Выбор расходных материалов для трехмерной печати сегодня чрезвычайно разнообразен. Более того, этот сегмент рынка регулярно наполняется новыми образцами, пригодными для работы с различными видами 3D принтеров. Порошковые материалы по большей части прочно обосновались в сфере аддитивного производства, особенно промышленного масштаба.
Порошки для 3D печати – разнообразие материалов, исследования и разработки в области совершенствования их свойств
Порошковые материалы, на самом деле, редко бывают однородными по своему составу. Порошковая 3D печать позволяет смешивать частицы различных материалов и получать таким образом уникальные сплавы, с отличными механическими, функциональными, эстетическими свойствами. Исследовательские центры по всему миру активно разрабатывают это направление отрасли.
Соответственно, дать точное определение группе порошковых материалов, равно как и классифицировать их по функциям или свойствам, не представляется возможным. Поэтому, обзорно рассмотрим наиболее распространенные разновидности порошковых материалов, использующихся для трехмерной печати.
● Керамический порошок. Мелкодисперсная сыпучая смесь, позволяющая печатать изделия различных оттенков, фактур, обладающих различными механическими свойствами. Готовый продукт требует обжига и глазурирования.
● Графен – моноатомная углеродная модификация графита с уникальными физико-химическими свойствами, изучение которых находится ещё в самом начале пути. Считается материалом будущего.
● Металлические порошки – порошки из металлов, смеси металлов, смеси неметаллов с металлами.
● Цементные полимеры – порошкообразные материалы, идентичные бетону, способные значительно улучшать физические свойства полимеров.
● Гипсовый порошок – печать на 3Д принтере превращает этот материал в удобный строительный материал с различными декоративными и физическими свойствами, например, в аналог песчаника с оптимизированными механическими свойствами.
● Композитный порошок на основе гипса для работы на принтерах компании 3D Systems Projet по технологии Color Jet Printing
● Штукатурка – порошковая смесь для строительного трёхмерного принтера, придающая облицовочным поверхностям новые качества.
● Нержавеющая сталь – смесь порошка стали и связующих элементов для печати прочного металлического материала с высокими антикоррозийными свойствами.
● Термопластические порошки – различные по составу смеси пластиков имеющие широкий спектр применения в технологиях спекания и сплавления различных материалов. Отличаются большим разнообразием качеств, характеристик и свойств.
Порошковые технологии и расходные материалы
Самые распространенные порошковые технологии: SLS – выборочное лазерное спекание; SLM – лазерное сплавление частиц; DMLS – прямое лазерное спекание; технология CJP(3DP) послойного изготовления из гипсового композита. По технологии выборочного спекания работают с металлами, полиамидами и пластиковыми порошками. Сплавление и прямое лазерное спекание — для работы с металлическими порошками.
CJP(3DP) — технология для работы с порошками на основе гипса
Технология 3D-печати из гипса, сутью которой является послойное склеивание и окрашивание композитного порошка на основе гипса или пластика, имеет широкие возможности практического применения. Для работы используется два компонента — главный и связующий. Первый служит основой для слоёв изделия, второй формирует изделие, окрашивая и склеивая частицы композитного порошка.
С помощью этой технологии создаются прототипы, образцы для презентации, архитектурные и иные макеты, сувениры, миниатюры и многое другое. Преимуществом CJP метода является низкая себестоимость, отсутствие необходимости в материале поддержки, высокая точность печати, возможность создания как монохромных, так и полноцветных изделий.
Свойства изделий, напечатанных по CJP технологии
Высокая точность печати гипсовым порошком позволяет строить модели с тонкими стенками и различными уровнями сложности поверхности изделия. Напечатанные прототипы легко подвергаются постобработке, в ходе которой их можно клеить, шлифовать, красить, обрабатывать закрепителями, смолой, воском.
Модели из порошка на основе гипса отличаются презентабельным видом, красочностью и высокой детализацией исполнения. Благодаря таким качествам они широко востребованы в различных демонстрационных целях — образовательных, маркетинговых, визуализационных, выставочных, научных и прочих.
SLS – аддитивный метод с большими возможностями
Эта разновидность порошковой 3d печати была запатентована в 1989 году. Ее изобретателями являются доктор Карл Декарт и его студенты из Остинского университета в Техасе. На сегодняшний день существует две разновидности технологии: sls-печать металлическими порошками и sls-печать полиамидными порошками.
Готовые изделия из металлических порошков, после финишной обработки визуально практически неотличимы от своих оригиналов, созданных традиционными способами, например, литьем. Однако, по своим физическим характеристикам, могут существенно отличаться. Например, легковесностью, прочностью.
Модели из пластиковых порошковых смесей, отличаются повышенной ударопрочностью, износостойкостью, обладают изотропными свойствами и стойкостью к термическим, химическим воздействиям. Порошки на основе пластика, в своём большинстве, являются инженерным материалом с высоким качеством поверхности и детализацией.
В зависимости от используемого порошкового материала, сила, длительность, температура запекания, могут меняться. Варьируется и метод запекания: лазер может воздействовать по всей глубине слоёв, либо же только по границам между слоями.
Достоинства SLS технологии:
● отсутствует необходимость в материале поддержки;
● процесс изготовления изделия происходит быстрее, ввиду отсутствия необходимости полного расплавления частиц;
● есть возможность одновременного производства нескольких изделий;
● есть возможность изготовления изделий больших размеров;
● высокие показатели механических свойств изделий.
SLM, DMLS и другие технологии сплавления порошков в 3d принтере
Первоначальная идея метода SLM появилась в 1995 году во Фраунгоферском институте лазерных исследований в Германии. Затем, ряд ученых, занятых схожими исследованиями, объединили свои усилия и запатентовали свою технологию. Приблизительно в это же период, другие исследовательские центры также запатентовали собственные идентичные SLM методы 3d печати порошком, присвоив им другие названия.
Для производства деталей из порошкообразных сплавов методом 3д печати используются такие методы как: SLM, DMLS, LaserCUSING, EBM, SLS. Что до схожести СЛС и СЛМ технологий, которые зачастую путают, здесь есть принципиальные отличия. В первом случае, частицы спекаются между собой, во втором – расплавляются и превращаются в каркас высокой жесткости.
Электронно-лучевое сплавление и его особенности
EBM – технология, в которой роль лазера выполняет электронный луч. Этот метод более сложный, но считается наиболее удобным и эффективным для работы с металлическими сплавами, например, титаном. Изделия, произведённые из порошков методом электронно-лучевой плавки обладают высокими показателями прочности, износостойкости, отличаются малым весом.
Преимущества технологий печати изделий на 3Д принтерах из порошковых материалов:
● посильность любых категории сложности геометрии изделий;
● высокая точность воссоздания копий;
● высокие прочностные характеристики;
● малый вес;
● высокие показатели термоустойчивости.
Промышленное применение изделий порошковой 3D печати
Порошковая 3D-печати из гипса является перспективным способом производства изделий для таких отраслей как:
● авиастроение;
● космонавтика;
● машиностроение;
● металлургия;
● робототехника;
● медицина;
● строительство;
● ювелирное дело;
● дизайн;
● сувенирная промышленность;
● макетирование;
● прототипирование;
● скульптинг;
● реставрационные работы, экспонаты музеев….
И это далеко не полный перечень тех отраслей, что уже сейчас объявили свою заинтересованность в инновации. Аналитики же, прогнозируют тотальный переход всех сфер жизни человека на аддитивные технологии, основу которых составят, методы трехмерной печати порошками.
