°C.

К сожалению, некоторые виды материала разрушаются под воздействием прямого солнечного света,что ограничивает применение. В то же время, ABS-пластик легко поддаетсяокраске, что позволяет наносить защитные покрытия на немеханические элементы.Несмотря на относительно высокую температуру стеклования порядка100°C, ABS-пластик имеет относительно невысокую температуру плавления.Ввиду аморфности материала, ABS не имеет точки плавления, как таковой, ноприемлемой температурой для экструзии считается 180°C, что на одном уровнес вышеописанным PLA. Более низкий разброс температур между экструзией истеклованием способствует более быстрому застыванию ABS-пластика посравнению с PLA.Основным минусом ABS-пластика считается высокая степень усадки приохлаждении – материал может потерять до 0,8% объема.

Этот эффект можетпривести к значительным деформациям модели, закручиванию первых слоев и60растрескиванию. Для борьбы с этими неприятными явлениями используютсядва основных решения: применяются подогреваемые рабочие платформы, способствующие снижению градиента температур между нижними и верхними слоями модели; 3D-принтеры для печати ABS-пластиком зачастую используют закрытыекорпуса и регулировку фоновой температуры рабочей камеры. Это позволяетподдерживать температуру нанесенных слоев на отметке чуть ниже порогастеклования, снижая степень усадки. Полное охлаждение производится послеполучения готовой модели.Относительно низкая «липучесть» ABS-пластика может потребовать дополнительных средств для сцепки с рабочей поверхностью, таких как клейкая лента, полиимидная пленка или нанесение раствора ABS-пластика в ацетоне наплатформу непосредственно перед печатью.В то время как при комнатной температуре ABS не представляет угрозыздоровью, при нагревании пластика выделяются пары акрилонитрила – ядовитого соединения, способного вызвать раздражение слизистых оболочек иотравление.