Podstawy drukowania 3D: rodzaje drukarek 3D

Drukowanie 3D nie działa tak, jak normalne drukowanie – podczas gdy jeśli chodzi o atrament na papierze, wystarczy każda maszyna, która używa, no cóż, papieru i atramentu, drukowanie 3D jest o wiele bardziej specyficzne. Nie każda drukarka, a nawet każdy typ drukarki nadaje się do każdego rodzaju filamentu lub projektu – przed wybraniem jednej z nich musisz przeprowadzić badania, aby upewnić się, że masz odpowiedni typ dla swoich potrzeb.

Oto podsumowanie niektórych z najpopularniejszych typów drukarek 3D, które można znaleźć. Nie jest to pełna lista, ale są to te, o których powinien wiedzieć początkujący entuzjasta druku 3D!

SLA

SLA lub Stereolitografia była pierwszym rodzajem druku 3D w historii. Stworzony w 1986 roku przez Chucka Halla, wykorzystuje technikę druku zwaną polimeryzacją kadzi – wykorzystuje gumę fotopolimerową, która jest wystawiona na działanie źródła światła. Ten typ drukarki jest idealny do gładkich powierzchni i wysokiego poziomu szczegółowości drukowanych projektów.

Nie jest szczególnie dla początkujących i ma wiele zastosowań w medycynie, gdzie jest używany do drukowania modeli anatomicznych, a także mikroprzepływów. Drukarka wykorzystuje wiele luster ustawionych w taki sposób, aby skierować słup laserowy w poprzek gumy używanej jako włókno, dzięki czemu może tworzyć różne warstwy w strefie formowania.

Dokładność i szybkość są kluczowe, a projekty druku 3D są budowane od podstaw. Poza wspomnianymi zastosowaniami w medycynie, ta technika druku jest również przydatna w lotnictwie i przemyśle samochodowym. Drukarki tego typu to ProJets i Vipers.

SLS

Specjalne spiekanie laserowe lub SLS zmiękczają proszki nylonowe w solidną plastikową strukturę. Zastosowane materiały to tworzywa termoplastyczne, co oznacza, że ​​wyniki są wytrzymałe, odpowiednie do połączeń zatrzaskowych i zastosowań o dużej udarności. Zastosowana technika nazywana jest fuzją w łóżku energetycznym. Tworzywo termoplastyczne zostanie podgrzane tuż przed upłynnieniem, a następnie nałożone na etap formowania. Do spiekania proszku, który został ułożony w solidną, twardą warstwę, używany jest laser – a po zakończeniu segmentu poprzecznego, etap opada o wysokość tej warstwy, dodawany jest proszek, a laser ponownie go spieka do ciała stałego.

Nadmiar proszku, który jest dodany, ale nie spiekany, służy jako rodzaj materiału podtrzymującego, który ostatecznie odpadnie. Z tego powodu konstrukcje wspierające nie są potrzebne. Główną zaletą SLS jest to, że zapewnia doskonałe właściwości mechaniczne, z wadą dłuższych czasów realizacji niż inne typy drukarek. Przykłady obejmują Sinterit Lisa, Formlabs Fuse 1 i Sharebot SnowWhite 2.

FDM/FFF

Fused Deposition Modeling i Fused Filament Fabrication to podobne typy drukarek. Wyrzucają warstwę po warstwie z tworzywa sztucznego na etap formowania. W ten sposób można stosunkowo szybko i sprawnie tworzyć kompletne modele. Tworzone powierzchnie zwykle nie są gładkie, a powstałe modele zazwyczaj nie są zbyt mocne. Innymi słowy, rzeczywiste wykorzystanie części drukowanych może być dość ograniczone. Mimo to ten typ drukarki jest świetnym wyborem dla początkujących, ponieważ jest przyjazny dla eksperymentów i dość łatwy w użyciu.

To powiedziawszy, ten typ drukarki może być jedną z bardziej przystępnych cenowo dla drukarek z ograniczonym budżetem. Szpula filamentu jest wprowadzana do drukarki, a następnie przepychana przez podgrzewany dziobek. Najczęściej używane materiały to PLA, ABS i PET, ale niektóre inne również działają, w zależności od użytej wylewki.

Głowica drukarki porusza się wzdłuż ustalonych osi i dozuje upłynniony plastik warstwa po warstwie. Gdy warstwa jest gotowa, następna warstwa jest uruchamiana, dopóki obiekt nie będzie gotowy. Niektóre z najlepszych zastosowań tej techniki to osprzęt i obudowy, ale FFF i FDM nadają się również do wszelkiego rodzaju małych projektów kosmetycznych.

Modele drukarek obejmują Snapmaker i Ultimaker, a także wiele innych. Biorąc pod uwagę, jak szeroko rozpowszechniony jest ten typ drukarki, istnieje wiele różnych modeli we wszystkich przedziałach cenowych.

DLP

Digital Light Processing jest nieco podobny do drukowania SLA. Drukuje szybciej i jednocześnie odsłania warstwy, zamiast robić to w częściach za pomocą lasera. SLA i DLP mają podobne cele użytkowe i są modelami kształtu infuzji. W przeciwieństwie do FFF, powierzchnie są gładkie i dlatego projekty mogą znaleźć zastosowanie w zastosowaniach takich jak stomatologia.

Z drugiej strony wydruki DLP są nieco słabe. Zwykle nie są przydatne do części mechanicznych ani niczego, co wymaga szczególnej stabilności. Jeśli chodzi o różnice między SLA i DLP – gdzie pierwszy używa lasera do rysowania zaokrąglonych kształtów, DLP używa ekranu do wyświetlania wokseli kwadratowych o określonym minimalnym rozmiarze w celu stworzenia drukowanych kształtów.

Drukarki tego typu to Micromake L2, SprintRay Moonray i Anycubic Photon S.

MJF

Drukarki Multi Jet Fusion montują części z proszku nylonowego. Zamiast lasera (jak w druku SLS), do rozgrzania i stopienia proszku stosuje się klaster atramentowy. Efektem są bardziej stabilne i przewidywalne właściwości mechaniczne, a także lepsze wyniki powierzchni.

Krótszy czas produkcji, jaki oferuje ta technika, prowadzi również do ogólnych niższych kosztów tworzenia. Głowica drukująca wyrzuca setki małych kropelek fotopolimeru, które są utwardzane i zestalane później w świetle UV. Kiedy warstwa jest utwardzona, następna warstwa jest nakładana, aż obiekt będzie gotowy.

Ta technika wymaga materiału pomocniczego, który jest usuwany po obróbce. Chociaż może to stwarzać pewne trudności, MJF jest jedną z niewielu technik, które umożliwiają drukarkom wytwarzanie wielu obiektów w jednej linii bez poświęcania szybkości drukowania. Może również produkować rzeczy z różnych materiałów iw pełnym tonie. Oznacza to, że przy optymalnym rozmieszczeniu MJF może produkować masowo małe, identyczne części znacznie szybciej niż jakikolwiek inny typ drukarki. Drukarki tego typu obejmują serię HP Jet Fusion.

PolyJet

Drukarki PolyJet wytwarzają gładkie i dokładne części odpowiednie do różnych rzeczy. Oferują mikroskopijną rozdzielczość warstw i mogą produkować zarówno cienkie ściany, jak i złożone elementy, ponieważ mogą pracować z najszerszą gamą materiałów z dowolnej drukarki 3D (oczywiście pod warunkiem, że są wyposażone w odpowiednią dyszę/łoże). Druki PolyJet mogą być używane do tworzenia osprzętu, form i różnych narzędzi produkcyjnych.

Istnieje wiele modeli drukarek przeznaczonych specjalnie do pracy w stomatologii – do laboratoriów dentystycznych i drukowania dentystycznego. Szybkie i wysokiej jakości wydruki wynikające z tej technologii sprawiają, że jest to doskonały wybór do tego rodzaju zastosowań medycznych. Drukarki te działają przy użyciu kilku głowic natryskowych – nakładają warstwę materiału budulcowego przesuwając się wzdłuż osi. Każda głowa wkłada różne ilości w różnych miejscach, aby stworzyć dowolny kształt tej warstwy. Najpopularniejsze konfiguracje tych drukarek są wyposażone w wielodyszową głowicę drukującą typu atramentowego.

Rozprowadzane materiały są nabłyszczane i utwardzane warstwą UV przed przesunięciem drukarki – platforma zrzuca warstwę, a kolejna warstwa jest dodawana. Surowce i filamenty są przechowywane nie na szpulach, ale raczej we wkładach, które są podłączane do dysz, podobnie jak zwykła drukarka atramentowa. Drukarki tego typu to seria Connex 3, Objet30 i J5 DentaJet.

DMLS

Drukarki DMLS mają jedno główne zastosowanie – drukowanie przedmiotów opartych na metalu. Wykorzystując dodatki na bazie metalu, DMLS są standardowymi maszynami do wszelkiego rodzaju wydruków 3D z filamentami MF. Podczas gdy niektóre inne drukarki również są w stanie obsługiwać ten materiał, drukarki DMLS są szczególnie dobre w tworzeniu jednolitych części o podobnych właściwościach do rzeczy, które zostały odlane z „normalnego” metalu.

DMLS to skrót od Direct Metal Laser Sintering i dokładnie tak to działa – wykorzystuje laser o dużej mocy do topienia sproszkowanych warstw mieszanek metalu/plastiku przed ich ponownym utwardzeniem w celu stworzenia projektu. Działa podobnie jak spawanie lub lutowanie bardzo cienkim i precyzyjnym laserem, jednak jest szybsze i znacznie dokładniejsze niż ludzkie ręce mogą mieć nadzieję.

Drukarki te są dość skomplikowane w obsłudze i wymagają/wykorzystują niekonwencjonalnych elementów (takich jak zwykle wypełniona argonem komora konstrukcyjna) i dlatego w ogóle nie nadają się dla początkujących – zwłaszcza biorąc pod uwagę ich boleśnie wysokie ceny. To powiedziawszy, mogą pracować z różnymi stopami i metalami, w tym stalą, tytanem, niklem, kobaltem i miedzią. Modele drukarek DMLS obejmują EOS M 290 i FormUp 350.

EBM

Topienie wiązką elektronów jest rodzajem drukowania metodą stapiania łoża proszkowego. Wykorzystuje wiązkę elektronów zamiast typowego lasera do łączenia cząstek i budowy części. Tworzy niezwykle stabilne i odporne konstrukcje, łącząc metal z metalem. Obecnie technologię tę stosuje i produkuje tylko jedna firma – GE Additive.

W porównaniu z innymi drukarkami, które wykorzystują lasery jako źródło ciepła, drukarki EBM wykorzystują działo elektronowe do ekstrakcji elektronów na przykład z żarnika ze stali wolframowej w próżni. Są one następnie przyspieszane i rzutowane na proszek metaliczny, który jest nakładany na każdą warstwę.

Gdy projekt jest drukowany, nadmiar pudrów usuwa się dmuchawką. Ponieważ cały proces odbywa się pod próżnią, części i proszek nie utleniają się podczas użytkowania – a po zakończeniu drukowania znaczną ilość niewykorzystanego proszku można wykorzystać bezpośrednio. Różni się to od większości innych technik drukowania i znacznie obniża koszty drukowania, ponieważ materiały mogą być dość drogie, zwłaszcza jeśli chodzi o metalowe filamenty.

W porównaniu do drukarek z wiązką laserową, drukarki z wiązką elektronów mają przewagę szybkości, ale mają niewielką wagę pod względem precyzji i maksymalnego rozmiaru części produkcyjnej. Ponieważ wiązka jest szersza niż laser, niektóre rzeczy, które są możliwe przy użyciu lasera, nie mogą być wykonane w drukarce EBM. Biorąc pod uwagę ograniczoną liczbę dostępnych modeli drukarek, istnieje również ograniczenie dotyczące rozmiarów części – wielkość produkcji drukarki laserowej może z łatwością być dwukrotnie większa niż porównywalnego modelu EBM.