paramid3d.com Metody druku 3D przegląd

Transkrypt

1 paramid3d.com Metody druku 3D przegląd

2 DEFINICJA Druk 3D, drukowanie przestrzenne (ang. 3D printing), technikaprzyrostowa (ang. additive manufacturing): Proces wytwarzania trójwymiarowych, fizycznych obiektów na podstawie komputerowego modelu. Początkowo była to jedynie jedna z metod szybkiego prototypowania używana zarówno do budowania form i samych prototypów. Wraz z postępami dokładności wykonania obiektów przez drukarki 3D, stała się to także metoda wykonywania gotowych obiektów [ ] Drukowanie 3D to alternatywa dla tradycyjnych metod obróbki, bądź w razie konieczności wytworzenia modeli o bardzo skomplikowanym kształcie. Ze względu na fakt, iż drukowanie 3D jest techniką addytywną (materiał nabudowywany jest stopniowo, warstwa po warstwie w odróżnieniu od technik ubytkowych jak np. obróbka skrawaniem) możliwe jest wytworzenie modeli trójwymiarowych niemożliwych do wykonania tradycyjnymi metodami. źródło: Politechnika Łódzka, Instytut Technologii Polimerów i Barwników, Instrukcja laboratorium Drukowanie 3D

3 PROCESY TECHNIKI PRZYROSTOWEJ Główne różnice między procesami polegają na sposobie nanoszenia warstw oraz na zastosowanym materiale do tworzenia produktu.

4 SLS SLM SHS 3DP EBM DMLS Typ C Spiekanie proszków FDM, FFF DIW Typ B Wytłaczanie PROCESY TECHNIKI PRZYROSTOWEJ Typ D Kształtowanie wiązką elektronów EBF3 DLP Typ A Fotopolimeryzacja Typ E Laminacja LOM SLA

5 PROCESY TECHNIKI PRZYROSTOWEJ Typ Technologia Materiały Typ A Fotopolimeryzacja - utwardzanie światłem (Light polymerized) Typ B Wytłaczanie roztopionego materiału (Extrusion) Typ C Spiekanie proszków (Powder Bed) Typ D Kształtowanie wiązką elektronów (Wire) Typ E Laminacja - wycinanie i sklejanie cienkich warstw (Laminated) Stereolithography (SLA) Digital Light Processing (DLP) Fused deposition modeling (FDM) or Fused Filament Fabrication (FFF) Robocasting or Direct Ink Writing(DIW) Powder bed and inkjet head 3D printing (3DP) Electron-beam melting (EBM) Selective laser melting (SLM) Selective heat sintering (SHS) Selective laser sintering (SLS) Direct metal laser sintering (DMLS) Electron beam freeform fabrication (EBF3) Laminated object manufacturing (LOM) Fotopolimery Fotopolimery Tworzyw termoplastyczne, łatwo topliwe metale, materiały spożywcze, guma, glina, plastelina, glinki jubilerskie Materiały ceramiczne, stopy metali, mieszanki ceramiczno-metalowe, kompozyty ceramiczne, kompozyty metali Prawie wszystkie stopy metali, sproszkowane polimery, gips Prawie wszystkie stopy metali łącznie ze stopami tytanu Stopy tytanu, stopy chromowo-kobaltowe, stal nierdzewna, aluminium Proszki tworzyw termoplastycznych Tworzywa termoplastyczne, proszki metal, proszki ceramiczne Prawie wszystkie stopy metali Prawie wszystkie stopy metali Papier, folie metalowe, folie plastikowe źródło:

6 TYP A FOTOPOLIMERYZACJA: STEREOLITOGRAFIA (SLA) Stereolitografia (SLA lub STL) polega na punktowym utwardzaniu ciekłego materiału (żywicy epoksydowej lub akrylowej) przy użyciu wiązki laserowej małej mocy. Naświetlona promieniowaniem ultrafioletowym żywica ulega polimeryzacji utwardzeniu. Po nałożeniu i utwardzeniu jednej warstwy, proces jest powtarzany dla kolejnej i tak aż do wyprodukowania całego modelu. Jeżeli stopień skomplikowania konstrukcji tego wymaga, budowane są także specjalne podpory podtrzymujące elementy konstrukcji. Podpory są generowane automatycznie przez program sterujący procesem prototypowania. Po wyjęciu z maszyny gotowego modelu należy usunąć podpory. źródło:

7 TYP A - STEREOLITOGRAFIA (SLA) schemat działania

8 TYP B WYTŁACZANIE: FDM Wytłaczanie roztopionego materiału znane w skrócie jako FDM, FFF polega na budowaniu modelu poprzez nakładanie kolejnych warstw półpłynnego, termoplastycznego materiału, podawanego przez termiczne głowice wyposażone w wymienne dysze. Gdy konieczne jestwykonanie elementu podporowego, w kolejnej warstwie oprócz właściwego materiału dokładany jest także materiał podporowy (z ang. support). Charakterystyczne dla tej technologii jest to, iż oba rodzaje materiału dostępne są w postaci włókien nawiniętych na bębny. Włókna są odwijane i podawane do głowicy, w niej podgrzewane do stanu półpłynnego i nanoszone w postaci warstwy, która szybko stygnie i twardnieje, tworząc podstawę dla kolejnych warstw. źródło:

9 TYP B WYTŁACZANIE: FDM schemat działania 1 nozzle ejecting molten material, 2 deposited material (modeled part), 3 controlled movable table źródło: źródło: reprap.org

10 TYP C SPIEKANIE PROSZKÓW: SLS Selektywne spiekanie laserowe (SLS, z ang. Selective laser sintering) jedna z kilku technik drukowania przestrzennego z proszków spiekanych. W metodzie tej kolejne, bardzo cienkie warstwy materiału są punktowo utwardzane laserem (spiekane). Nieutwardzony proszek jest następnie usuwany. Dzięki zawieszeniu przedmiotu w proszku unika się problemów typowych dla metody SLA, gdzie elementy przedmiotu nie mogą być zawieszone w powietrzu lecz wymagają podpór, które następnie są usuwane.

11 TYP C SPIEKANIE PROSZKÓW: SLS schemat działania

12 TYP D KSZTAŁTOWANIE WIĄZKĄ ELEKTRONÓW Electron Beam Freeform Fabrication (EBF3) jedna z metod technik przyrostowych jest rozwijana w ośrodku badawczym Langley Research Center należącym do NASA. Obecnie projekt wchodzi w swoją ostatnią fazę, a inżynierowie NASA starają się dostosować jego działanie do pracy na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Drukarka 3D zamiast lasera używa strumienia elektronów emitowanych z działa elektronowego. Materiałem stosowanym w EBF3 są prawie wszystkie stopy metali, z których wybijane cząstki tworzą warstwy kształtowanego przedmiotu. Dzięki pracy w bardzo wysokiej temperaturze ( C) produkty powstałe tą technologią są wytrzymałe i nie wykazują tendencji do odkształcania się przy stygnięciu. Podobnie jak w przypadku technologii SLS na wyjęcie materiału trzeba poczekać nawet kilka godzin.

13 TYP D KSZTAŁTOWANIE WIĄZKĄ ELEKTRONÓW

14 TYP E LAMINACJA (LOM) Laminacja (ang. Laminated Object Manufacturing) polega na wycinaniu laserem i tworzeniu modelu z warstwpapieru i laminatu poliestrowego połączonychrazem. Specjalny papier zostajepodany na stół roboczy, następnie laser wycina odpowiedni kształt warstwy. Po uzyskaniu odpowiedniego kształtu warstwy, stół obniża się o grubość warstwy i cały cykl zostaje powtórzony. Zaletą technologii LOM jest to, iż otrzymane modele są trwałe, wytrzymałe, elastyczne. Można je poddawać obróbce (np. wiercenie, szlifowanie, malowanie). Ponadto, w zależności od modelu drukarki 3D, możliwe jest drukowanie modeli kolorowych lub całkowicie przezroczystych.

15 TYP E LAMINACJA schemat działania

16 ZASTOSOWANIE DRUKAREK 3D Za pomocą różnego rodzaju drukarek 3D można wytworzyć: o gotowe produkty o półprodukty wymagające dalszej obróbki o elementy przedmiotów wykonanych w innej technologii i/lub innych materiałów o prototypy i produkty koncepcyjne o formy do wykonania właściwych elementów lub prototypów o w ograniczonej formie także różnego rodzaju tkanki

17 WYBÓR METODY DRUKU 3D ZASTOSOWANIE MODELU Kryterium zastosowania modelu przyjmujemy jako jedno z podstawowych wyborów technologii druku 3D. Modele możemy podzielić na: o zapewniające jedynie wstępną weryfikację, czyli odzwierciedlające kształt, formę modelu jedynie w sposób przybliżony, mniej precyzyjny o funkcjonalne, czyli posiadające niektóre parametry zbliżone lub nawet identyczne z parametrami właściwego wyrobu. Pozwalają one na dokładną prezentację gotowego przyszłego wyrobu, mogą posłużyć chociażby do oceny zainteresowania produktem o będące gotowymi elementami służącymi do przeprowadzania badań własności fizycznych, przeanalizować możliwość wprowadzenia zmian w już wytwarzanych produktach etc. Gdy znamy zastosowanie naszego modelu, łatwo możemy określić z jakiego materiału powinien zostać wykonany i chociażby na tej podstawie możemy dokonać wyborutechnologii.

18 CZYNNIKI WYBORU RODZAJU DRUKARKI 3D Główne czynniki wpływające na wybór rodzaju drukarki 3D to: o prędkość drukowania o rodzaju materiału do druku 3D o koszt materiału do druku 3D o koszt zakupu drukarki 3D o możliwość uzyskania wydruku barwnego Możliwości wykorzystania wydruku 3D zależą głównie od: o dostępności i ceny materiałów o jakość wydruku o wielkość wydruku = kubatura urządzenia

19 OGRANICZENIA Dla większości technik druku przestrzennego ograniczeniem jest to, że nie można tworzyć zamkniętych przestrzeni z pustym wnętrzem wyjątkiem jest technika nakładania warstw za pomocą roztopionego materiału FDM. Natomiast na precyzję wykonania wydruku 3D wpływa głównie dokładność pozycjonowania elementów sterujących oraz sam materiał z jakiego wykonywany jest przedmiot. Drukarki 3D zwłaszcza wykorzystujące technikę druku z proszków metali są zazwyczaj bardzo drogie. Jednak mniej kosztowne drukarki 3D wykorzystujące technikę FDM mogą służyć do przygotowania formy, która służy do odlewania metalowych części.

20

21 PARAMID 3D PROSTA OFFICE CENTER UL. PROSTA 51, WARSZAWA