Трехмерная печать с порошковым слоем и струйной печатью, известная по-разному как «струйная переработка» и «drop-on-powder» — или просто «3D-печать» (3DP) — это технология быстрого прототипирования и добавления присадок для создания объектов, описанных цифровыми данными, такими как файл САПР.

история
Эта технология была впервые разработана в Массачусетском технологическом институте в 1993 году, а в 1995 году Z Corporation получила эксклюзивную лицензию. Термин «трехмерная печать» был товарным знаком того же самого.

Описание
Как и во многих других процессах производства присадок, подлежащая печати часть создается из множества тонких поперечных сечений 3D-модели. Печатающая головка для струйной печати перемещается через слой порошка, избирательно осаждая жидкий связующий материал. Тонкий слой порошка распределяется по завершенному участку, и процесс повторяется с каждым слоем, прилипающим к последнему.

Когда модель завершена, несвязанный порошок автоматически и / или вручную удаляется в процессе, называемом «де-порошок», и его можно использовать в некоторой степени.

Порошкообразная часть необязательно может быть подвергнута различным инфильтратам или другим обработкам для получения желательных свойств в конечной части.

Технологии
В 3D-печати заготовки закладываются друг за другом. 3D-данные (например, данные CAD) используются для расчета геометрии, создаваемой для каждого отдельного слоя. В 3D-печати слой порошка или гранулы наносят на регулируемый по высоте стол и склеивают посредством связующего в точках, которые принадлежат заготовке. Это похоже на обычный струйный принтер с печатаемой головкой, который применяет связующее вместо чернил. Впоследствии таблица опускается на толщину одного слоя и наносится новый слой порошка. Это повторяется до тех пор, пока деталь не будет полностью сформирована, а затем полностью скрыта окружающим порошком. После этого супернатантный порошок возвращается для дальнейшего использования, заготовка удаляется из принтера и освобождается от остатков порошка.

Таким образом, принцип процесса аналогичен селективному лазерному плавлению, в котором металлический порошок локально расплавляется лазером.

материалы
В оригинальной реализации крахмал и гипсовая штукатурка заполняют порошкообразный слой, жидким «связующим» в основном является вода для активации штукатурки. Связующее также включает красители (для цветной печати) и добавки для регулировки вязкости, поверхностного натяжения и точки кипения для соответствия спецификациям печатающей головки. Получаемые штукатурки обычно не имеют «зеленой прочности» и требуют инфильтрации расплавленным воском, цианакрилатным клеем, эпоксидной смолой и т. Д. Перед регулярной обработкой.

Хотя необязательно использовать обычную технологию струйной печати, различные другие комбинации порошковых связующих могут быть развернуты для образования объектов химическими или механическими средствами. Затем полученные части могут подвергаться различным режимам последующей обработки, таким как инфильтрация или выпекание. Это может быть сделано, например, для устранения механического связующего (например, путем сжигания) и уплотнения материала сердцевины (например, путем плавления) или образования композиционного материала, смешивающего свойства порошка и связующего. В зависимости от материала полноцветная печать может быть или не быть вариантом. С 2014 года изобретатели и производители разработали системы для формирования объектов из песка и карбоната кальция (образуя синтетический мрамор), акрилового порошка и цианакрилата, керамического порошка и жидкого связующего, сахара и воды (для изготовления конфет) и т. Д. Один из первые коммерчески доступные продукты, которые включали использование Graphene, представляли собой порошкообразный композит, используемый в 3D-печати для струйной печати с порошковым слоем.

Технология трехмерной печати имеет ограниченный потенциал для изменения свойств материала в одной сборке, но, как правило, ограничивается использованием общего материала сердечника. В оригинальных системах Z Corporation поперечные сечения обычно печатаются сплошными контурами (образуя сплошную оболочку) и внутренним рисунком с более низкой плотностью для ускорения печати и обеспечения стабильности размеров в процессе отверждения детали.

Характеристики
В дополнение к объемному цвету с использованием нескольких печатающих головок и цветного связующего процесс 3D-печати, как правило, быстрее, чем другие технологии производства присадок, такие как плавленый сплав для моделирования осаждения, который требует, чтобы 100% строительного материала и материала носителя были депонированы с требуемым разрешением , При трехмерной печати основная часть каждого печатного слоя, независимо от сложности, депонируется тем же быстрым процессом распространения.

Как и в случае с другими технологиями порошкового слоя, несущие конструкции обычно не требуются, потому что рыхлый порошок поддерживает нависающие признаки и штабелированные или взвешенные объекты. Устранение печатных опорных конструкций может сократить время сборки и использования материалов и упростить как оборудование, так и последующую обработку. Однако сама дезористка может быть деликатной, грязной и трудоемкой задачей. Некоторые машины, таким образом, автоматизируют де-порошок и рециркуляцию порошка, насколько это возможно. Поскольку весь объем сборки заполнен порошком, как и при стереолитографии, средства для эвакуации полого участка должны быть размещены в конструкции.

Как и другие процессы порошкового слоя, поверхностная обработка и точность, плотность объекта и, в зависимости от материала и прочности процесса, могут уступать таким технологиям, как стереолитография (SLA) или селективное лазерное спекание (SLS). Хотя «ступенчатые» и асимметричные размерные свойства являются особенностями 3D-печати, как и большинство других многослойных производственных процессов, трехмерные печатные материалы обычно объединяются таким образом, чтобы минимизировать разницу между вертикальным и плоским разрешением. Этот процесс также поддается растеризации слоев при целевых разрешениях, быстрый процесс, который может вместить пересекающиеся твердые тела и другие артефакты данных.

Порошковые и струйные 3D-принтеры обычно варьируются в цене от $ 50 000 до $ 2 000 000, но есть набор для хобби с DIY, который продается от 800 долларов США, чтобы конвертировать потребительский принтер FDM в порошковый / струйный принтер.

Преимущества и недостатки
Теоретически все материалы могут использоваться до тех пор, пока их можно приклеить к связующему. В частности, продукты или чувствительные к температуре вещества, такие как лекарства, могут быть обработаны. Кроме того, можно использовать разные связующие в одной заготовке для создания областей с различными механическими свойствами. В качестве связующего могут использоваться многочисленные вещества, для. Например, те, которые основаны на воде, синтетической смоле или живых клетках. В принципе, порошки не обязательно должны быть одинаковыми в каждом слое.

Кроме того, в Binder Jetting, подобно лазерному спеканию, материал носителя не требуется, поскольку заготовка обрабатывается порошком во время производственного процесса.

Однако трехмерная печать не обеспечивает очень прочную заготовку. Особенно при использовании металлов в качестве материалов заготовки должны быть впоследствии удалены из связующего и спечены для обеспечения достаточной прочности. Это приводит к усадке, так что конечная геометрия трудно установить заранее, но это в основном управляемо с достаточным опытом.