5 основни мита за технологията на 3D принтирането

Първият продукт на 3D принтер е отпечатан през 1983 г. – това е бил малък кух предмет под формата на чаша. Сега вече изследователите създават авиационни двигатели и ракети, бижута, биологични органи, храна и дори къщи. Въпреки факта, че има достатъчно информация в тази област, много хора все още не са на ясно как точно работи 3D принтирането и се сблъскват с общоразпространените заблуди за послойното създаване на триизмерни обекти.

Мит №1: 3D принтирането се извършва практически без човешко участие

Когато много хора чуят за 3D печат, те си представят централната част на 3D принтера, която послойно разпределя консумативите и така се ражда новия продукт. Човек получава погрешното впечатление, че целият цикъл на адитивното производство (AM – аdditive manufacturing), тоест 3D принтирането се състои само от работата на оборудването и човек почти не участва в този процес – той само включва 3D принтера и зарежда в него нужния консуматив – полимер, метален прах или друг материал.

Но ключова роля в създаването на определен обект играе неговият 3D модел. Това е карта, по която се създава готовият продукт. Качеството и характеристиките на бъдещия предмет зависят от неговото подробно проучване. Тук е необходимо участието на специалисти с високи компетенции в областта на дизайна, технологиите и материалите.

В промишленото производство създаването на 3D модела се извършва в системи за автоматизирано проектиране AutoCAD. Инженерът-конструктор, в съответствие с техническото задание и използвайки различни методи за изчисление, създава геометрията на бъдещия продукт. Дори ако 3D моделът вече съществува и не е необходимо да се създава от нулата, програмите на AutoCAD извършват неговата топологична оптимизация – редизайн за адитивното производство.

Този процес има за цел да се избегнат концентраторите на напрежение и да се отстранят тънкостенните елементи, заради които могат да възникнат пукнатини или други повреди по време на процеса на печат. Заедно с 3D модела се проектира и разположението на технологичните подпори – носещи конструкции, необходими за оптимално позициониране на детайла върху платформата, отвеждане на топлината и намаляване на риска от деформация при печатането на продукта. Отпечатването се предшества и от процеса на разработване на технологични режими на конструиране, върху който работи инженер-технолог.

По-нататък, въз основа на подготвения 3D модел, принтерът печата самостоятелно, като понякога може да работи няколко дни подред. Но преди това оборудването трябва да премине технологична подготовка Дори прахът в 3D принтера не просто се изсипва, а преминава през етапите на входящ контрол и подготовка.

Друг задължителен етап от производствения цикъл на продукта, където е необходимо човешко участие, е последващата обработка.

Мит №2: От 3D принтера излиза завършен продукт

Много хора си представят 3D принтирането по начина, както го показват във филмите. Роботизирани инсталации за няколко минути създават костюми на супергерои и отпечатват елементи на космически кораби. Технологията, разбира се, се стреми към това, но днес всички продукти, извадени от принтера, се нуждаят от последваща обработка.

За облекчаване на вътрешното напрежение, което възниква по време на процеса на печат, продуктът преминава през редуващи се процедури за нагряване и охлаждане. По този начин се достигат неговите пълни механични свойства. След това се срязват технологичните подпори – те вече са изпълнили функцията си. Отстраняването на излишния прах и повърхностната обработка на продукта се извършват с помощта на пясъкоструйна камера. Ако е необходимо да се постигне абсолютна гладкост на повърхностите, тогава се използват фрезови, стругови, електрохимични и шлифовъчни машини. За пластмасови продукти понякога се използва химическа последваща обработка с ацетон или други разтворители.

Мит №3: На 3D принтер можете да отпечатате всичко

Иновациите в областта на адитивните технологии се появяват всяка година и вече надхвърлят въображението ни. Вече се печатат пържоли от синтетично месо, човешко сърце, бял и черен дроб, сърдечни клапи и даже цели квартали с жилища. Изглежда, че възможностите на адитивното производство са безкрайни и един 3D принтер може да направи всичко. Но засега има няколко ограничения, свързани с размера и материала на продукта – невъзможно е да се създават много големи и много малки обекти.

Възможностите на полимерните принтери са много широки – един от тях, който е вписан в Книгата на рекордите на Гинес, може да създава обекти с дължина до 30 м. През 2017 г. върху него е била отпечатана монолитна лодка с тегло 2 тона и дължина 7 м. Най-малкият обект, отпечатан на 3D принтер, е кораб. Дължината му е 2-3 пъти по-малка от дебелината на човешки косъм – само 30 микрометра (0,03 мм).

С помощта на 3D принтери вече се изграждат сгради. Строителният принтер работи подобно на FDMD принтер, печатащ пластмасови продукти, като вместо полимер в него се използват материали от циментови смеси в ролята на”мастило”. По размер такъв механизъм е много по-голям. Най-голямата в света 3D принтирана сграда е с площ от 641 квадратни метра. м. и се намира в ОАЕ.

Други ограничения в адитивното производство са свързани с  използвания материал.. По време на процеса на печат той трябва да е в течно или разтопено състояние, следователно трябва да се топи нормално. Предмети от дърво, плат или хартия все още не могат да бъдат отпечатани, тъй като те ще изгорят, преди материалът да може да се разтопи. Въпреки че тук има задна вратичка: ако смесите натрошени целулозни влакна с гел на водна основа и след това замразите обекта, като постепенно премахнете водата от него, ще получите продукти, изработени от материал, подобен на дърво.

Мит №4: 3D отпечатаните продукти са с по-ниско качество.

Визуално процесът на 3D принтиране изглежда като нанасяне слой по слой на даден материал. Това може да повдигне въпроса: колко здраво са свързани помежду си слоевете?

По време на 3D печат могат да се появят различни дефекти, така че е важно да следвате технологичния процес. Много зависи от качеството на материалите. В промишленото производство всички метални прахове се подлагат на входящ контрол, този процес се регулира от стандарти. Дори ако материалът е сертифициран, много е важно да се спазват условията за правилно съхранение: трябва да се избягва влага и да се поставят в специална опаковка. Ако не проверите състоянието на дюзата, зададете неправилно температурата или скоростта на печат, може да възникне неправилно подравняване на слоевете, прегряване или други дефекти.

Ако са изпълнени всички условия, тогава продуктът няма да бъде с по-лоши свойства и често дори ще надмине аналога, произведен с помощта на традиционните методи. Например ако сравните два алуминиеви обекта под микроскоп, отпечатаният продукт ще има по-плътна структура.

Мит №5: 3D принтирането е екологично

Смята се, че 3D печатът е екологичен, тъй като този тип производство оставя малко отпадъци. Всъщност това е сложен въпрос, по който все още няма консенсус.

3D принтерите използват много електричество и оставят голям въглероден отпечатък: проектът ATKINS е установил, че производството на продукт, използващ адитивни технологии, води до около 7 пъти повече емисии на CO₂, отколкото производството на шприцовани продукти.

Но използването на адитивни технологии значително намалява отпадъците и количеството използвани материали. Коефициент на използване на материала при производството на отливки не надвишава 40%, а за адитивните технологии тази цифра се доближава до 100%. Адитивните технологии също така помагат за намаляване на теглото на крайния продукт. Намаляването на теглото на самолет със 100 кг може да спести до 1,3 милиона тона CO₂ през целия му жизнен цикъл.