Многообразие 3D-печатных методов на рынке не останавливает исследования новых инновационных технологий. Каждая технология, в зависимости от используемого метода печати и материала, обладает своими преимуществами, пригодными для определённых областей применения.
Обзор используемых технологий 3D-печати
Современные технологии 3D-печати подразделяются на три основные группы. К ним относятся печать методом нанесения проволоки или экструзии (FFF, FDM), работа с жидкой светочувствительной смолой (SLA, DLP) и использование порошка или спекания (SLS, SLM, DMLS).
Метод наплавки или экструзии для печати создаёт объекты послойно. пластиковойНаносящаяся на печатающую головку масса расплавляется и формирует наложенные друг на друга слои на печатной платформе.
Жидкая светочувствительная смола застывает под воздействием проектора или лазера. Этот процесс, называемый полимеризацией, формирует объект внутри лотка с смолой. Стереолитография (SLA) — одна из технологий, которая часто использует этот метод печати.
Источник энергии, например лазер, расплавляет металлический порошок, предварительно помещенный в резервуар 3D-принтера. Такой тип печати называют спеканием порошка или лазерным спеканием. Существуют несколько вариантов этой технологии: SLS (селективное лазерное спекание) или SLM (селективное лазерное плавление).
При помощи расплавленного волокна печать выполняется.
Для описания этой технологии применяют два термина: FDM и FFF. Первое происходит от английского языка (Fused Deposition Modeling), а второе — от Fused Filament Fabrication. Процесс 3D-печати по сути является экструзией. В качестве материалов используется пластиковая нить (PLA или ABS).
3D-принтер оснащен печатающей головкой, называемой также соплом. На этой насадке расплавляется предварительно нагретое волокно. Сопло перемещается по осям X и Y, параллельно печатной платформе, которая движется вертикально. Только после завершения первого слоя платформа опускается по своей оси.
Расплытая нить наносится послойно для создания трёхмерного предмета. Слияние слоёв происходит за счёт быстрого затвердевания расплавленного пластика. После укладки слоёв пластика формируется спроектированный объект, изображение которого отображается на экране компьютера.
Экструзию возможно осуществлять с помощью источника энергии, например лазера, посредством прямого воздействия энергии. Данный режим 3D-печати, более распространённый под аббревиатурой DED (Directed Energy Deposition), встречается на некоторых промышленных принтерах. Выталкиваемый энергией материал расплавляется перед тем, как слиянием образовать объект.
Печать послойно с использованием света для отверждения фотополимерной смолы.
Технологии SLA и DLP применяются в 3D-принтерах, работающих со светочувствительной смолой. Печать осуществляется посредством полимеризации – застывания смолы под воздействием света (лазер или проектор). Жидкая смола в лотке принтера твердеет благодаря реакции, вызванной светом.
Лоток для печати находится внизу, там, где жидкая смола. DLP-проектор или SLA-лазер выдают свет, который затвердевает смолу послойно. Завершение слоя позволяет лотку опускаться глубже, и так до изготовления объекта.
Потребовавшая высокую детализацию и гладкость поверхности, печать с использованием SLA- или DLP-принтеров становится предпочтительной. Ювелирное дело и медицина — наиболее распространенные области применения такого метода. Для производства форм для ювелирных изделий или зубных протезов необходима как точность, так и деликатность.
Различают два типа 3D-принтеров: SLA и DLP. Полимеризация смолы является основой для разграничения этих категорий. В DLP-принтерах смола затвердевает слоями, в то время как в SLA-принтерах затвердение происходит по точкам. DLP-принтеры используют проектор, а SLA-принтеры — лазер для печати.
3D-печать расплавлением порошкового материала
Четыре технологии применяют этот процесс трёхмерной печати: спекание и плавление порошка, измельчение материала, ламинирование бумаги и 3D-биопечать.
В промышленной сфере применение металлического порошка как печатного материала – обычное явление. Селективное лазерное спекание и селективное лазерное плавление – два метода 3D-печати, использующие порошок. В авиационной отрасли эта технология позволяет изготавливать сложные детали для самолетов.
При струйной печати материал в расплавленном состоянии наносится на платформу для формирования объекта. Каждая последующая прослойка затвердевает, создавая трёхмерный объект. Многоструйное моделирование (MJM) — это ещё одно название данного метода печати.
Для технологии 3D-печати, называемой ламинированием, применяют бумагу или алюминиевую фольгу. Изделия, созданные с помощью этой техники, отличаются перспективой деталей и цветов. Сфера декора и производства игрушек регулярно использует эту технологию.
Биопечать — это направление исследований, направленное на создание живых клеток или органических тканей. Этот научный процесс революционизирует медицину. Цель биопечати – производство функциональных органов или живых тканей. На данный момент технология находится в стадии эксперимента. Трехмерные биопринтеры, способные печатать подобные структуры, пока не существуют. Однако их появление позволило бы создавать органы и лечить многие заболевания.