Войти
Схематическое изображение процесса: движущаяся головка a) выборочно связывается (путем падения клеем или лазерным спеканием) поверхность порошкового слоя д); подвижная платформа f) постепенно опускает слой, и затвердевший объект d) остается внутри несвязанного порошка. Новый порошок непрерывно добавляется в слой из резервуара для порошка c) с помощью механизма выравнивания b) Струйная 3D-печать на связующем, известная под разными названиями как «Порошковый слой и струйная печать» и «Капля на порошке» печать, это технология быстрого прототипирования и аддитивного производства для создания объектов, описываемых цифровыми данными, такими как файл САПР. Распыление связующего - одна из семи категорий процессов аддитивного производства в соответствии с ASTM и ISO.
Эта технология была впервые разработана в Массачусетском технологическом институте и запатентована в 1993 году. В 1996 году, компании ExOne был предоставлен эксклюзивный патент на эту технологию, а Z Corporation, которая позже была приобретена 3D Systems, получила неисключительный патент на использование технологии для литья металлов. целей. Термин «трехмерная печать» был зарегистрирован исследовательской группой Массачусетского технологического института вместе с аббревиатурой 3DP. В результате, термин «3D-печать» первоначально относился исключительно к процессу струйной печати на связующем, до того как получил более широкое распространение как термин, относящийся ко всем процессам аддитивного производства.
Как и во многих других процессах аддитивного производства, деталь для печати создается из множества тонких поперечных сечений 3D-модели. Печатающая головка для струйной печати перемещается по слою порошка, выборочно осаждая жидкий связующий материал. Тонкий слой порошка распределяется по завершенному участку, и процесс повторяется, при этом каждый слой прилипает к последнему.
Когда модель завершена, несвязанный порошок автоматически и / или вручную удаляется в процессе, называемом «удаление порошка», и может быть повторно использован до некоторой степени.
Деталь с удаленным порошком может необязательно подвергаться различным пропиткам или другим видам обработки для получения желаемых свойств конечной детали.
A 3D-селфи в масштабе 1:20, напечатанные Shapeways с использованием гипсовой печати, созданные парком миниатюр Madurodam из 2D-изображений, сделанных в его фотобудке Fantasitron. В исходных реализациях крахмал и гипсовый гипс заполняют слой порошка, при этом жидкое «связующее» представляет собой в основном воду для активации гипса. Связующее также включает красители (для цветной печати) и добавки для регулировки вязкости, поверхностного натяжения и точки кипения в соответствии со спецификациями печатающей головки. Получающиеся детали из гипса обычно не обладают «прочностью в сыром виде » и требуют пропитки расплавленным воском, цианоакрилатным клеем, эпоксидной смолой и т. обработка.
Хотя не обязательно использовать обычную струйную технологию, для формирования объектов химическими или механическими средствами можно использовать различные другие комбинации порошка и связующего. Полученные детали затем могут быть подвергнуты различным режимам последующей обработки, таким как пропитка или отжиг. Это может быть сделано, например, для удаления механического связующего (например, путем сжигания) и консолидации материала сердцевины (например, путем плавления) или для образования композитного материала, сочетающего свойства порошка и связующего. В зависимости от материала полноцветная печать может быть вариантом, а может и не быть. По состоянию на 2014 год изобретатели и производители разработали системы для формования объектов из песка и карбоната кальция (образуя синтетический мрамор ), акрил порошок и цианоакрилат, керамический порошок и жидкое связующее, сахар и вода (для изготовления конфет) и т. д. Одним из первых коммерчески доступных продуктов, в которых использовался графен, был порошковый композит, используемый в порошковой струйной головке 3D-печати.
Технология 3D-печати имеет ограниченный потенциал для изменения свойств материала в одной конструкции, но обычно ограничивается использованием обычного основного материала. В исходных системах Z Corporation поперечные сечения обычно печатаются с твердыми контурами (образующими сплошную оболочку) и внутренним рисунком меньшей плотности для ускорения печати и обеспечения стабильности размеров по мере отверждения детали.
Помимо объемного цвета за счет использования нескольких печатающих головок и цветного связующего, процесс 3D-печати, как правило, быстрее, чем другие технологии аддитивного производства, такие как моделирование методом наплавления струйная обработка материала, которая требует нанесения 100% строительного материала и материала основы с желаемым разрешением. В 3D-печати основная масса каждого напечатанного слоя, независимо от сложности, наносится одним и тем же быстрым процессом нанесения.
Как и в случае с другими технологиями порошкового слоя, опорные конструкции обычно не требуются, поскольку сыпучий порошок поддерживает нависающие особенности и сложенные или подвешенные объекты. Исключение печатных опорных структур может сократить время сборки и использование материалов, а также упростить как оборудование, так и постобработку. Однако само удаление порошка может оказаться деликатным, грязным и трудоемким делом. Поэтому некоторые машины автоматизируют удаление порошка и переработку порошка, насколько это возможно. Поскольку весь объем сборки заполнен порошком, как в случае с стереолитографией, в конструкции должны быть предусмотрены средства для вакуумирования полой части.
Как и другие процессы порошкового слоя, чистота поверхности и точность, плотность объекта и - в зависимости от материала и процесса - прочность детали могут быть хуже, чем у таких технологий, как стереолитография (SLA) или селективное лазерное спекание (SLS). Хотя «ступенчатые» и асимметричные размерные свойства являются особенностями 3D-печати, как и большинства других многослойных производственных процессов, материалы для 3D-печати обычно консолидируются таким образом, чтобы минимизировать разницу между разрешением по вертикали и в плоскости. Этот процесс также обеспечивает растеризацию слоев с заданными разрешениями, быстрый процесс, который может учитывать пересекающиеся твердые тела и другие артефакты данных.
Порошковые и струйные 3D-принтеры обычно варьируются в цене от 50 000 до 2 000 000 долларов, однако существует набор DIY для любителей, продающийся от 800 долларов для преобразования потребительского FDM-принтера в порошковый / струйный принтер.
Детали, напечатанные с использованием процесса струйной печати связующего, по своей природе являются пористыми и имеют незавершенную поверхность, поскольку в отличие от сплавления в порошковом слое порошки физически не плавятся и соединяются связующим веществом. В то время как использование связующего позволяет измельчать материалы с высокой температурой плавления (например, керамические) и термочувствительные (например, полимерные) в порошок и использовать их для аддитивного производства, детали, распыляющие связующее, требуют дополнительной постобработки, которая может потребовать больше времени, чем требуется для печати детали, такой как отверждение, спекание и дополнительная отделка.
Рентгеновское изображение нормального металла и частиц агломерата, полученных во время процесса распыления связующего. Используемый порошок - нержавеющая сталь 316. 9 мкм. Обратите внимание на большие круглые частицы агломерата - они приводят к истощению слоя порошка. Распыление связующего особенно подвержено явлениям истощения слоя порошка, которое происходит, когда связующее падает на поверхность пороховой кровати. Эта проблема особенно распространена при струйном нанесении связующего, поскольку в отличие от традиционных процессов аддитивного производства (которые используют высокую температуру для плавления и сплавления порошков вместе), «струя» связующего, которая падает на слой, может вызвать образование больших агломератов полусвязанного порошка. выбрасываться с поверхности, оставляя подповерхностные зоны истощения (для порошка SS316 30 мкм наблюдалась глубина зоны истощения 56 ± 12 мкм). Рост зон истощения по мере нанесения последующих слоев порошка при печати может иметь серьезные последствия для качества деталей, напечатанных с помощью струйной печати связующего. Выброшенные агломераты приземляются на другие области слоя, в результате чего поверхность слоя становится менее ровной, размеры конечной части деформируются и становятся неточными, а также образуются большие подповерхностные поры. Остаточные дефекты и напряжения также могут присутствовать повсюду, что снижает прочность и без того более слабой части (из-за присущей пористости части, подвергнутой струйной обработке связующим).
Эти факторы ограничивают использование струйной обработки связкой для достижения высоких характеристик Применения, например, для авиакосмической промышленности, поскольку детали, обработанные струей связующего, обычно более слабые, чем детали, напечатанные с помощью процессов плавления в порошковой подложке. Тем не менее, струйное распыление связующего идеально подходит для быстрого прототипирования и производства недорогих металлических деталей.
