Как работи 3D печатът с пластмаса? Ръководство за начинаещи за технологии и материали

3D печат на пластмаса е нов и иновативен начин за създаване на неща чрез добавяне на слоеве материал един върху друг, за да се превърнат дигиталните планове в реални предмети. Този метод използва термопластични нишки, фотополимерни смоли и материали на прахообразна основа за изработка на проби, работни части и готови изделия за много различни видове бизнеси. Пластмасовият 3D печат изгражда части от нулата, което е различно от традиционните методи на субтрактивно производство. Това прави възможно изработването на части със сложна геометрия и вътрешни структури, които не са били възможни преди. Процесът започва с файлове за компютърно проектиране, продължава със специализиран софтуер за нарязване и завършва с точно поставяне на материала, водено от сложни системи за управление. Това пълно ръководство разглежда основните идеи, материалознанието и реалните приложения на пластмасовия 3D печат, които го правят важен инструмент за съвременното разработване и производство на продукти.

Разбиране на 3D печатането с пластмаса

3D печатът върху пластмаса е група от различни техники за адитивно производство, които използват материали на полимерна основа за създаване на триизмерни неща. Този нов начин на изработка е много различен от стария, защото той изгражда части чрез добавяне на материал към твърди блокове, вместо да го отнема. Бързото прототипиране беше първото приложение на тази технология и сега тя може да се използва за пълномащабно производство в области от самолети до потребителски стоки. Основното предимство е обхватът на планиране и възможността за извършване на промени. Инженерите могат да правят вътрешни канали с много малки отвори, леки решетъчни структури и сложни системи, чието изработване би изисквало много стъпки със стандартни методи. Тази функция е особено полезна за екипи за обществени поръчки между предприятия, които искат да намалят времето за чакане, като същевременно отговарят на строги спецификации.

Основни принципи на адитивното производство

Наслагването на материали е идеята зад адитивното производство. Цифровите модели се изрязват чрез алгоритми за нарязване, които създават стотици или хиляди слоеве с напречно сечение. В зависимост от използваната технология и желаното качество на обработка, всеки слой обикновено е с дебелина между 0.1 и 0.3 милиметра. Използвайки метода слой по слой, производителите могат да създават кухи структури, да използват по-малко материал и да постигнат най-добро тегло чрез методи за оптимизация на топологията. Тези възможности са идеални за съвременните усилия за по-екологично производство и осигуряват полезни характеристики, подобни на тези на традиционно произвежданите части.

Обяснение на процеса на 3D печат с пластмаса

Работният процес на 3D печат на пластмаса се състои от няколко стъпки, които работят заедно, за да определят качеството на крайната част и колко бързо може да бъде произведена. Когато служителите по снабдяването и инженерните екипи разбират тези стъпки, те могат да подобрят своите производствени стратегии и да планират евентуални проблеми.

Дигитален дизайн и подготовка на файлове

- 3D печат на пластмаса Моделите се изработват с инструменти за компютърно проектиране. След това тези модели се преобразуват във файлове със стереолитографски формат, за да могат да бъдат отпечатани. За да се уверят, че размерите са правилни, инженерите-конструктори трябва да помислят за посоката на слоевете, нуждите от носеща структура и коефициентите на свиване на материала по време на процеса на моделиране. Софтуерът за нарязване е много важен за превръщането на 3D моделите в посоки, които компютрите могат да разберат. Въз основа на избраните от вас материали и желаното ниво на качество, тези приложения определят височините на слоевете, моделите на запълване, скоростта на печат и температурните настройки. Усъвършенстваните алгоритми за нарязване могат да направят линиите за печат по-ефективни, така че да се губи по-малко материал и да се съкрати времето за производство.

Отлагане на материали и образуване на слоеве

Процесът на печат е различен в зависимост от използваната технология, но всички те работят чрез внимателно поставяне на материалите там, където е необходимо. Преди да изтласкат материала от прецизно поставените тръби, системите за моделиране чрез стопяване нагряват термопластичните нишки, докато станат почти течни. Устройствата за контрол на температурата гарантират, че по време на цикъла на изработка винаги са налице най-добрите условия за работа. Нагрятите работни повърхности предотвратяват усукването на слоевете и ги правят по-добре залепващи, а затворените помещения поддържат инженерни материали като найлон и поликарбонат при постоянна температура.

Постобработка и контрол на качеството

Процесите на последваща обработка имат голямо влияние върху свойствата и външния вид на крайната част. Те помагат за премахване на ненужния материал, изглаждане на повърхността и проверка на размерите на частите, за да се гарантира, че отговарят на изискванията. Химическо изглаждане с пари, термично отгряване и прецизна машинна обработка на важни области са едни от най-модерните методи за последваща обработка. Проверка на размерите, измерване на грапавостта на повърхността и тестване на механичните свойства са примери за методи за контрол на качеството. В бизнес-към-бизнес (B2B) среди, където производителността на частите пряко влияе върху по-късните стъпки на сглобяване и стабилността на готовия продукт, тези стъпки за проверка са необходими.

Видове пластмасови материали и използвани технологии

Изборът на правилния материал има голямо влияние върху това колко добре работи дадена част, колко струва и как трябва да се обработва. В днешно време 3D печатът с пластмаса може да използва много различни термопласти, всяка със свои собствени механични качества и приложения.

Често срещани термопластични материали

Полимлечната киселина все още е най-лесният за набавяне материал за начинаещи, рециклируем е и е лесен за печат. Въпреки че PLA не издържа добре на високи температури, той е подходящ за тестове, където точността на измерванията и повърхностната обработка са по-важни от механичните характеристики. Акрилонитрил бутадиен стиренът е по-добър от PLA по отношение на устойчивостта на високи температури и дълготрайността. Това го прави идеален за изработка на полезни проби и части, които ще се използват в реалния живот. ABS трябва да се нагрява в производствените помещения, за да се предотврати усукване, но е по-устойчив на удари и работа с химикали. Инженерни материали като полиетеретеркетон, полиетеримид и найлон, напълнен със стъкло, могат да се използват в трудни ситуации, които трябва да се справят с високи температури, химикали или по-добри динамични качества. Необходими са специализирани инструменти и познания за обработката, за да се работи с тези материали, но производителността е подобна на тази на шприцваните части.

Сравнение на технологиите за печат

Ето основните видове на 3D печат на пластмаса методи за пластмаса, които могат да се използват в бизнеса:

• Моделиране чрез стопяване: Този метод използва нагряти термопластични влакна, които се поставят през прецизни дюзи. Работи добре с широк спектър от материали и е рентабилен за тестване и дребномащабно производство.
• Стереолитография: Този метод използва фотополимерни материали, които се втвърдяват от прецизни лазерни системи. Той произвежда много гладки повърхности и точни измервания, което го прави идеален за изработка на детайлни прототипи и модели за леене по инвестиционни модели.
• Селективно лазерно синтероване: Сливане на полимерни прахообразни частици заедно с помощта на контролирана лазерна енергия. Това ви позволява да произвеждате части със сложни форми и изотропни механични качества, които не се нуждаят от поддържащи конструкции.

В зависимост от нуждите на приложението, количеството продукция и стандартите за качество, всеки от тези технологични избори има своите предимства. Доброто разбиране на плюсовете и минусите на всеки метод ви помага да направите най-добрия избор за вашата работа.

Сравняване на 3D печат с пластмаса с други методи на производство

Разглеждането на плюсовете и минусите на 3D печатането с пластмаса в сравнение с други начини за изработка показва ясни предимства и недостатъци, които влияят върху решенията за покупка и планирането на проекта.

Предимства пред традиционното производство

3D печатът с пластмаса е чудесен за бързо тестване, където промените в дизайна се случват често. Леенето под налягане изисква скъпи форми и големи минимални поръчки. Адитивното производство, от друга страна, може да произвежда единични части на една и съща цена за бройка, независимо колко са произведени. Възможностите за сложна геометрия надхвърлят това, което е възможно с традиционното рязане, позволявайки вътрешни характеристики, подрязвания и комбинации, за които биха били необходими повече от една част, за да се направят с традиционните методи. Поради това, дизайнерите често са в състояние да комбинират части по начини, които съкращават времето за сглобяването им и елиминират евентуални слаби места.

Ограничения и съображения

Тъй като изработката на нещо слой по слой отнема повече време от леенето или машинната обработка, скоростта на производство се превръща в проблем при големи обеми употреба. За да се постигне необходимата гладкост за шприцване, качеството на повърхностната обработка може да изисква повече стъпки за последваща обработка. Друго нещо, което трябва да се вземе предвид, е анизотропията на свойствата на материала, тъй като повърхностите на слоевете могат да причинят насочена слабост в сравнение с изотропните свойства на отливаните части. Тези ефекти могат да бъдат намалени с правилните практики за насочване и проектиране, но те трябва да бъдат тествани по начин, специфичен за приложението.

Избор на решения за 3D печат с пластмаса за вашия бизнес

Когато избирате стратегическо оборудване, трябва внимателно да обмислите производствените си нужди, съответствието на материалите и как оборудването ще се използва в дългосрочен план. Екипите по снабдяване трябва да преценят разходите за първоначалната инвестиция спрямо необходимите възможности и очакваната възвръщаемост на инвестицията.

Критерии за оценка на оборудването

Спецификациите за обема на изработка трябва да вземат предвид очакваните размери на частите, нуждите от поддържащата система и възможността за производство на партиди. Температурните характеристики влияят върху видовете материали, които могат да се използват. Например, отопляемите помещения правят възможно производството на инженерни пластмаси, но също така повишават цената на оборудването. Спецификациите за прецизност и точност имат пряко влияние върху това колко постоянно е качеството на дадена част в производствените серии. За повечето форми, индустриалните системи могат да постигнат толеранси в рамките на ±0.1 милиметра. Въпреки това, в зависимост от нуждите на приложението, някои характеристики може да се нуждаят от по-строг контрол.

Съображения, свързани с материали и услуги

Създаването на надеждни линии за доставка на материали гарантира, че производството може да бъде стабилно и че разходите могат да бъдат предвидени. Водещите производители на материали предлагат подробни технически информационни листове, инструкции за обработка и предложения за конкретни приложения, които помагат в процеса на внедряване. Компаниите, които използват технологии за 3D печат, се възползват от получаването на техническа помощ и обучение. За да подобрят производителността и качеството на частите, всеобхватните програми за поддръжка предлагат обучение за инструменти, помощ при разработването на приложения и текущи технически съвети.

Заключение

3D печат на пластмаса Технологията все още променя начина, по който се произвеждат нещата в много различни индустрии, защото дава на дизайнерите повече свобода, позволява им да създават прототипи бързо и дава на фабриките повече начини за производство. Специалистите по снабдяване и инженерните екипи могат да вземат по-добри решения, когато разбират основните процеси, избора на материали и технологичните разлики. Има някои ограничения за това колко бързо могат да се произвеждат нещата и качествата на използваните материали, но технологиите непрекъснато се усъвършенстват и правят възможни нови възможности и приложения. Стратегическото използване на пластмасови 3D печатни решения може значително да съкрати времето, необходимо за създаване на нов продукт, да облекчи натиска за пускането му на пазара и да позволи нови начини за проектиране, които преди това бяха ограничени от ограниченията на традиционното производство.

Често задавани въпроси

1. Кои материали са най-подходящи за функционални прототипи?

За практически тестове, термопластичните пластмаси от инженерен клас, като найлон, PETG и ABS, имат отлични механични свойства. Тези материали са устойчиви на удари, остават стабилни при стайна температура и са с точни размери, което ги прави подходящи за проверка на сглобяването и производителността.

2. Как ориентацията на печат влияе върху качеството на детайлите?

Посоката на слоевете има голямо влияние върху механичните качества и повърхностното покритие. За най-добра здравина и точност, отпечатайте важни елементи успоредно на платформата за изработка. За вертикални позиции може да са необходими поддържащи конструкции, но те могат да подобрят качеството на повърхността върху извити елементи.

3. Какви стъпки за последваща обработка обикновено са необходими?

Премахването на поддържащия материал е най-често срещаната стъпка след обработката. След това се използват шлайфане или химични процеси, за да се направи повърхността гладка. Някои други стъпки могат да бъдат термична обработка за облекчаване на напрежението, прецизна машинна обработка за важни измервания и дейности, които подготвят устройството за работа.

4. Как се сравняват сроковете за изпълнение с традиционното производство?

В зависимост от сложността на детайла и дължината на поточната линия, 3D печатът с пластмаса обикновено може да ви го достави в рамките на един до пет дни. Това е много по-бързо от шприцването или машинното изработване на проби. Това предимство на скоростта е особено полезно по време на експерименталните етапи на проектиране и когато проектът трябва да се завърши бързо.

Партнирайте с Huangcheng за професионални решения за 3D печат на пластмаси

Huangcheng Technology има десетгодишен опит в бързото разработване и може да ви помогне с вашите нужди от 3D печат на пластмаси по прецизен и надежден начин. Нашите експертни инженери и широка гама от високотехнологични инструменти осигуряват еднакво качество в широка гама от термопластични материали, от обикновени PLA и ABS до инженерен найлон и PEEK. Ние обслужваме екипи за продуктов дизайн, OEM производители и чуждестранни компании, търсещи надеждни... 3D печат на пластмаса партньорства с доставчици. Намираме се в технологичния център на Шънджън и предлагаме разумни цени, както и строги стандарти за контрол на качеството. Свържете се с нашите технически експерти на sales@hc-rapidprototype.com да обсъдим нуждите на вашия проект и да получим подробни оферти за следващия ви проект за прототипиране.

Източници

1. Гибсън, Иън, Дейвид Розен и Брент Стъкър. „Технологии за адитивно производство: 3D печат, бързо прототипиране и директно цифрово производство.“ Springer Science & Business Media, 2015.

2. Нго, Туан Д. и др. „Адитивно производство: текущо състояние, бъдещ потенциал, пропуски и нужди и препоръки.“ Journal of Manufacturing Science and Engineering, том 140, № 6, 2018 г.

3. Уолърс, Тери и Тим Кафри. „Доклад на Уолърс за 2021 г.: 3D печат и адитивно производство: Глобално състояние на индустрията.“ Wohlers Associates, 2021 г.

4. Дилбероглу, Угур Мурат и др. „Ролята на адитивното производство в ерата на Индустрия 4.0.“ Procedia Manufacturing, том 11, 2017 г., стр. 545-554.

5. Лигон, С. Кристиан и др. „Полимери за 3D печат и персонализирано адитивно производство.“ Chemical Reviews, том 117, № 15, 2017 г., стр. 10212-10290.

6. Берман, Бари. „3D печат: Новата индустриална революция.“ Business Horizons, том 55, № 2, 2012 г., стр. 155-162.