Поиск
Закройте это окно поиска.

3D-прототипирование: обзор 3D-печати прототипов

Откройте для себя мир 3D-печати прототипов! Узнайте о различных методах печати, материалах, приложениях и многом другом. Станьте партнером HiTop Industrial для реализации ваших инновационных проектов.
ХИТОП / Блог / <a href="https://hitopindustrial.com/ru/3d-печать-прототипа/" title="3D-прототипирование: обзор 3D-печати прототипов">3D-прототипирование: обзор 3D-печати прототипов

Времена моделей ручной работы прошли. Сегодня, если вы хотите привлечь на свою сторону потенциальных инвесторов, клиентов или менеджеров, вам нужен реальный прототип или модель, чтобы продемонстрировать жизнеспособность и функциональность продукта. Это можно выполнить, используя 3D-печать для разработки прототипа. Ничто не может сравниться с презентационной ценностью и привлекательностью продукта больше, чем 3D-прототип. Его легко сделать, он доступен по цене и имеет множество других преимуществ. 

Вот вам краткий обзор технологии изготовления. 

Что такое печать 3D-прототипов?

3D прототипирование или производство добавок является мощным инструментом для прототипирования и инноваций. Этот процесс помогает создавать физические модели трехмерных объектов и широко используется для создания прототипов для проектирования изделий, проектирования и других приложений.

Вместо удаления материалов, как при традиционных методах (субтрактивное производство), добавляются слои материалов (материалов, пластика и т. д.). Это делает его популярным по нескольким причинам:

  • Создание сложной геометрии: В то время как традиционные методы не справляются со сложными формами или внутренними особенностями, аддитивное производство позволяет легко создавать их слой за слоем.
  • Гибкость и итерация: Нужно подправить дизайн? Просто измените цифровой файл и распечатайте новую версию. Этот быстрый цикл итераций идеально подходит для быстрого тестирования и доработки прототипов перед их запуском в массовое производство.
  • Сокращение отходов и использования материалов: В отличие от субтрактивных методов, при которых образуются отходы, аддитивное производство использует только тот материал, который необходим для конечного объекта. Это может быть более эффективно и экологически безопасно.

Типы 3D-принтеров для прототипирования

На рынке представлены различные принтеры, специально разработанные для разработки прототипов. Некоторые из них включают в себя: 

FDM (Моделирование наплавленным осаждением)

3D-принтер, выполняющий моделирование методом наплавления с помощью желтой нити, изображающий процесс аддитивного производства.

Другой термин для этой технологии — производство плавленых нитей (FFF). Моделирование наплавлением — это процесс, который работает для базовых моделей, подтверждающих концепцию, помимо быстрого и недорогого прототипирования простых деталей. По сравнению с другими методами точность и разрешающая способность выше. Однако его следует избегать для сложных конструкций. 

Материалы для 3D-печати FDM: ABS, PLA, PETG, нейлон, ТПУ, ПВА, HIPS и композиты (углеродное волокно, кевлар, стекловолокно). 

ПреимуществаНедостатки
Очень доступныйМеньшее разрешение
Легко сделатьКачество не слишком высокое
Не беспокойтесь о загрязненииСтруктурная целостность невысокая
Использует широкий спектр материалов накаливания.Ограниченные варианты цвета

SLS (селективное лазерное спекание)

Иллюстрация процесса селективного лазерного спекания с переходом проектирования CAD к CAM и лазерному изготовлению

SLS, или лазерная сварка в порошковом слое, плавит порошкообразные полимеры слоями с помощью лазера. Вы можете создавать функциональные прототипы, готовые к реальным испытаниям в двигателях и оборудовании. Их качество не имеет себе равных при быстром прототипировании. Например, нейлон, наполненный углеродным волокном, создается с полным вниманием к деталям, поэтому он готов выдерживать неблагоприятные климатические условия.  

Материалы для селективного лазерного спекания: Стандартные смолы, прозрачная смола, черновая смола, прочная и долговечная смола, жесткая смола, полиуретановая смола, высокотемпературная смола, гибкая и эластичная смола, силиконовая смола 40А, медицинские и стоматологические смолы, смола ESD, огнестойкая (FR) смола, смола оксида алюминия 4N и Ювелирные смолы. 

ПреимуществаНедостатки
Быстрая печать больших объемов деталейДеформация из-за усадки после производства
Создаваемые детали отличаются высокой гибкостью и точностью.Поверхности не хватает гладкости
Нет необходимости в поддерживающей конструкцииПроблемы с дыханием из-за использования порошка

Стереолитография (SLA)

Схема аппарата стереолитографии с жидким фотополимером лазерного отверждения для послойного создания 3D-деталей

Технология фотополимеризации использует источник ультрафиолетового света для отверждения светочувствительных смол и создания сложных прототипов слой за слоем, пока модель не будет готова. Он применим только для 3D-прототипов высокого разрешения. Вы можете использовать его для изготовления механических деталей, архитектурных моделей, ювелирных изделий и других потребительских товаров.

Материалы для стереолитографии: Нейлон 12, Нейлон 11, композиты нейлона, полипропилен и ТПУ. 

ПреимуществаНедостатки
Гладкая поверхность с высоким качеством поверхностиНе экологически чистый
Точно печатает как внутреннюю, так и внешнюю геометрию.Не могу напечатать большие отпечатки
Короткое время печатиТребуется сушка после каждого отпечатка 

Двухфотонная полимеризация (ТФП)

Схема установки двухфотонной полимеризации с фемтосекундным лазером и прецизионным столиком XYZ-позиционирования.

Будучи технологией микропечати, TPP может печатать детали размером менее 0,1 микрона. В нем используется светочувствительная смола и импульсный фемтосекундный лазер, направленный на специальную смолу. Этот лазер преобразует крошечные кусочки жидкости в твердые кусочки, слой за слоем создавая трехмерный объект. Это позволяет создавать детализированные объекты размером в несколько миллиметров с нанометровыми деталями.

TPP находит применение в медицине, исследованиях и производстве крошечных деталей, таких как микроэлектроды и оптические датчики.

Материалы для двухфотонной полимеризации: жидкие полимерные смолы

ПреимуществаНедостатки
Непревзойденное разрешениеМедленная скорость печати.
Прямое 3D изготовление. Нет необходимости в опорных конструкцияхДорогостоящее оборудование
Универсальность материалаОграниченный выбор материалов
Минимальное тепловое воздействиеОграниченный объем сборки

Цифровая обработка света (DLP)

Установка проектора с цифровой обработкой света (DLP) в диспетчерской с соответствующим электронным оборудованием

При 3D-печати DLP для демонстрации изображения каждого слоя используется цифровой световой проектор. Это происходит на слое смолы. DLP является распространенным выбором для производства более крупных деталей или нескольких деталей в одной партии, поскольку обеспечивает одинаковое время независимо от количества деталей. 

Цифровая обработка света применима в статических дисплеях, интерактивных дисплеях, а также в системах безопасности, медицине и промышленности.

Материалы для цифровой обработки света: термопластичные смолы, металлы и смолы, отверждаемые ультрафиолетом.

ПреимуществаНедостатки 
Высокая точность и детализацияОграниченный объем сборки
Высокая скорость печатиВызывает вокселизацию
Широкий выбор материаловСмола беспорядок
Относительно доступныйВызывает вокселацию

Жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей)

Иллюстрация процесса 3D-печати на основе ЖК-дисплея с последовательными этапами проецирования и подъема слоев.

Это почти похоже на цифровую обработку света (DLP). Однако разница заключается в использовании ЖК-дисплея. А также причина, по которой цена выше. Как и DLP, ЖК-экран отображает цифровое изображение, состоящее из маленьких квадратных точек. Размер этих точек на экране определяет, насколько сложной будет печать. 

Материалы для жидкокристаллических дисплеев: композитные материалы

Преимущества Недостатки
Высокая детализация и разрешениеОграниченный объем сборки
Более высокая скорость печатиХрупкие отпечатки
Более гладкая поверхностьТребуется вентиляция из-за скопления смолы
Широкий выбор материаловБолее высокая стоимость

Металлическая 3D-печать

Для металлических изделий необходим металлический прототип. Помните, что полимерные альтернативы дешевле, чем технология 3D-печати металлом. 3D-печать — лучший вариант, чем Фрезерование нержавеющей стали с ЧПУ или литье под давлением поскольку они создают прототипы, не оставляя после себя отходов.  

Виды 3D печати металлом

Металл ФДМ: Как и традиционные принтеры FDM, они изготавливают детали путем сжатия нитей с металлическим наполнителем и удаления связующих слоев в печи.  

SLM (селективное лазерное плавление) и DMLS (прямое лазерное спекание металла): Отходя от полимеров, технологии SLM и DMLS используют мощность лазеров для тщательного плавления металлического порошка в замысловатые, слой за слоем изделия. Они идеально подходят для различных применений в аэрокосмической, автомобильной и медицинской областях.

Материалы для 3D печати металлом: Титан, нержавеющая сталь, алюминий, инструментальная сталь и никелевые сплавы.

ПреимуществаНедостатки
Позволяет создавать очень сложную геометрию и внутренние элементы.Высокая стоимость
Быстрое прототипированиеЧасто требует обширной постобработки.
Уменьшает отходы материалаТочность и качество поверхности не соответствуют желаемым
Производит легкие детали.Ограничивает выбор материала

Использование 

3D-печать позволяет освободиться от жестких шаблонов и форм прошлых лет. Замысловатые кривые, замысловатые решетки и полые конструкции для него не проблема.

Тип материалов для 3D-печати

3D-печать требует некоторого сырья для создания инновационных и футуристических прототипов. К ним относятся:

Пластмассы

Одним из наиболее часто используемых материалов в 3D-печати является пластик. Причина их широкого использования заключается в их способности создавать прототипы для различных отраслей промышленности, таких как игрушки для детей и сложные бытовые приспособления. Примеры включают фигурки, посуду и вазы. 

Пластик – сырье может быть прозрачным, цветным или поставляться в катушках. В зависимости от желаемой текстуры вы можете купить матовый или блестящий пластик. Более того, они экономически эффективны и не прорвут дыру в вашем кармане. 

Принтеры FDM в основном используются для создания пластиковых изделий. Весь напечатанный на 3D-принтере пластик может принимать любую форму: от плоских подставок до замысловатых шестеренок, от плавных изгибов до текстурированных пейзажей. Вот несколько типов пластика, которые обычно используются:

Полимолочная кислота (PLA): экологически чистый вариант – он получен из натуральных продуктов, таких как сахарный тростник и кукурузный крахмал. Они доступны как в мягкой, так и в твердой форме. Последний более прочный и поэтому идеально подходит для различных промышленных изделий.

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС): Другое имя, Лего Пластик, это лучший выбор для 3D-принтеров. Он состоит из макаронных нитей, которые помогают создать сверхпрочный и гибкий материал. Они идеально подходят для создания бесконечных вещей или нанесения забавных рисунков на любую поверхность. Хотя его предпочитают принтеры-любители, он также широко используется в производстве коммерческих потребительских товаров.

Поликарбонат (ПК): Не так широко используемый, как другие типы, ПК совместим с высокотемпературными принтерами, сопла которых имеют высокую точность. 

Поливинилспиртовой пластик (ПВА): Если вы ищете недорогой принтер, PVA — правильный выбор. ПВА является подходящим выбором в качестве растворимого поддерживающего материала. Хотя он может не подходить для высокопрочных изделий, он по-прежнему служит экономически эффективным решением для предметов временного использования.

Порошки

Высокотехнологичные 3D-принтеры используют порошкообразные материалы для создания различных изделий путем плавления и наслаивания порошка. Это создает объекты с идеальной толщиной, текстурой и узорами. Различные типы порошков, которые используются в 3D-печати, включают:

Полиамид (Нейлон): Две причины, которые отличают полиамид от остальных, — это прочность и гибкость. Эта уникальная комбинация позволяет печатать объекты с мелкими деталями, например, шестеренки крошечного робота или изящные черты миниатюрной статуэтки. 

Алюмид: Сочетание полиамида и серого алюминия обеспечивает чрезвычайно высокую прочность моделей, напечатанных на 3D-принтере. Вы можете положиться на него при создании промышленных прототипов и моделей. 

Смолы.

По сравнению с другими материалами смола не такая прочная и гибкая. Поскольку смола состоит из жидкого полимера, она затвердевает под воздействием ультрафиолетового света. В основном он доступен в черном, белом и прозрачном вариантах; некоторые печатные изделия также были созданы в оранжевом, красном, синем и зеленом цветах. Его можно разделить на три категории:

Прозрачная смола. Его непревзойденная прочность делает его одной из самых востребованных смол для 3D-печатных изделий. Полученные прототипы прозрачны (как следует из названия) и гладкие. 

Окрашиваемая смола: Некоторые смолы превосходны с точки зрения эстетики. Например, фигурки с реалистичными деталями лица, которые можно раскрашивать, или изящные скульптуры, притягивающие взгляды, — все это результат окрашивания смол. 

Высокодетализированные смолы: Крошечные модели, но с подробной детализацией – вот что делают смолы с высокой детализацией. Представьте себе фигурки ростом всего четыре дюйма, украшенные сложной одеждой и реалистичными чертами лица. 

Металлы

После пластика металлы являются наиболее широко используемым материалом. Они способны вдохнуть жизнь в изделия, которые выдерживают ежедневный износ, например сложные ювелирные изделия и даже детали самолетов. Кроме того, достижения в технологии 3D-печати на основе металлов позволяют производителям использовать DMLS для производства на высоких скоростях и в больших объемах. 

Вот широкий спектр металлов, используемых для 3D-печати.

  • Алюминий: идеально подходит для тонких металлических предметов.
  • Бронза: Вазы и некоторые другие светильники
  • Нержавеющая сталь: компоненты, которые могут напрямую контактировать с водой.
  • Никель: работает для печати монет.

Другие материалы 

Некоторые другие материалы, используемые для 3D-печати, включают углеродное волокно, нитинол, графит, графен и бумагу. 

Как распечатать 3D-прототип

Это происходит в 4 простых шага:

  • Создайте модель с помощью компьютерной программы. Внесите изменения на этом этапе, если заметили какие-либо недостатки. 
  • Используйте программное обеспечение для нарезки, чтобы разбить его на тонкие слои. Настройте такие параметры, как высота слоя, процент заполнения, опорные конструкции и скорость печати. Этот процесс генерирует G-код.
  • Принтер будет создавать объект слой за слоем, используя выбранные материалы и методы. Когда все слои напечатаны, объект готов и его можно удалить с платформы сборки. 
  • Осторожно снимите опорные конструкции, используя плоскогубцы и кусачки. Удалите остатки материала или мусор с поверхности напечатанного объекта, используя такие методы, как чистка кистью, шлифовка или промывка.

Применение 3D-печати

Потребительские товары

Персонализация и инновации являются краеугольными камнями успеха на современном динамичном потребительском рынке. 3D — это новая технология, позволяющая розничным продавцам и производителям раскрыть все свои возможности. Это новый способ проектирования, производства и тестирования продуктов, которые мы любим.

Исследования и разработки промышленных настольных 3D-принтеров помогают инженерам и дизайнерам совершить революцию в работе этой отрасли. 

Мода

Создание индивидуальных дизайнов никогда не было таким простым. Индустрия моды теперь использует технологию 3D-печати для удовлетворения потребностей своих клиентов. Они могут легко и быстро выполнять сложные конструкции без особого ручного вмешательства. 

Для создания дизайна они даже используют невиданные материалы, такие как пластик, расширяя тем самым горизонты текстильного производства.

Аэрокосмическая промышленность

Аэрокосмическая промышленность — одна из первых отраслей, использующих 3D-печать. Фактически, объем мирового рынка 3D-печати в аэрокосмической отрасли достиг колоссальных 4,6 млрд долларов США в 2023 году. Ожидается, что среднегодовой темп его роста составит 16,2% с 2024 по 2032 год. 

Airbus, Boeing, GE, GKN и Safran являются ключевыми игроками на этой арене. Они используют 3D-печать для создания легких компонентов, функциональных прототипов и инструментов. 

Образование

Этот сектор использует возможности 3D, чтобы произвести революцию в способах обучения студентов. Студенты могут использовать эту технологию для создания моделей. Это помогает последнему лучше понять концепции. Не только это, но и учителя используют его для подготовки своих планов обучения.

Неудивительно, что рынок 3D-печать в сфере образования среднегодовой темп роста составит 12,12% в период с 2022 по 2027 год. 

Строительство

В строительстве различные детали и конструкции изготавливаются с помощью 3D-печати. Все сложные конструкции можно изготовить по гораздо более низкой цене. Некоторые из конструкций, в которых используется эта технология, включают формы и формы. 

Именно по этим причинам рынок 3D-печати в строительной отрасли ожидает достичь 519,49 миллиардов долларов США к 2032 году. 

Медицинский

Использование 3D-печати в этой отрасли растет и будет продолжать расти в ближайшие годы. Эксперты полагают, что их использование будет продолжаться. Области применения универсальны и могут варьироваться от протезирования, имплантации и биопечати до хирургического планирования и тестирования.

Благодаря недорогому быстрому прототипированию производители медицинского оборудования могут быстро тестировать и совершенствовать свои конструкции. Это поможет еще быстрее донести до пациентов новые идеи. Не только это, но и 3D может также помочь в создании устройств, ориентированных на конкретного пациента, и обеспечить идеальную посадку и оптимальный результат.

Автомобильная промышленность:

Согласно отчету SmartWatch, к 2027 году мировой доход от 3D-печати достигнет $7,9 млрд. Это показывает, насколько важным стало 3D-прототипирование для этой отрасли. Помимо прототипирования, компании используют инструменты как одно из основных применений 3D-печати. 

Таким образом, благодаря использованию 3D-прототипирования в автомобильной промышленности можно ожидать не только более быстрого производства, но и индивидуальных решений. Мало того, дизайнеры также получают множество альтернативных вариантов дизайна и гибкость, когда дело доходит до разработки прототипов.

Заключение

Мы знаем, что прототипирование — это важный процесс в разработке продукта, который по-разному помогает различным отраслям. 3D-печать обладает удивительными возможностями в разработке прототипов. Используя его, эти отрасли могут быть впереди конкурентов. 

Если вы хотите использовать весь потенциал 3D-печати для своих проектов, рассмотрите возможность сотрудничества с HiTop Индастриал. Мы используем наш опыт и знания, чтобы помочь всем инноваторам, дизайнерам и инженерам воплотить свои идеи в жизнь. 

Статьи по Теме

Оглавление

Связанное сообщение

Russian

Свяжитесь с нами сегодня, получите ответ завтра

У вас есть два способа предоставить файл(ы)

Примечание. Ваша информация/файл(ы) будут храниться строго конфиденциально.

Привет, я Воробей Сян, главный операционный директор компании HiTop, я и моя команда будем рады встретиться с вами и узнать все о вашем бизнесе, требованиях и ожиданиях.