Современные полимерные материалы и технологии 3D печати. СОВРЕМЕННЫЕ_ПОЛИМЕРНЫЕ_МАТЕРИАЛЫ_И_ТЕХНОЛОГИИ_3D_ПЕЧАТИ. Современные полимерные материалы и технологии 3d печати
 Скачать 17.88 Kb.
|
|
СОВРЕМЕННЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ 3D ПЕЧАТИ Непрерывное развитие цифровых информационных технологий и оборудования привели к идее послойного создания (выращивания) материальных объектов на основе цифровой 3Dмодели и разработке периферийного устройства – 3D-принтера, позволяющего послойно создавать физические объекты по цифровой 3D-модели. 3D-печать – это метод прототипирования (создания прототипа, модели предмета), позволяющий из математической модели, разработанной в специальной CAD-системе, при помощи 3D-принтера получить послойно созданный физический объект. Технологии 3D-печати находят широкое применение: во-первых, в промышленном производстве: o для быстрого прототипирования. Быстрое изготовление прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки позволяет еще на этапе проектирования вносить корректировки в конструкцию узла или объекта в целом, что способствует существенному снижению затрат в производстве при освоении новой продукции и ускоряет процесс их разработки; o в мелкосерийном производстве позволяет быстро производить готовые детали или изделия из материалов, поддерживаемых 3D принтерами; o для изготовления литьевых форм для ряда серийных производств. Например, изготовленная на 3D принтере дорогая и сложная литьевая форма для пластиковых деталей позволяет на ее основе массово, быстро и с незначительными издержками штамповать серийные изделия; o для производства сложных, массивных, прочных и недорогих систем, например, большая часть деталей беспилотного самолета компании Lockheed была изготовлена методом скоростной 3D-печати; o в пищевом производстве. Известны 3D принтеры, осуществляющие печать шоколадом; во-вторых, при проведении всевозможных проверок и тестов с использованием моделей. Например, в авиационной и автомобильной промышленности используются прототипы деталей аппаратов для изучения различных процессов и явлений, происходящих во время эксплуатации (износостойкости, обтекаемости), а также возможности взаимодействия частей изделий. Для исследования процессов, протекающих внутри механизмов, изготавливаются прототипы из прозрачных материалов. в-третьих, в медицине при протезировании и производстве имплантатов (фрагменты скелета, черепа, костей, хрящевые ткани); в-четвертых, в строительстве зданий и сооружений. На данный момент времени существует множество способов 3D-печати, использующих различные материалы, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания материального объекта. Для создания слоев применяются следующие технологии: Лазерная, при которой воссоздаваемый объект формируется из жидкого фотополимера, затвердевающего под действием ультрафиолетового лазерного излучения. PolyJet похожа на струйную печать, но вместо струйной подачи чернил на бумагу 3Dпринтеры выпускают струи жидкого фотополимера, который образует слои на модельном лотке. селективное лазерное, при которой воссоздаваемый физический объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путем его плавления под действием лазерного излучения. Обычно температура рабочей камеры поддерживается на уровне немного ниже точки плавления рабочего материала, а для предотвращения окисления процесс проходит в бескислородной среде; ламинирование, при которой объект воссоздается послойным склеиванием тонких пленок материала с использованием физических процессов нагрева, давления и дальнейшим вырезанием лазерным лучом или режущим инструментом на каждом слое соответствующих контуров сечений будущего изделия. Один из лучших расходных материалов для 3D-печати – АБC-пластик (акрилонитрилбутадиенстирол), отличающийся отсутствием запаха, нетоксичностью, ударопрочностью и эластичностью. Температура плавления от 240°С до 248°С. Выпускается в виде порошка или тонких пластиковых нитей, намотанных на бобины. Воспроизводимые объекты из АБС-пластика долговечны. Однако, данный материал позволяет изготавливать непрозрачные объекты и, кроме того, изделия из них не переносят прямых солнечных лучей. Для создания прозрачных моделей в 3Dпечати применяется акрил. Акрил имеет более высокую температуру плавления, чем АБС-пластик, очень быстро остывает и твердеет. Возможны визуальные искажения готового изделия из-за образования множество мелких воздушных пузырьков в процессе печати. Другим часто используемым материалом для 3D-печати является нейлон, который имеет более высокую температуру плавления, около 320°С, высокую способность впитывания влаги, более продолжительный период застывания. Печать нейлоном схожа с печатью АБС пластиком, однако имеет ряд особенностей: требует откачки воздуха из-за токсичности компонентов нейлона, экструдер оснащается шипами из-за скользкости нейлона. Несмотря на выше обозначенные недостатки 3D-печать нейлоном широко применяется в виду того, что воссоздаваемые объекты, выращенные из данного материала, не такие жесткие, как из АБС-пластика. Поликапролактон (известный так же, как полиморф и протопласт) – один из самых используемых рабочих материалов для быстрого прототипирования в силу своей низкой температуры плавления (около 60˚C) и довольно высокой прочности. Поликапролактон абсолютно безопасен, а также способен быстро разлагаться на безвредные компоненты, легко разлагается в человеческом организме (капсулы для лекарств в порошковой форме из поликапролактона). Полифенилсульфон – аморфный термопластик с хорошими тепловыми, механическими и диэлектрическими свойствами. Он напоминает обычное стекло, но превосходит его по прочности, характеризуется теплостойкостью (плавится при температурах 340-370˚C), высокой твердостью, практически не горит. Данный материал широко используется для изготовления теплостойких деталей для военных самолетов. Однако, высокая прочность материала затрудняет его полировку после печати, а при механической обработке возникает риск растрескивания материала. Полиэтилен низкого давления – самый распространенный вид термопластов. Из данного материала изготавливают пленки, пакеты, бутылки, канистры, трубы и т.п. В отличие от всех других рабочих материалов, используемых для 3D-печати, полиэтилен низкого давления является лидером, т.к. может быть использован в любой технологии 3Dпечати. Отдельный класс светочувствительных смол – фотополимерные смолы. Они способны менять свое агрегатное состояние под воздействием лазерного луча или ультрафиолетовой вспышки. Материал идеален для изготовления мастер-моделей для последующих отливок и создания ювелирных изделий. Фотополимерные смолы имеют широкий диапазон механических и физических свойств, позволяют получать как гибкие, так и твердые, как прозрачные, так и светонепроницаемые готовые модели. Фотополимерные смолы позволяют осуществлять 3D-печать многокомпонентных деталей. Недостатками данных материалов является их дороговизна, сложность печати, большой размер принтеров |