Начало статьи по ссылке — часть 1

Основные технологии аддитивного построения

После определения класса устройства которое вас интересует, необходимо выбрать основную аддитивную технологию, подходящую для решения Ваших задач. Следующий параграф статьи посвящен их краткому описанию. Более подробно ознакомьтесь у нас на сайте по соответствующим ссылкам. Следующая диаграмма, позаимствованная с ресурса 3dhubs.com показывает вам насколько много существует технологий аддитивного построения и какими основными игроками рынка они продвигаются.

12| Технология аддитивного производства

Однако, эта диаграмма уже устарела и не содержит нескольких очень интересных реализаций 3D-печати. Это произошло не потому, что уважаемые исследователи рынка что-то просмотрели, а потому что и рынок и технологии развиваются настолько стремительно, что информация о них устаревает каждые полгода. Не следует углубляться в особенности и разнообразие всех технологий — это тема совсем другой статьи. «Как же так? — спросите Вы, — это же самое главное — правильно выбрать технологию!» Нет, самое главное — подобрать эффективное решение вашей задачи, ради которой Вы обратились к покупке 3D-принтера. Так вот, как Вы увидите очень скоро, одну задачу можно решить несколькими способами и несколькими разными технологиями, а вот эффективность ее решения гораздо сильнее зависит от правильно выбранного класса оборудования, конкретного технического решения и квалификации вашего персонала. Если у вас нет профессионального водителя, то дизельная у вас или бензиновая фура роли уже не играет. И наоборот, если вы собрались поехать в Большой театр, то не так важна автоматическая коробка на вашей легковой машине или ручная — задача будет решена успешно. Важно Вам «дать удочку, а не рыбу» — вооружить Вас правильным подходом к принятию решения.

Итак, согласно стандарту ISO/ASTM 52900 различают всего семь основных принципиальных типов аддитивного построения. Именно они находятся сверху диаграммы, давая начало всему дальнейшему развитию реализаций аддитивных технологий. Вот следует сосредоточимся опять же для установки единой терминологии:

• Material extrusion = Построение экструзией материалов (FDM) — Нагретый и расплавленный материал-термопласт избирательно дозируется через сопло или отверстие. Важно: рабочий материал не обязательно в виде нити, может быть и в гранулах (FGF).

• Vat photopolymerization = Полимеризация в резервуаре (SLA, DLP или LCD) — Жидкий фотополимер в резервуаре селективно отверждается ультрафиолетовым излучением. Источником такого излучения может быть как лазер, так и проектор.

• Powder bed fusion = Селективное спекание или сплавление порошкового материала (SLS, DMLS & SLM) — источник высокой энергии избирательно плавит частицы порошка, равномерно слой за слоем наносимого от платформы

• Material jetting = Струйная трехмерная печать материала (MJ) — Капли жидкого материала наносятся струйной печатающей головкой, выборочно осаждаются и отверждаются

• Binder jetting = Струйное нанесение связующего (BJ) — Жидкий связующий агент наносится струйной печатающей головкой, избирательно связывает участки слоя равномерно нанесенного порошкового материала

• Direct energy deposition = Прямая наплавка материала высокой энергией (LENS, LBMD) — Высокоэнергетический источник сплавляет материал при его осаждении

• Sheet lamination = Послойное листовое ламинирование (LOM, UAM) — Листы материала вырезаются для достижения формы и наносятся (приклеиваются, ламинируются) послойно

На настоящем этапе важно не разнообразие реализаций этих основных технологий, а как они соотносятся с классами аддитивного оборудования. Не все технологии представлены во всех классах, и этому есть логичное объяснение.

13| Соотношение технологии с классом аддитивного оборудования

Причины такого неравенства достаточно объективны: не все технологии могут обеспечить простоту и невысокую стоимость 3D-принтера для класса "персональных" и не все могут достичь производительности и низкой себестоимости, чтобы подойти классу "промышленных". А вот в классе "профессиональных« представлены все технологии — это очевидно, только так можно достичь всего разнообразия возможностей, ради чего и существует этот класс оборудования. К этой таблице можно будет вернуться и дальше, а на настоящем этапе этой информации уже достаточно, чтобы двигаться дальше по намеченному логическому пути выбора. А на Вашем пути встает камень как в сказке про Илью Муромца — три пути (по классам оборудования).

Выбор технического решения настольного персонального 3D-принтера

От камня вы повернули налево — в сторону настольного решения. Двигайтесь дальше по намеченному маршруту: набор требуемых материалов -> требования по точности/разрешению -> выбор технического решения

Набор требуемых и возможных материалов

Выбор и невелик и велик одновременно. С одной стороны, Вы ограничены только двумя основными технологиями: Экструзия материала и фотополимеризация. Вам доступны только термопласты в виде нити или жидкие фотополимеры, но их представлено на рынке уже великое множество. На нашем сайте Вы сможете получить исчерпывающую информацию по всем пластикам-нитям для настольных принтеров по следующей ссылке. Таблица далее подскажет Вам каким набором материалов вы сможете печатать исходя из категории настольного принтера:

Соотнесите набор материалов с вашими потребностями, убедитесь в возможности их реализации и переходите к следующему этапу. Для «собери сам» и «домашнего» путь выбора завершен.

Требования по точности/разрешению и выбор технического решения

Этот этап выбора имеет смысл только для категории персонального рабочего инструмента. Рассмотрим три варианта требований.

1. Требуются максимально возможное разрешение и гладкая поверхность моделей. Разнообразием материалов и размером рабочей камеры можно пожертвовать -> Настольный 3D-принтер с LCD-дисплеем. Сейчас такие устройства стоят очень недорого, в пределах 50-70 тысяч рублей. Если LCD элемент имеет разрешение 1920×1080 (Full HD), то камера получится совсем небольшой — буквально несколько сантиметров. Путь увеличения — выбор устройства с панелью 2К или 4К.
   Примеры подобных устройств: iSUN LCD 3.0 или Wanhao Duplicator
   7 Plus,
   оба с разрешением LCD дисплея 2К: 2560×1440. Важный момент: LCD-панель имеет ограниченный ресурс, всего около 1000 часов. Поэтому если Вы собираетесь работать много, а не от случая к случаю, и работоспособность 3D-принтера для вас критична, советуем обратить внимание на устройство с проектором DLP. Как пример можно привести Flashforge Hunter. Ресурс DLP принтеров будет намного выше, но и цена тоже. В соотношении ресурса к цене Вы выиграете существенно.

2. Требуется печать прочных объектов, но достаточно простых по форме (геометрии). Вам подойдёт настольный FDM принтер с закрытой камерой с одним экструдером. Поддержки вы сможете печатать только тем же материалом, что и основной объект, но для простой геометрии это вполне допустимо. Закрытая камера позволит использовать материалы с повышенной термоусадкой, такие как ABS и нейлон, зато они значительно прочнее PLA. Поверхность полученных изделий будет слоистой. Снизить такой эффект можно выбором сопла с малым диаметром, например 0.2-0.3 мм, и печати слоем 0.1 мм, но за это придётся заплатить более низкой производительностью. Выберите принтер со сменными соплами. Пример подобного 3D-принтера: Picaso Designer X PRO (Россия). На рынке подобных устройств очень много, выбор у вас будет богатый.

3. Нужны максимальные возможности по использованию разных материалов и печати предметов со сложной геометрией. А гладкость поверхности пусть не так критична. Выберите решение с двумя (или более) экструдерами для возможности печати растворимой поддержки совместно с основным материалом. Удалить поддержку растворением получится и из самых труднодоступных мест вашей детали/изделия. Возможность пользоваться самыми различными материалами обеспечит закрытая камера, подогреваемый стол и нагрев экструдера до температуры 400^оС. Но будьте готовы заплатить за такой 3D-принтер уже 300 000 рублей и больше. Примеры: Picaso Designer X PRO (Россия), 3DGence Double P255 (Польша), Raise3D Pro2 (Китай), Ultimaker 3 (Нидерланды). Выбор нужно делать аккуратно — конструктивно принтер с двумя экструдерами сложнее одноэкструдерного, и качественно их умеют делать только крупные известные производители.

Итак, выбор будет за Вами. Персональный 3D-принтер можно покупать в интернет-магазине даже без предварительной подробной «очной» демонстрации. Конкретную модель Вам представит продавец-консультант. Почитайте в блогах отзывы различных пользователей. Делайте выбор исходя из своих финансовых возможностей и бюджета — для персональных принтеров это нормально. Лучше выберите проверенную простую модель от известного производителя, чем «навороченную» неизвестного. Скорее всего, вторая работать не будет или будет недолго. Обратите внимание на наличие русского интерфейса и наглядной документации. Особенно это будет полезно, если вы (с вашим ребенком) только начинаете изучать аддитивные технологии. Сразу обеспечьте себя стартовым комплектом расходников. Начните с печати простых моделей, бесплатно распространяемых в интернете. Двигайтесь постепенно от простого к более сложному, и вы обязательно полюбите 3D-печать.

Если прошло время, и вы осознали, что вам нужен 3D-принтер и с высоким качеством поверхности, и с возможностью применения различных материалов (в том числе очень прочных) для печати объектов сложной геометрии, то таких настольных персональных принтеров не существует. Вам пора рассмотреть класс профессиональных устройств.

Выбор технического решения профессионального 3D-принтера

Широкий выбор применимых материалов и технологий усложняет процесс выбора. Возможно почти всё, но нюансы кроются именно в слове «почти»: почти идеально гладкая поверхность, почти точное воспроизведение размеров, почти максимально достижимая теоретически прочность и т.п. Для начала давайте вспомним, какие основные категории профессиональных 3D-принтеров мы обозначили:

1. Узкоспециализированные устройства специального назначения

2. 3D-Принтеры для прототипирования

3. 3D-принтеры широкого профиля

4. Устройства аддитивного построения с большой рабочей камерой

Алгоритм выбора технического решения для каждой категории так же подчиняется обозначенной ранее логике: возможные технологии -> набор требуемых материалов -> требования по точности/разрешению -> выбор технического решения. Но есть различия в нюансах и аспектах, на которые с первую очередь следует обратить внимание. Рассмотрим по порядку.

Выбор узкоспециализированного профессионального 3D-принтера

Вы выбираете не устройство, а готовое технологическое решение для вашей узкой отрасли — допустим, ювелирного производства или зубоврачебной клиники. Набор материалов регламентирует технология основного производства или медицинские стандарты безопасности. Экспериментам тут не место. Обратитесь к специализированному интегратору — поставщику аддитивных решений для Вашей отрасли. Запросите полный набор разрешительной и регламентирующей документации, подробное описание технологии. Попросите (или нет, даже потребуйте) ознакомиться с внедренным ранее решением. Если для этого нужно поехать за рубеж, то нужно это обязательно сделать. Почему так строго? Потому что цена ошибки — бесполезно потраченные на приобретение устройства финансовые средства. Вы не сможете применять несовместимое по технологическим или юридическим причинам аддитивное оборудование. И напротив: вовремя предоставленная вам разрешительная документация и углубленные консультации по внедрению сэкономят вам как финансовые средства, так и драгоценное время.

Итак, единственно верный путь выбора узкоспециализированного профессионального оборудования — обращение к специализированному интегратору с опытом внедрений. Все необходимое для принятия решения вам покажут, расскажут и продемонстрируют. Дублировать работу узких профессионалов в настоящей статье не имеет смысла.

Выбор профессионального 3D-принтера для прототипов и широкого профиля

Алгоритм выбора такого оборудования практически совпадает, рассмотрим его как общий. Разница заключается только в том, что для устройства прототипирования допустим закрытый принцип использования расходных материалов. В некотором смысле он даже полезен, так как обеспечивает предсказуемый результат и постоянные параметры напечатанных прототипов год назад, вчера, сегодня и завтра. Принтер широкого профиля для проведения R&D по применению в вашей отрасти и технологическом процессе различных новых материалов конечно должен быть «открытым». Во всем остальном алгоритм идентичен:

Определите, с какими материалами Вы собираетесь работать и после этого сделайте предварительный выбор одной или нескольких из 7 описанных технологий. В этом Вам поможет следующая схема:

Определите, что важнее для Вашего прототипа: размеры для проверки на собираемость, прочностные характеристики, термо- и химическая устойчивость или имитация внешнего вида будущего изделия (детали, оснастки). То же самое, если вы будете изготавливать не прототипы, а сами детали или оснастку из самых различных материалов — все равно постарайтесь ответить на вопрос: «Что мне важнее?» После этого пройдите по стрелкам следующей диаграммы и снова определите возможные технологии:

1. Пересечение вашего выбора по этим двум диаграммам даст самого вероятного кандидата. Если допустимых технологий осталось две или три — это даже хорошо, ваши задачи могут быть решены разными способами, и есть выбор по бюджету. Помните пример про Большой театр?

2. Следующий этап отбора — самый важный. Оцените возможности отобранных технологий-кандидатов справиться с требуемой геометрией ваших прототипов или опытных образцов. Для этого изучите следующую таблицу (по материалам сайта 3dhubs.com):

Сверили с вашими строгими требованиями и отсеяли негодные варианты? Если в результате остался только один вариант — замечательно. Если же выбор так и не сделан, то включите «кошелек» и возьмите более экономичное устройство. Другой важный аспект, способный повлиять на ваш окончательный выбор — перспектива дальнейшего развития технологии, появления новых материалов с недоступными ранее свойствами. На этом экономить не рекомендую. А далее конкретную модель и производителя вам подскажет системный интегратор. Техника такого уровня на интернет-магазине «на углу» не покупается. Посетите демо-зал интегратора или участок с уже внедренным оборудованием, закажите тестовую печать и подробный расчёт ее себестоимости, выясните порядок заказа и закупки расходных материалов. Договоритесь о сроке поставки оборудования, он может оказаться до полугода, это нормально. Оговорите отдельно проведение ПНР (пуско-наладочных работ) и регламентного технического обслуживания. По опыту полный цикл проекта по поставке профессионального аддитивного устройства занимает до года.

Выбор профессионального оборудования с большой камерой построения

Еще раз вспомните, что означает в нашей терминологии «большая рабочая камера». Это камера с суммой измерений по длине-ширине-высоте от 2м, например 70см*70см*60см. Этот критерий практически сразу оставляет две технологии: FDM и фотополимеризацию = SLA (стереолитографию). Устройства изготовления песчаных литейных форм по технологии BJ относятся к «промышленным» — вы это дальше увидите. Далее выбор достаточно прост — если не жалко финансовых средств на дорогую фотополимерную смолу и устройство стоимостью до миллиона долларов, но необходима очень высокая точность и гладкая поверхность, выберите SLA. Если бюджет поджимает, да и материалы такие дорогие нежелательны — выберите FDM, но будьте готовы к трудоёмкой постпечатной обработке — шлифованию, галтовке, шпаклёвке, покраске. Потому что поверхность получится слоистая — толщина слоя у FDM-принтеров с большой камерой может достигать 1мм, это сильно заметно и в некоторых случаях неприемлемо.

Окончание статьи по ссылке — часть 4