Главная / 3DP и другие струйные технологии
3DP и другие струйные технологии

3DP и другие струйные технологии

Занимательно, но термины 3D-печать и 3D-принтер были внедрены с подачи двух студентов Массачусетского технологического института, которым пришла в голову идея модифицировать обычный струйный принтер в устройство для аддитивного производства. В 1995 году Джим Бредт и Тим Андерсон, которые уже запатентовали свою разработку, создали компанию Z Corporation и наладили выпуск первых принтеров, работающих по технологии струйной 3D-печати (3DP). За 20 лет существования эта технология успела сменить владельца и приобрести ряд усовершенствований.

Принцип работы

Процесс 3Д-печати по струйной или, как ее еще называют, inc-jet технологии основан на связывании материала в предварительно-заданных местах специальным клеящим веществом, такой метод прототипирования относится к категории Binder jetting или впрыскивание связующего. На картинке ниже обозначена общая схема такого 3D-принтера. Перед началом печати 3D-модель нужного объекта должна быть «разрезана» САПР-программой на горизонтальные слои, форма которых передается на печать в специальном G-коде.
3DP технологический процесс

Принтер разделен на две основных камеры: для хранения порошка (слева) и для построения модели, каждая из которых снабжена подвижной платформой. В начале процесса первое отделение заполнено материалом, а второе — пустое, чтобы начать печать тонкий слой порошка при помощи выравнивающего ролика перемещается из первой камеры во вторую. Далее печатающая головка, имеющая множество сопел, наносит в нужных местах связующее вещество. После этого платформа рабочей камеры опускается на толщину слоя вниз, а отделения с порошком — поднимается вверх и все повторяется. После завершения процесса печати модель извлекается из камеры, тщательно продувается и очищается.

Коротко работа 3DP 3D-принтера показана здесь:

Существует несколько разновидностей этого процесса. Так, во многих устройствах, работающих с металлической крошкой, изготовленная деталь нуждается в последующем обжиге в печи, чтобы выжечь связующий материал и пропитать образовавшиеся поры бронзой или другим жидким металлом, с более низкой температурой плавления. Также есть устройства, наносящие не клей, а вещество, усиливающее поглощения тепла. В этом случае обжигу подвергается вся камера с порошком, в котором спекаются только частички детали.

Важным преимуществом ink jet печати по методу 3DP является то, что готовая модель не нуждается в поддержках для нависающих элементов конструкции (верхняя грань улыбки смайлика на картинке), а недостатком — необходимость иметь излишки порошка для заполнения всей камеры.

Используемые материалы и сферы их применения

На главной картинке статьи изображена девушка, держащая в руках свою мини-копию, сделанную из гипсового композита, который связан обычной водой. Для изготовления полноцветной фигурки дополнительно используются красители, наподобие тех, что применяются в классических струйных принтерах. Такая технология используется в 3D-принтере ProJet660Pro от 3DSystems и больше всего подходит для изготовления различных скульптур и выставочных моделей.

Также у этой компании есть линейка кондитерских 3D-принтеров ChefJet, которые используют этот же принцип, но уже для связывания сахара. У этих устройств есть Pro-версия, которая позволяет выполнять полноцветную печать и чередовать вкусовые оттенки, что превращает их в настоящего мини-шеф-повара. Получается очень красиво, с первого взгляда и не подумаешь, что такое можно кушать:
3DP технология роза

Еще одна ветвь технологии 3DP — CJP или ColorJet Printing (цветная струйная печать) от 3DSystems. Для изготовления деталей в ней используются специальные полимеры, имеющие разнообразные физические свойства: гибкость, прочность, резиноподобность и другие. Для их раскрашивания применяют специальные пропитки. На сегодня это ведущая технология на основе 3DP, позволяющая создавать полноцветные пластиковые фигурки.
3DP технология фигурки
Герои мультфильма ParaNorman были предварительно напечатаны на принтере ProJet от 3DSystems

Еще одна компания — ExOne предлагает принтеры, которые используют для печати самые разные материалы: пластики, песчаные смеси и металлы. А компания Soligen используется керамические материалы и даже запатентовала другое название для «своей» технологии — Direct Shell Production Casting (DSPC). Наиболее популярны такие 3D-принтеры при изготовлении пресс-форм для последующего серийного производства деталей.

Стоит отметить, что цена на самые недорогие гипсовые порошки составляет около 600-700 евро за 10-килограммовое ведро (8200 см куб.). При этом нужно добавить стоимость связующего вещества, которая дополнительно составит в среднем 660 евро за емкость 3,8 л.

Небольшой обзор популярных моделей принтеров

К сожалению, в России пока не появился производитель, готовый вложить огромные средства в производство таких машин, возможно, это связано с тем, что более дешевые технологии трехмерной печати, такие как SLA и FDM во многом позволяют заменить основные процессы в вышеописанных сферах производства. Что же касается зарубежных образцов подобных 3D-принтеров, то их довольно много и чтобы сэкономить время выведем их основные характеристики в таблицу.

3DP сравнение

Вверх