Аддитивное производство или 3D-печать снижает затраты, экономит время и расширяет технологические возможности при разработке продуктов. Технологии 3D-печати предлагают универсальные решения для самых разных областей применения: от быстрого изготовления концептуальных моделей и функциональных прототипов в области создания опытных образцов до креплений и зажимов или даже конечных деталей в производстве.
За последние несколько лет 3D-принтеры с высоким разрешением стали более доступными, более надежными и более простыми в использовании. В результате большее число компаний получило возможность использовать технологию 3D-печати, но выбор между различными конкурирующими решениями 3D-печати может вызывать затруднения.
Какая именно технология подходит для решения ваших задач? Какие материалы доступны для нее? Какое оборудование и обучение необходимы для начала работы? Каковы затраты и окупаемость?
В этой статье мы подробно рассмотрим три наиболее на сегодняшний день известные технологии 3D-печати из пластика: моделирование методом наплавления (FDM), стереолитография (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS).
Выбираете между 3D-принтером FDM и SLA? Ознакомьтесь с нашим детальным сравнением технологий FDM и SLA.
Скачать эту инфографику в высоком разрешении можно здесь.
Выбор технологии 3D-печати
Вам не удается найти технологию 3D-печати, наиболее соответствующую вашим потребностям? В этом видеоруководстве мы сравниваем технологии моделирования методом наплавления (FDM), стереолитографии (SLA) и селективного лазерного спекания (SLS) с точки зрения главных факторов, которые следует учитывать при покупке.
Моделирование методом наплавления (FDM)
Моделирование методом наплавления (FDM), также известное как производство способом наплавления нитей (FFF), является наиболее широко используемой формой 3D-печати на потребительском уровне, чему способствовало распространение любительских 3D-принтеров. На FDM-принтерах модели изготавливаются путем плавления и экструзии термопластичной нити, которую сопло принтера наносит слой за слоем на строящуюся модель.
Метод FDM использует ряд стандартных пластиков, таких как АБС-пластик, ПЛА и их различные смеси. Он хорошо подходит для изготовления базовых экспериментальных моделей, а также для быстрого и недорогого создания прототипов простых деталей, например деталей, которые обычно подвергаются механической обработке.
На моделях FDM часто заметны линии слоев, а вокруг сложных элементов могут иметься неточности. Этот образец был напечатан на промышленном 3D-принтере Stratasys uPrint FDM с растворимыми поддерживающими структурами (цена принтера от $15 900).
Принтеры FDM имеют самое низкое разрешение и точность по сравнению с SLA или SLS и не являются лучшим вариантом для печати сложных конструкций или деталей со сложными элементами. Повысить качество поверхности можно с помощью химических и механических процессов полировки. Для решениях этих проблем в промышленных 3D-принтерах FDM используются растворимые поддерживающие структуры и предлагается более широкий ассортимент конструкционных термопластиков, но они также стоят дорого.
Принтеры FDM плохо справляются со сложными конструкциями или деталями со сложными элементами (слева) по сравнению с принтерами SLA (справа).
Стереолитография (SLA)
Изобретенная в 1980-х годах, стереолитография является первой в мире технологией 3D-печати и до сих пор остается одной из самых популярных технологий среди профессионалов. В принтерах SLA используется процесс, называемый фотополимеризацией, то есть превращение жидких полимеров в затвердевший пластик с помощью лазера.
Посмотрите на стереолитографию в действии.
Модели, напечатанные на принтерах SLA, имеют самое высокое разрешение и точность, самую четкую детализацию и самую гладкую поверхность среди всех технологий 3D-печати из пластиков, но главное преимущество метода SLA заключается в его универсальности. Производители материалов разработали инновационные формулы для полимеров SLA с широким спектром оптических, механических и термических свойств, которые соответствуют свойствам стандартных, инженерных и промышленных термопластиков.
Модели, созданные по технологии SLA, имеют острые края, гладкую поверхность и почти не заметные линии слоев. Этот образец был напечатан на настольном стереолитографическом 3D-принтере Formlabs Form 3 (цена принтера от $3499).
SLA является отличным вариантом для изготовления высокодетализированных прототипов, требующих жестких допусков и гладких поверхностей, таких как пресс-формы, шаблоны и функциональные детали. Технология SLA широко используется в различных отраслях промышленности: от машиностроения и проектирования до производства, стоматологии, ювелирного дела, создания моделей и образования.
Знакомство с настольной 3D-печатью методом стереолитографии (SLA)
Скачайте наш подробный технический доклад , чтобы узнать, как работают технологии SLA-печати, почему сегодня их используют тысячи специалистов, и чем данная технология 3D-печати может быть полезна в вашей работе.
Запросить образец печати
Оцените качество печати Formlabs на собственном опыте. Мы отправим бесплатный образец 3D-печати прямо в ваш офис.
Селективное лазерное спекание (SLS)
Селективное лазерное спекание является наиболее распространенной технологией аддитивного производства, применяемой в промышленности.
В 3D-принтерах с селективным лазерным спеканием (SLS) используется высокомощный лазер для спекания мелких частиц порошка полимера. Нераспыленный порошок поддерживает модель во время печати и устраняет необходимость в специальных поддерживающих структурах. Благодаря этому технология SLS идеальна подходит для изготовления деталей со сложной геометрией, в том числе с внутренними элементами, канавками, тонкими стенками и отрицательным уклоном. Модели, изготовленные с использованием SLS-печати, имеют превосходные механические характеристики: их прочность можно сравнить с прочностью деталей, отлитых под давлением.
Модели, созданные по технологии SLS, имеют слегка шероховатую поверхность, но практически не имеют видимых линий слоев. Этот образец был напечатан на 3D-принтере SLS для мастерских Formlabs Fuse 1 (цена принтера от $18500).
Самым распространенным материалом для селективного лазерного спекания является нейлон, популярный инженерный термопластик с превосходными механическими свойствами. Нейлон легкий, прочный и гибкий, устойчив к ударам, нагреву, воздействию химических веществ, ультрафиолетового излучения, воды и грязи.
Благодаря комбинации низкой себестоимости детали, высокой производительности и широко используемых материалов, SLS является популярным методом инженерного функционального прототипирования и экономически выгодной альтернативой литьевому формованию в случаях производства ограниченного объема партий.
3D-печать методом селективного лазерного спекания (SLS): введение
Ищете 3D-принтер для создания прочных, функциональных моделей? Скачайте наш технический доклад, чтобы узнать, как работает технология селективного лазерного спекания (SLS) и почему она популярна в 3D-печати для изготовления функциональных прототипов и изделий для конечного использования.
Сравнение технологий 3D-печати FDM, SLA и SLS
Каждая технология 3D-печати имеет свои сильные и слабые стороны, ограничения и сферы приложения. В следующей таблице приведены ключевые характеристики и факторы.
| Моделирование методом наплавления (FDM) | Стереолитография (SLA) | Селективное лазерное спекание (SLS) | |
|---|---|---|---|
| Разрешение | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Точность | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Качество поверхности | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Производительность | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Сложные формы | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Простота в использовании | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Преимущества | Скорость Недорогие пользовательские машины и материалы | Высокая экономическая эффективность Высокая точность Гладкая поверхность Широкая сфера функционального применения | Прочные функциональные детали Гибкость проектирования Нет необходимости в поддерживающих структурах |
| Недостатки | Низкая точность Низкая детализация Ограниченное соответствие проектной конструкции | Чувствительность к продолжительному воздействию ультрафиолета | Неровная поверхность Ограничения в выборе материалов |
| Применение | Недорогое быстрое прототипирование Базовые экспериментальные модели | Функциональное прототипирование Шаблоны, формы и инструменты Стоматологические изделия Прототипирование ювелирных изделий и формы Создание моделей | Функциональное прототипирование Мелкосерийное производство и изготовление изделий на заказ |
| Объем печати | До ~300 x 300 x 600 мм (настольные 3D-принтеры) | До ~300 x 335 x 200 мм (настольные 3D-принтеры и 3D-принтеры для мастерских) | До 165 x 165 x 300 мм (3D-принтеры для мастерских) |
| Материалы | Стандартные термопластики, такие как АБС-пластик, ПЛА и их различные смеси. | Различные полимеры (термореактивные пластики). Стандартные, инженерные (со свойствами АБС-пластика, полипропилена, гибкие, термостойкие), литьевые, стоматологические и медицинские (биосовместимые). | Инженерные термопластики. Нейлон 11, Нейлон 12 и их композиты. |
| Обучение | Минимальное обучение настройке оборудования, эксплуатации машины и обработке поверхности; непродолжительное обучение техобслуживанию. | Концепция "включил и работай". Минимальное обучение настройке оборудования, техобслуживанию, эксплуатации машины и обработке поверхности. | Непродолжительное обучение настройке оборудования, техобслуживанию, эксплуатации машины и обработке поверхности. |
| Требования к помещению | Кондиционируемая среда или желательно индивидуальная вентиляция для настольных машин. | Настольные машины подходят для использования в условиях офиса. | Системы для мастерских имеют умеренные требования к пространству и могут быть установлены в производственной среде. |
| Вспомогательное оборудование | Система удаления опор для машин с растворимыми поддерживающими структурами (опционально автоматизирована), инструменты для чистовой обработки. | Станция финальной полимеризации, станция промывки (опционально автоматизированы), инструменты для чистовой обработки. | Станция пост-обработки для очистки моделей и восстановления материалов. |
Затраты на 3D-печать и возврат инвестиций при использовании технологий FDM, SLA и SLS
Так или иначе, вам следует выбирать технологию, которая наиболее подходит для вашего бизнеса. За последние годы цены значительно упали, и сегодня все три технологии предлагаются в компактных и доступных по цене системах.
Расчет затрат на 3D-печать не заканчивается подсчетом первоначальных затрат на оборудование. Расходы на сырье и материалы и трудозатраты оказывают существенное влияние на себестоимость каждой детали в зависимости от области применения и производственных потребностей.
Ниже приведена подробная разбивка по технологиям.
| Моделирование методом наплавления (FDM) | Стереолитография (SLA) | Селективное лазерное спекание (SLS) | |
|---|---|---|---|
| Затраты на оборудование | Цена на бюджетные принтеры и наборы для 3D-принтеров начинаются с нескольких сотен долларов. Предлагающие более высокое качество настольные принтеры среднего класса стоят от $2000 долларов, а промышленные системы — от $15 000. | Настольные принтеры профессионального уровня стоят от $3500 долларов, широкоформатные принтеры для мастерских — от $10 000 долларов, промышленные системы для крупномасштабного производства — от $80 000. | Настольные принтеры для мастерских стоят от $10 000 долларов, промышленные принтеры — от $100 000. |
| Стоимость материалов | $50–$150/кг для большинства стандартных и инженерных нитей и $100–$200/кг для вспомогательных материалов. | $50–$150/л для большинства стандартных и инженерных полимеров. | $100/кг для нейлона. SLS не требует поддерживающих структур, и неиспользованный порошок можно использовать повторно, что снижает затраты на материалы. |
| Трудозатраты | Ручное удаление поддерживающих структур (может быть автоматизировано для промышленных систем с растворимыми опорами). Для получения высококачественной поверхности требуется длительная пост-обработка. | Промывка и финальная полимеризация (обе операции могут быть автоматизированы). Простая пост-обработка для удаления поддерживающих структур. | Простая очистка для удаления лишнего порошка. |
Рассчитайте экономию времени и средств
Попробуйте наш интерактивный инструмент расчета рентабельности инвестиций, чтобы узнать, сколько времени и средств вы можете сэкономить с помощью печати на 3D-принтерах компании Formlabs.
Узнать больше о технологиях 3D-печати
Прототипы оправы лыжных очков, напечатанные методами FDM, SLA и SLS (слева направо).
Мы надеемся, что эта статья помогла вам сузить диапазон поиска технологии 3D-печати, наиболее подходящей для решения ваших задач.
Воспользуйтесь нашими дополнительными ресурсами, чтобы освоить тонкости 3D-печати, глубже изучить каждую технологию и узнать больше о конкретных системах 3D-печати.
