Druk 3D to jedna z najbardziej rewolucyjnych technologii XXI wiekust wieku i stale zmienia sposób, w jaki rzeczy są tworzone, projektowane i budowane. Nic więc dziwnego, że branża druku 3D jest jedną z najważniejszych branż, które powinni obserwować detaliści zajmujący się produkcją.
Jednak wielu kupujących może mieć trudności z nadążaniem za różnymi innowacjami w technologii druku 3D. W tym artykule omówimy siedem kluczowych technologii, które warto znać, i przedstawimy istotne wskazówki dotyczące wyboru właściwego procesu drukowania.
Spis treści
Co to jest druk 3D?
Przegląd branży druku 3D
7 typów technologii druku 3D
Jak wybrać odpowiednią technologię druku 3D
Podsumowanie
Co to jest druk 3D?
Drukowanie 3D jest częścią procesu znanego jako produkcja addytywna, w której obiekt jest tworzony przez dodawanie materiału warstwa po warstwie. Chociaż proces ten jest stosowany w dużej produkcji do tworzenia części samochodowych lub komponentów silników odrzutowych, można go również stosować w domu lub w firmie, wykorzystując Drukarki 3D.
Pierwszy krok w drukowaniu 3D polega na stworzeniu planu obiektu, który ma zostać wydrukowany. Gdy użytkownik ma projekt 3D, wysyła go do drukarki, która otrzymuje dane, przeciąga materiał przez rurkę, topi go i umieszcza na płycie, gdzie natychmiast się ochładza. Obiekt 3D powstaje poprzez nakładanie warstw, ponieważ drukarka będzie dodawać jedną warstwę materiału na raz, aż powstanie w pełni uformowana struktura.
Przegląd branży druku 3D
Rynek druku 3D doświadcza stałego wzrostu. W 2023 r. globalny rynek osiągnął wycenę 20.67 miliardów USD – oczekuje się, że do 91.8 r. liczba ta wzrośnie do 2032 mld USD. Analitycy rynkowi przewidują, że wzrost ten będzie następował przy średniorocznej stopie wzrostu (CAGR) wynoszącej 18.92%.
Erupcja technologii cyfrowej wpływa na rozwój branży druku 3D, która jest idealna dla nowoczesnej produkcji. Wiele krajów już przyjęło druk 3D, a Stany Zjednoczone stają się największym inwestorem w zakresie zakupu drukarek 3D w 2023 r., odpowiadając za ponad 34% udziału w rynku. Ponieważ popyt na technologię druku 3D stale rośnie, firmy, które pozyskują odpowiednie narzędzia do druku 3D, są gotowe skorzystać z ogromnego rynku.
7 typów technologii druku 3D
Istnieje kilka typów technologii druku 3D stosowanych praktycznie na całym świecie. Zrozumienie tych typów może pomóc sprzedawcom detalicznym podejmować świadome decyzje podczas magazynowania produktów i zwiększać wybór produkcji w oparciu o popyt. Obejmują one następujące elementy:
1. Stereolitografia (SLA)

Stereolitografia, lub SLA, to proces drukowania 3D, który wykorzystuje laser do utwardzania płynnej żywicy w utwardzonym plastiku. Najczęściej spotykanym systemem SLA jest odwrócony stereoskop.
W zależności od maszyny, żywica jest wlewana do zbiornika przez użytkownika lub dozowana automatycznie z kartridża.
Na początku drukowania zbudowana platforma jest opuszczana na żywicę, pozostawiając jedynie cienką warstwę cieczy między obszarem drukowania a dnem zbiornika.
Przezroczyste szkło na dnie zbiornika z żywicą pozwala galwanometrom sterować laserem UV, szkicując przekrój modelu 3D i selektywnie utwardzając materiał. Wydruk jest konstruowany w kolejnych warstwach, każda o grubości mniejszej niż 100 mikronów.
Po zakończeniu nakładania jednej warstwy platforma zostaje ponownie opuszczona, a element zostaje oderwany od dna zbiornika, aby umożliwić wpłynięcie świeżej żywicy pod spód.
Pierwotnie opracowana w latach 80., SLA była ograniczona do dużych maszyn przemysłowych aż do niedawna. Obecnie litografia stacjonarna oferuje niedrogi druk 3D o wysokiej rozdzielczości, który wygodnie mieści się w miejscu pracy użytkownika.
SLA umożliwia wykorzystanie szerokiej gamy materiałów o zróżnicowanych właściwościach fizycznych. Niezależnie od tego, czy jesteś inżynierem, projektantem produktu, rzeźbiarzem, jubilerem czy dentystą, istnieje materiał do ich zastosowań.
2. Przetwarzanie światła cyfrowego (DLP)
In cyfrowe przetwarzanie światła lub DLP, rzeczywisty proces utwardzania i wytwarzania obiektu 3D jest taki sam jak druk SLA 3D, z wyjątkiem jednego odstępstwa. Stereolitografia wykorzystuje laser do wyświetlania repliki 3D obiektu na powierzchni zbiornika, tworząc warstwę na wierzchu innej.
W przypadku cyfrowego przetwarzania światła laser jest zastępowany lampą łukową lub źródłem światła. Światło jest rzutowane w formie pożądanego kształtu na powierzchnię ciekłego polimeru, a konkretny ciekły polimer łatwo się utwardza, co sprawia, że formowanie kształtu zajmuje mniej czasu niż laser. Rezultatem jest szybszy proces drukowania 3D niż SLA.
Cyfrowe przetwarzanie światła wykorzystuje różne materiały, takie jak nylon, ABS i tworzywa termoplastyczne. Dlatego jest wszechstronne. Wytwarza również różne kształty, korzystając z drukowania od dołu w wysokiej rozdzielczości.
3. Modelowanie osadzania stopionego materiału (FDM)

Ten proces drukowania 3D z wykorzystaniem technologii przyrostowej wykorzystuje materiały termoplastyczne klasy produkcyjnej do wytwarzania zarówno prototypów, jak i części końcowych.
Technologia ta jest znana z dokładnego wytwarzania szczegółów cech i ma doskonały stosunek wytrzymałości do masy. Jest idealna do modeli koncepcyjnych, prototypów funkcjonalnych, pomocy produkcyjnych i części końcowych o małej objętości.
Proces FDM zaczyna się od „pocięcia” danych 3D CAD na warstwy. Następnie dane są przesyłane do maszyny, która konstruuje część warstwa po warstwie na platformie konstrukcyjnej.
Cienkie, nitkowate szpule termoplastycznych tworzyw sztucznych i materiał podporowy są używane do tworzenia przekroju każdej części. Podobnie jak pistolet do kleju na gorąco, odwinięty materiał jest powoli wytłaczany przez dysze z podwójnym podgrzewaniem. Dysze precyzyjnie układają zarówno materiał podporowy, jak i materiał do druku 3D na poprzednich warstwach.
Dysza wytłaczająca nadal porusza się w płaszczyźnie poziomej XY, podczas gdy platforma robocza przesuwa się w dół, budując część warstwa po warstwie. Użytkownik zdejmuje gotową część z platformy roboczej i czyści jej materiał podporowy.
Części RAW FDM mają widoczne linie warstw. Można zastosować wiele opcji wykończenia, takich jak ręczne szlifowanie, montaż lub malowanie kosmetyczne, aby uzyskać gładkie, równe powierzchnie.
Chociaż części wykonane w technologii FDM powstają z tworzyw termoplastycznych, takich jak ABS, poliwęglan i ultem, są one zarówno funkcjonalne, jak i trwałe.
4. Selektywne spiekanie laserowe (SLS)

Drukowanie SLS jest drukiem laserowym na bazie proszku, który wykorzystuje proszek jako surowiec zamiast filamentu lub żywicy. Proces drukowania rozpoczyna się od opuszczenia zbiornika z proszkiem i napełnienia go proszkiem termoplastycznym, zazwyczaj nylonem.
Cząsteczki tworzące proszek są okrągłe, o średnicy mniejszej niż 100 mikronów i gładkiej teksturze. Pozwala to na rozprowadzenie proszku w cienkiej, gęstej warstwie, co jest ważne dla powodzenia wydruku SLS.
Przed rozpoczęciem drukowania proszek jest podgrzewany tuż poniżej temperatury topnienia za pomocą cewek grzewczych, a w niektórych przypadkach lampy na podczerwieńProszek jest utrzymywany w tej temperaturze przez cały czas drukowania, aby ułatwić laserowi stopienie proszku, ponieważ będzie potrzebna niewielka ilość energii. Zapobiega to również odkształcaniu się drukowanej części z powodu gradientów temperatury.
Rozprowadzacz proszku, taki jak ostrze lub wałek, tworzy cienką, jednolitą warstwę na platformie roboczej; następnie laser selektywnie podgrzewa obszary obszaru roboczego, aby stopić proszek w określonej geometrii. Ta część jest powtarzana, przy czym każdy element staje się wyższy po każdej warstwie.
Powinno być jasne, że jeśli w proszku występują wady lub artefakty, wady te przełożą się bezpośrednio na część, powodując słabe właściwości mechaniczne lub możliwą awarię wydruku. Dlatego gładkie, jednolite warstwy są ważne.
Gdy wszystko pójdzie dobrze, niewprowadzony proszek całkowicie otacza drukowaną część. Oznacza to, że materiał podporowy jest zbędny do drukowania SLS; można drukować dowolną geometrię. Jedynym ograniczeniem jest to, że musi być wystarczająco dużo miejsca, aby usunąć luźny proszek po wydrukowaniu.
5. Selektywne topienie laserowe (SLM)

selektywne topienie laserowe proces wykorzystuje materiały sproszkowane metaliczne do budowania obiektu warstwa po warstwie. Jest on używany do tworzenia obiektów przy użyciu różnych metali, które zazwyczaj mają wysoką gęstość. Ta technologia druku 3D wykorzystuje laser do topienia proszku metalu, który go chłodzi i zestala.
Każdy cykl lasera wytwarza nowy kawałek tworzonego obiektu, a następnie platforma robocza zostaje obniżona dokładnie o grubość jednej strony, gdy skrobak redystrybuuje proszek. Stopiony metal krzepnie, a proces się powtarza.
Laser łączy stare i nowe warstwy, aż prototyp zostanie ukończony. Każdy komponent jest spawany do platformy roboczej z odłączoną podporą po usunięciu komponentu.
Gotowy przedmiot zostaje oczyszczony z niezużytego proszku nadającego się do recyklingu oraz uwolniony od nadmiaru proszku, w wyniku czego powstają wyjątkowo wytrzymałe i precyzyjnie wykonane produkty.
Selektywne topienie laserowe sprawdza się, gdy trzeba szybko produkować złożone komponenty. Umożliwia również produkcję złożonych produktów ze zintegrowanymi elementami funkcjonalnymi, takimi jak chłodzenie konformalne.
6. Topienie wiązką elektronów (EBM)
Topienie wiązką elektronów jest procesem wytwarzania przyrostowego metali, w którym punktem wyjścia jest warstwa po warstwie sproszkowanego metalu, łączona następnie w celu zbudowania litej części metalowej przy użyciu wiązki elektronów.
W porównaniu do bardziej powszechnych technik łączenia laserowego proszków, takich jak SLS i SLM, jest to proces wysokoenergetyczny, a zatem wykorzystujący wiązkę elektronów.
Topienie wiązką elektronów zwykle odbywa się wewnątrz maszyny pod próżnią w wysokich temperaturach. Użytkownik zaczyna od rozprowadzenia warstwy proszku metalowego na obszarze roboczym i wstępnego podgrzania całego proszku. Następnie wiązka elektronów łączy go, topiąc miejsca potrzebne do zbudowania obiektu.
Proces jest powtarzany, aby ostatecznie uzyskać półstały blok lub placek proszku zawierający podgrzane materiały granulowane. Następny krok wymaga odciążenia bloku, a następnie kontynuowania przepływu pracy.
Jedną z zalet EBM jest to, że wyższe źródło energii umożliwia stosowanie elementów o większej średnicy proszek metalowy, z którym również łatwiej się pracuje. Nie stwarza on również żadnego ryzyka dla układu oddechowego podczas pracy z drobnym proszkiem. Dlatego też, dzięki EBM, praca z proszkiem i przebywanie w jego pobliżu bez specjalnego sprzętu bezpieczeństwa jest możliwe.
Inną zaletą elektronicznego topienia wiązką jest to, że odbywa się ono w wyższych temperaturach niż łączenie laserowe proszkowe. Przekłada się to na lepsze zarządzanie naprężeniami cieplnymi, mniejsze odkształcenia i zniekształcenia oraz lepszą dokładność wymiarową.
Topienie wiązką elektronów jest powszechnie stosowane w produkcji implantów medycznych, choć wykorzystywano je również w inżynierii lotniczej i motoryzacyjnej.
7. Produkcja przedmiotów laminowanych (LOM)
Inną technologią druku 3D jest produkcja przedmiotów laminowanychProdukcja obiektów laminowanych, czyli LOM, to szybki proces prototypowania, w którym warstwy laminowanego papieru powlekanego, plastiku lub metalu są skutecznie sklejane ze sobą i wycinane do odpowiedniego kształtu za pomocą narzędzia tnącego lub lasera.
Każda warstwa procesu budowy zawiera przekroje jednej z wielu części. Przed rozpoczęciem przetwarzania obraz z pliku STL pochodzącego z CAD jest podawany do drukarki. Oprogramowanie systemu LOM oblicza i kontroluje funkcje cięcia, podczas gdy laminowanie i orientacja obiektu odbywają się ręcznie.
W procesie budowy system tworzy przekrój poprzeczny modelu 3D, mierząc dokładną wysokość modelu i odpowiednio dzieli płaszczyznę poziomą. Następnie oprogramowanie obrazuje kreskowania i obwód modelu.
Większa wiązka tnie grubość jednej warstwy materiału na raz, a po wypaleniu obwodu granica modelu zostaje uwolniona od pozostałej części arkusza.
Platforma ze stosem wcześniej uformowanych warstw opada, a nowa sekcja materiału przesuwa się.
Platforma wznosi się, a rozgrzany wałek laminuje materiał do stosu pojedynczym ruchem posuwisto-zwrotnym, łącząc go z poprzednią warstwą. Następnie pionowy enkoder mierzy wysokość stosu i przekazuje nową wysokość do cięcia. Ta sekwencja jest kontynuowana, aż wszystkie warstwy zostaną zbudowane.
Przetwarzanie materiału następuje po pełnym sformułowaniu materiałów, co obejmuje oddzielenie laminowanej części od bloku LOM. Po oddzieleniu obiekt można szlifować, polerować lub malować według uznania.
Jak wybrać odpowiednią technologię druku 3D
Przedsiębiorstwa mogą wybierać właściwe 3D drukowanie metoda tylko wtedy, gdy biorą pod uwagę pewne kluczowe czynniki. Oto trzy kluczowe elementy, które należy priorytetowo traktować przed zainwestowaniem w konkretną technologię.
1. Zdolność produkcyjna lub procesowa

Po pierwsze, przy wyborze technologii druku 3D, chodzi o praktyczność procedury wytwarzania produktu. Cechy fizyczne wytwarzanego obiektu mogą pomóc użytkownikom zawęzić metodologię drukowania. Należą do nich pożądana grubość, dokładność, rozmiar lub struktura nośna gotowego produktu.
Na przykład minimalna grubość ścianki w druku SLA wynosi 0.6 mm, podczas gdy cyfrowe przetwarzanie światłem może pomieścić do 0.2 mm. Wynik wydrukowanego obiektu jest najmniej dokładny w przypadku osadzania topionego materiału, podczas gdy SLA jest najdokładniejszy i ma najwyższą rozdzielczość.
Chociaż SLS i SLA doskonale sprawdzają się w większości zastosowań druku 3D, bardziej złożone projekty wymagające specjalistycznej obsługi można zrealizować przy użyciu druku FDM, EBM lub LOM.
2. Charakterystyka lub funkcjonalność części końcowych

Innym sposobem na wybór idealnego procesu drukowania 3D jest rozważenie funkcjonalności produktu końcowego. Wiąże się to z analizą odporności na warunki środowiskowe, elastyczności, sztywności i innych aspektów fizycznych, takich jak odporność chemiczna i cieplna, bezpieczeństwo ekologiczne, a także tego, czy produkt nadaje się do spożycia.
Narażenie na wilgoć lub światło słoneczne może mieć wpływ na jakość produktów, dlatego odporność na ciepło i wilgoć nie jest gwarantowana. na bazie żywicy procesy takie jak SLA lub DLP. Dlatego użytkownicy mogą rozważyć metody oparte na infuzji proszku, takie jak technologie drukowania EBM, SLM lub LOM. Ponadto przedmioty drukowane przy użyciu tych technologii mają najsilniejsze właściwości chemiczne.
Oznacza to, że technologie SLA i DLP sprawdzą się w przypadku drukowania materiałów, które nie będą narażone na działanie niekorzystnych czynników zewnętrznych, natomiast metody selektywnego spiekania laserowego z wykorzystaniem wiązek elektronów najlepiej sprawdzają się w przypadku drukowania materiałów o jakości przemysłowej.
3. Materiał i wykończenie

Na koniec firmy muszą podkreślić rodzaj materiału, którego użyją do wytworzenia obiektu i wykończenie, jakiego oczekują od wydruku. Do najpopularniejszych materiałów używanych do druku 3D należą: włókno, proszeki żywicy, przy czym materiały te są dalej klasyfikowane jako polimery lub tworzywa sztuczne, metale, ceramika i kompozyty.
Tworzywa sztuczne są również klasyfikowane jako termoplastyczne i termoutwardzalne. SLS i FDM są najlepiej dostosowane do tworzyw termoplastycznych, podczas gdy najlepszą technologią drukowania dla termoutwardzalnych jest stereolitografia i Digital Light Processing (DLP).
Materiały metalowe mają najsilniejsze właściwości i nadają się do zastosowań w lotnictwie, motoryzacji i medycynie. Rodzaj materiału ma również znaczenie przy wytwarzaniu mocnych części, takich jak zawiasy drzwiowe lub inne metalowe części do lekkich zastosowań. Procesy SLM, LOM i EBM oferują rozwiązania drukowania dla takich potrzeb.
Tymczasem te różne technologie drukowania mają również różne wykończenia. Na przykład osoby poszukujące wykończenia platerowanego lub błyszczącego mogą wybrać techniki SLA i FDM. SLA i DLP wykonają wykończenie bezbarwne. Wykończenie barwione lub matowe jest możliwe przy użyciu selektywnego spiekania laserowego.
Podsumowanie
Ostatecznie istnieją różne technologie druku 3D, a wybór właściwej zależy od potrzeb użytkownika. Inne czynniki, takie jak materiał i praktyczność, również określą rodzaj technologii, której należy użyć. Użytkownicy gotowi rozpocząć udaną podróż w druku 3D mogą zapoznać się z szeregiem niezawodnych drukarek 3D na Chovm.com.