AF – Additive Fabrication, принятая в англоязычной литературе аббревиатура словосочетания, означающего изготовление изделия путем «добавления» (additive) материала, в отличие от традиционных технологий механообработки, в основе которых лежит принцип «вычитания» («лишнего») материала из заготовки. Аддитивные технологии предполагают формирование детали путем последовательного «наращивания» материала слой за слоем. В качестве модельных материалов используются жидкие, порошковые, нитевидные полимеры; литейные воски; листовые материалы – металлопрокат, бумага, ПВХ-пленка; гипсовые композиции; плакированный литейный песок и ряд других.
По традиции эти технологии еще часто называют «технологиями быстрого прототипирования» или RP-технологиями (от Rapid Prototyping), однако это первоначальное название очень быстро устарело, поскольку во времена зарождения RP-технологий невозможно было предположить, что они так быстро станут технологиями не столько для изготовления моделей и макетов, сколько для создания конечных продуктов, в частности серийных, к которым термин «прототип» применять не корректно. Протез коленного или тазобедренного сустава, выращенный из порошка титанового сплава и установленный пациенту, никак не назовешь прототипом – это вполне конечный продукт, так же как и пресс-форма, выращенная из инструментальной стали. Особенно быстро RP-технологии развиваются в аэрокосмической отрасли (изготовление штучных и мало серийных деталей из специальных сплавов); в медицине, в частности, в хирургии, протезировании, стоматологии (инструменты, имланты, протезы и т. д.); в инструментальной промышленности и ряде других областей.
Cтереолитография
(SLA - Stereo Lithography Apparatus)
Технология подразумевает использование в качестве модельного материала специального фотополимера – светочувствительной смолы. Основой в данном процессе является ультрафиолетовый лазер, который последовательно переводит поперечные сечения модели на поверхность емкости со светочувствительной смолой. Фотополимер затвердевает только в том месте, где прошел лазерный луч. Затем новый слой смолы наносится на затвердевший слой, и новый контур намечается лазером. Процесс повторяется до завершения построения модели. Стереолитография – наиболее популярная RP-технология для получения высокоточных моделей. Она охватывает практически все отрасли материального производства от медицины до тяжелого машиностроения. SLA-технология позволяет быстро и точно построить модель изделия практически любых размеров. Качество поверхностей зависит от шага построения. Современные машины обеспечивают шаг построения 0,025 – 0,15 мм.
SLA-технология дает наилучший результат при изготовлении мастер-моделей для последующего изготовления силиконовых форм и литья в них полимерных смол, а также используется для выращивания ювелирных мастер-моделей. В машиностроении стереолитография также получила широкое распространение для изготовления литейных деталей. Так называемая технология «Quick-cast» позволяет получать модели с сотовой внутренней структурой. В этом случае масса модели оказывается значительно меньше, чем при монолитном исполнении, поэтому при выжигании образуется меньше золы, форма получается чище, а отливка качественнее.
Cелективное лазерное спекание
(SLS - Selective Laser Sintering)
Согласно этому процессу модели создаются из порошковых материалов за счет эффекта спекания при помощи энергии лазерного луча. В данном случае, в отличие от SLA-процесса, лазерный луч является не источником света, а источником тепла. Попадая на тонкий слой порошка, лазерный луч спекает его частицы и формирует твердую массу, в соответствие с геометрией детали. В качестве материалов используются полиамид, полистирол, песок и порошки некоторых металлов. Существенным преимуществом SLS-процесса является отсутствие так называемых поддержек при построении модели. В процессах SLA и MJM при построении нависающих элементов детали используются специальные поддержки, предохраняющие свежепостроенные тонкие слои модели от обрушения. В SLS-процессе в таких поддержках нет необходимости, поскольку построение ведется в однородной массе порошка. После построения модель извлекается из массива порошка и очищается.
Наиболее популярным модельным материалом является порошковый полиамид. Он применяется для создания макетов, масштабных копий, функциональных моделей, т. е. моделей способных выполнить свою функцию, как деталь машины или устройства, например, детали облицовки салона автомобиля или декоративные элементы кузова. В некоторых случаях полиамид пригоден для исследовательских работ по определению конфигурации какой-нибудь ненагруженной детали, например, впускного трубопровода автомобильного двигателя. Этот материал также удобен для изготовления моделей с целью проверки собираемости сложного узла или для проведения испытаний изделия. Например, модель детали самолета или головка цилиндров ДВС, изготовленные из полиамида, могут быть использованы при проведении газодинамических исследований методами продувки.
Моделлирование струйным принтером
(MJM – Multi Jet Modelling)
Модельный материал – литейный воск, построение модели производится путем нанесения расплавленного материала с помощью многоструйных головок. Применяется для непосредственного выращивания восковой модели и дальнейшего получения металлической отливки методом литья в оболочковые или гипсокерамические формы. Обеспечивает возможность быстрого получения отливки из металла без изготовления литейной оснастки. Современные машины серии ProJet 3000 компании 3D Systems имеют возможность работы на двух модельных материалах – литейном воске и акриловом фотополимере.
Послойное наклеивание ПВХ-пленки
(PSL - Plastic Sheet Lamination)
Компания Solido (Израиль) выпускает 3D-принтеры, работающие по технологии PSL - Plastic Sheet Lamination. Такие машины иногда называются LOM-машинами, от Laminated Object Manufacturing – послойное склеивание пленочных материалов, например, полимерной пленки или ламинированной бумаги с последующим формированием («вырезанием») модели с помощью лазерного луча или режущего инструмента. 3D-принтер Solido SD 300 относится к категории самых дешевых RP-машин. До 2007 года принтер продавался под брендом 3D Systems (модель Invision LD).
Модельным материалом служит полихлорвиниловая пленка толщиной 0,15 мм пяти цветов: полупрозрачная (янтарная), красная, синяя, кремовая, черная. Формирование модели производится путем последовательного склеивания слоев пленки и вырезания контура модели с помощью лезвия, закрепленного на подвижной головке. Модель строится на специальной магнитной подложке, устанавливаемой на подвижной (вверх-вниз) платформе. Клеевой состав наносится на всю поверхность слоя пленки, а в те места, где после построения необходимо обеспечить легкое удаление пленки, наносится «анти-клей». Т. е. тело модели формируется за счет последовательного склеивания пленки, а «пустоты» остаются не склеенными, чтобы обеспечить легкое удаление «лишней» пленки из этих «пустот» в процессе пост-обработки. Анти-клей наносится с помощью специальных «карандашей» или «фломастеров» с различным диаметром стержня 1, 3 и 6 мм. В зависимости от размеров полости модели, которую необходимо сформировать, используется соответствующего размера фломастер.
В связи с невысокой ценой, как самих машин, так и расходных материалов, 3D принтеры нашли применение в учебных заведениях, в макетных и архитектурных мастерских и дизайн-студиях. Модели из ПВХ-пленки могут использоваться в качестве мастер-моделей при литье в силиконовые формы полиуретановых смол, а также восковых моделей для последующего литья металлов по выплавляемым моделям. Точность построения на 3D-принтере Solido SD 300 в пределах 0,1..0,12 мм на длине 150 мм по всем осям.
От Автора: современные технологии быстрого изготовления моделей и прототипов позволяют в короткие сроки - 2-3 дня получить стендовый или действующий образец разрабатываемой детали или узла. Для стендового образца обычно используют технологию SLA - как более дешовую. SLA-модели имеют гладкую поверхность и высокую точность изготовления, однако они слишком хрупкие и со-временем меняют форму и цвет. SLS-модели имеют шероховатую поверхность, но более стабильны, хорошо сохраняют форму под воздействием внешних факторов и их можно окрашивать и лакировать - поэтому их обычно используют для действующих образцов.
Если в процессе разработки продукта, требуется изготовление нескольких действующих образцов или более, то применяется технология изготовления деталей литьём в силиконовые формы полиуретановых смол, что значительно удешевляет их изготовление.
Ссылки:
