Wiele osób zwraca się do nas z prośbą o radę w jakiej technologii mogą wydrukować w 3D swój projekt tak, aby uzyskać jak najlepsze właściwości mechaniczne lub jak najlepsze walory estetyczne. FDM/FFF, SLA, SLS, DMLS (i wiele innych, mało mówiących skrótów) to nazwy technologii wykorzystywanych w druku 3D. W tym artykule postaramy się w praktyczny i zrozumiały sposób wytłumaczyć na czym polegają wyżej wymienione technologie druku 3D oraz jakie są ich mocne i słabe strony.
Ogólnie rzecz biorąc, druk 3D jest przeciwieństwem technik ubytkowych (takich jak frezowanie, toczenie), w których to z bryły usuwa się część materiału w celu otrzymania pożądanego obiektu. Inną nazwą druku 3D jest wytwarzanie przyrostowe, co znakomicie oddaje charakter procesów występujących w tej metodzie. Model jest budowany taki sposób, że materiał zostaje nakładany i spajany warstwa po warstwie aż do osiągnięcia wymaganego kształtu. Głównymi różnicami w technologiach formowania przestrzennego są materiały (ich rodzaj, postać, stan skupienia) oraz metody spajania kolejnych warstw. W dalszej części poradnika scharakteryzujemy najczęściej używane technologie oraz podamy przykłady ich zastosowania pochodzące z naszych doświadczeń.
FDM/FFF (Fused Deposition Modeling / Fused Filament Fabrication)
Jest to jedna z najbardziej rozpowszechnionych technik druku 3D. Polega na podgrzewaniu materiału termoplastycznego do temperatury, w której jest on na tyle uplastyczniony, aby uzyskać właściwości adhezyjne. Rozgrzany w głowicy materiał zostaje następnie wytłoczony przez dyszę prosto na stół roboczy (w przypadku pierwszej warstwy) lub na niższą warstwę modelu. Po zakończeniu pracy na danej warstwie, głowica unosi się (lub stół opada) na zadaną wysokość w celu położenia następnej warstwy. Różnica temperatur pomiędzy głowicą a otoczeniem powoduje niemal natychmiastowe zastygnięcie materiału po wytłoczeniu.
Na jakość struktury uzyskanego przedmiotu wpływa wysokość pojedynczej warstwy oraz rozmiar dyszy, przez którą wytłaczany jest materiał. Druk 3D w tej technologii charakteryzuje się tym, że tworzywa termoplastyczne dostarczane są w formie cienkiej żyłki (najczęściej o średnicy 1,75 mm) nawiniętej na szpulę nazywanej filamentem.
Wykorzystywane w tej technologii materiały to: PLA, PET, ABS, ASA, Nylon, TPU i wiele, wiele więcej. Wspomniane termoplasty można używać w postaci zbrojonej nanowłóknem szklanym lub węglowym, co diametralnie podnosi właściwości mechaniczne produktu, lecz jest bardzo wymagające dla urządzenia.
Ciekawą zaletą tej techniki jest możliwość dopasowania wypełnienia modelu materiałem, co oznacza, że w przypadku chęci szybkiego sprawdzenia kształtu, można ustawić bardzo niskie wypełnienie rzędu 10 -20% (lub mniej). Zmiana ta obniża wytrzymałość produktu, ale znacznie skraca czas potrzebny do otrzymania wyrobu oraz zmniejsza ilość potrzebnego filamentu. Cecha ta znacznie przyspiesza proces prototypowania elementów współpracujących w większych zespołach.
Metoda FDM/FFF jest szczególnie przydatna w procesach szybkiego prototypowania, tworzenia wytrzymałych elementów użytkowych i ich niskoseryjnej produkcji, procesach naprawczych maszyn i urządzeń, a także zastosowań profesjonalnych bądź hobbystycznych. Aby uzyskać wysokiej jakości powierzchnie zewnętrzne wyrobu, należy zastosować dodatkowe procesy takie jak pokrywanie powłokami, wygładzanie chemiczne czy malowanie.
SLA (Stereolitografia)
Jest to najstarsza technika druku 3D. Cały proces polega na utwardzaniu płynnej żywicy przez laser ultrafioletowy. Pierwsza warstwa przywiera do powierzchni stołu roboczego zanurzonego w wanience roboczej wypełnionej płynnym materiałem światłoutwardzalnym. Po utwardzeniu pierwszej warstwy, stół podnosi się o zadaną wysokość i utwardzana jest następna warstwa aż do uzyskania żądanego kształtu. Po zakończeniu procesu utwardzania, wyrób jest poddawany płukaniu izopropylenem (IPA), aby na modelu nie pozostała płynna żywica. Ostatnim etapem jest naświetlanie w specjalnej komorze, po którym element uzyskuje finalne właściwości.
Warto wspomnieć również o odmianie stereolitografii nazwanej DLP (Digital Light Processing), która charakteryzuje się tym, że żywica jest utwardzana przez światło pochodzące z projektora umieszczonego pod wanienką. Utwardzanie warstwy odbywa się jednocześnie na całej powierzchni, co skraca czas druku, ale występują w związku z tym duże problemy ze skurczem materiału przy dużych długościach elementu.
Dostępne na rynku żywice oferują duże możliwości co do właściwości mechanicznych, estetycznych, termicznych czy elastyczności produktu. Dokładność elementów wykonanych tą metodą jest najwyższa spośród wszystkich metod druku, a otrzymywane powierzchnie zewnętrzne są idealnie odwzorowane w porównaniu do modelu cyfrowego. Wydruk wytworzony techniką SLA musi posiadać dodatkowo utwardzony materiał podporowy, który po naświetlaniu zostaje usunięty.
Podsumowując, technologia FDM/FFF sprawdzi się w przypadku, gdy nie zależy nam na idealnym odwzorowaniu powierzchni, wydruki mają duże rozmiary, wysoką wytrzymałość, a dużą rolę odgrywa cena detalu. Metoda jest bardzo dobra do produkcji niskoseryjnej lub prototypowania. Technologia SLS znajdzie zastosowanie tam, gdzie wymagana jest doskonała powierzchnia zewnętrzna detalu o skomplikowanym kształcie. Nie jest to metoda, z której otrzymywane są wielkogabarytowe produkty, nie jest też zalecana do produkcji seryjnych.
To już wszystko w tym artykule. Zapraszamy do zapoznania się z następnymi częściami poradnika, które pojawią się już wkrótce na blogu 3D Innowacje. W razie jakichkolwiek pytań, prosimy kontaktować się z naszym biurem. Zachęcamy do skorzystania z ekspresowej wyceny druku 3D Twojego modelu 3D oraz usługami projektowania CAD i budowy prototypów