3D-принтер для печати мелких деталей

Введение

Точное воспроизведение мелких деталей — одно из свойств, за которое 3D-печать и ценится как полезная технология. В статье будет рассказано о точной печати на 3D-принтерах, областях ее применения и связанных с ним преимуществах, необходимом оборудовании.

Источник: all3dp.com

Содержание

• Введение
• Области применения
  • Архитектурное макетирование
  • Миниатюрные изделия высокой точности
  • Стоматология
  • Ювелирные украшения
    • Литьё по выплавляемым моделям
    • Печать металлом
• Примеры применения 3D-принтеров для точной печати: преимущества и выгода
  • Студент выровнял себе зубы за $60 при помощи DIY-элайнеров, напечатанных на 3D-принтере
  • В Rietveld Architects сэкономили месяцы и улучшили обратную связь с клиентами
  • В Make Architects сократили расходы на изготовление деталей в 80 раз
• Проблемы и решения
  • Мелкие детали выглядят не так, как задумано
  • Распечатка выглядит «растаявшей»
  • Мелкие вздутия на распечатке
  • Плохое качество поверхности в местах поддержки
• 3D-принтеры для точной малоформатной печати
  • 3D MicroPrint DMP63
  • Picaso Designer X Pro
  • Phrozen Sonic 4K
• Нанопечать
• Заключение

Области применения

3D-принтеры уже несколько лет применяются в областях, где требуется точность и высокий уровень детальности изделий:

• архитектурное макетирование и прототипирование;
• миниатюрные изделия;
• стоматология;
• ювелирная промышленность.

Подробнее, с примерами, читайте дальше.

Источник: vulcanjewelry.tumblr.com

Есть несколько причин использовать 3D-принтеры для производства мелких деталей:

• свобода реализации дизайнерских решений,
• экономия временных и трудовых затрат на производство,
• возможность выбора технологии 3D-печати, отвечающей потребностям — декоративное или функциональное применение печатаемых изделий.

Источник: flashforge-eu.com

Далее рассмотрим названные области применения чуть подробнее.

Архитектурное макетирование

В архитектурном макетировании 3D-печать применяется как средство, позволяющее на порядок сократить расходы. Производство макетов устаревшими методами может занимать месяцы и требовать высоких трудозатрат (из-за необходимости ручной сборки). 3D-печать позволяет воссоздавать миниатюрные копии строений и их элементов за считаные часы и с очень высокой детализацией.

Источник: ultimaker.com

Миниатюрные изделия высокой точности

3D-печать может применяться в производстве всевозможных мелких объектов — от фигурок для настольных игр до миниатюрных электромеханических устройств.

Источник: all3dp.com

Мелкие детали, напечатанные на 3D-принтерах — хороший индикатор возможностей оборудования.

Источник: blog.prusaprinters.org

Источник: all3dp.com

Это миниатюрное устройство, напечатанное Лэнсом Абернети из Новой Зеландии, является самой маленькой (15 мм) функционирующей циркулярной пилой в мире. Устройство напечатано на Ultimaker 2 и работает за счёт мотора, питающегося от батарейки для слухового аппарата.

Источник: all3dp.com

Башни были созданы для иллюстрации возможностей высокоточного DLP-принтера Solus 3D. Самая маленькая башня на фото имеет высоту 3 мм.

Источник: 3dlink.me

Куб 2,5 мм был напечатан на SLA-принтере Unirapid 3 (аналоги: DigitalWax (DWS) XFAB 2500SD , Asiga Max UV), особенностью которого является способность производить крайне мелкие и при этом высококачественные элементы. В качестве материала использовалась смола ProtoGen18420.

Образец напечатанный на усовершенствованной, последней модели Юнирапид — Unirapid VI.

Стоматология

3D-печать широко применяется в стоматологии при производстве зубных кап, коронок и имплантатов, так как предлагает множество преимуществ по сравнению с технологиями прошлого. Производители 3D-принтеров реагируют на подобный спрос. Так, Formlabs выпускает мощные SLA-аппараты и широкий ряд стоматологических материалов для 3D-печати. Stratasys производит специализированные промышленные стоматологические 3D-принтеры.

Align Technology Inc. (Invisalign®) и CC Ortho Technology Limited (ClearCaps™) — лидеры рынка, применяющие 3D-принтеры для создания «невидимых» элайнеров и ночных кап.

Источник: angel.co

В производстве элайнеров ClearCaps используются 3D-принтеры Structo (технология MSLA).

Читайте также: «Производство и применение элайнеров на личном опыте — плюсы и минусы»

Источник: Core3dcentres Asia Pacific на YouTube

Align Technology Inc. также является производителем известных 3D-сканеров iTero.

Ювелирные украшения

3D-печать идёт бок о бок с ювелирной промышленностью. В производстве ювелирных изделий применяются специализированные 3D-принтеры и соответствующее программное обеспечение. Многие ювелиры позволяют покупателям принимать участие в разработке индивидуального дизайна украшений. Такие услуги доступны и в частных ювелирных мастерских, и в компаниях покрупнее.

Литьё по выплавляемым моделям

Самый распространённый способ производства ювелирных украшений, в котором применяется 3D-печать — литьё по выплавляемым моделям.

Источник: all3dp.com

3D-модель будущего изделия печатается в воске. Для этого в основном используются методы SLA и DLP, реже — DOD («капельная печать»). Возможна печать множества моделей за один проход.

Источник: 3dbazaar.in

Источник: 3dhubs.com

Полученная восковка заключается в гипс, откуда затем выжигается при высоких температурах. Расплавленный драгоценный металл заливается в образовавшуюся полость — так получается отлитая модель, которая позже подвергается финишной обработке.

Источник: Dezeen на YouTube

Печать металлом

Куда менее распространённый способ производства ювелирных украшений на 3D-принтере — прямая печать металлом.

Источник: timothyruffner на flickr.com

Изделия (или их части) производятся на DMLS-оборудовании и нуждаются в минимальной финишной обработке.

Источник: timothyruffner на flickr.com

Примеры применения 3D-принтеров для точной печати: преимущества и выгода

Ниже описывается несколько случаев успешного применения 3D-печати: кому и какую проблему удалось решить, какие принтеры применялись, в чём заключается выгода.

Студент выровнял себе зубы за $60 при помощи DIY-элайнеров, напечатанных на 3D-принтере

Эймос Дадли — студент Технологического института Нью-Джерси — выровнял себе зубы, используя доступные технологии 3D-сканирования и 3D-печати.

Источник: health.wusf.usf.edu

Проблема

У парня не было денег на услуги ортодонта. В детстве ему ставили брекеты, но он был непослушным (так он говорит) и не довёл дело до конца. Один из зубов у Эймоса стоял криво, и это портило его улыбку.

Решение

Узнав, что в университете есть всё необходимое оборудование, Эймос изучил теоретическую часть и приступил к созданию DIY-элайнеров. У него получилось.

Источник: warosu.org

Комментарий практикующего ортодонта Брента Ларсона из Школы стоматологии Университета Миннесоты:

«Такие DIY-решения всегда заманчивы, из-за возможности сэкономить деньги. Но это же не перепланировка дома, когда вы сможете вызвать профессионала, если что-то пойдёт не так. Ущерб может привести к повреждению корня, рецессии десны и, в худшем случае, к потере зубов».

Источник: warosu.org

Как это делается

Для разработки и 3D-печати прозрачных капп студенту потребовалось следующее:

• некоторые теоретические знания в ортодонтии,
• 3D-сканер,
• слепок зубов,
• CAD-приложение,
• 3D-принтер высокой точности,
• материал для ретейнера
• и вакуум-формовочная машина.

Источник: health.wusf.usf.edu

В чём выгода

Стоимость брендовых «невидимых» элайнеров (Invisalign, Damon, ClearCorrect) — от $2000 до $4000. Эймос определил, каким образом необходимо сдвинуть неровно расположенный зуб и напечатал 12 капп из нетоксичного пластика. Поскольку он заплатил лишь за материалы, это обошлось ему в $60.

Источник: wtvr.com

Применённый принтер и материалы

У Эймоса есть свой 3D-принтер, но недостаточной точности, поэтому использовался университетский Stratasys Dimension 1200es. XY-точность этого 3D-принтера близка к 0,1 мм. В своём блоге парень высказал мнение, что SLA 3D-принтер Form 2 от Formlabs (в настоящее время модель снята с производства, улучшенная модель - Form 3), возможно, подошел бы ещё лучше.

Источник: warosu.org

В качестве пластика для ретейнера использовался Keystone Pro-Form .030”, купленный на eBay. Материал для таких целей должен быть достаточно прочным и нетоксичным.

Источник: huffpost.com

В Rietveld Architects сэкономили месяцы и улучшили обратную связь с клиентами

Rietveld Architects LLP — международная компания, известная в США и Европе своими креативными коммерческими архитектурными пространствами. Маргарет и Рийк Ритвельды узнали о 3D-печати от знакомых из NASA и увидели в технологии возможность повысить продуктивность своей компании.

Источник: rietveldarchitects.com

Проблема

Этапы типичного проекта в Rietveld Architects включали необходимость создания ряда моделей различного масштаба и уровня детализации — чтобы дать клиентам представление о разработанном компанией дизайне.

Источник: rietveldarchitects.com

Эта задача обычно требовала того, чтобы двое работников в течение двух месяцев занимались резкой, сборкой и финишной обработкой компонентов из картона, пенопласта и оргстекла. Высокие затраты на сложное изготовление и ручную сборку не позволяли порой достичь желаемого уровня детализации макета. Так что Ритвельды были заинтересованы в оптимизации этого процесса — в том числе для того, чтобы повысить качество обратной связи со своими клиентами.

Источник: rietveldarchitects.com

Решение

В Rietveld Architects внимательно изучили восемь систем 3D-печати.

Рийк Ритвельд:

«Мы были особенно впечатлены возможностями быстро производить модели высокой детализации, нуждающиеся в минимальной финишной обработке, хотя и не все из рассмотренных технологий могли обеспечить необходимую нам точность и уровень прочности».

В компании остановились на оборудовании компании Stratasys.

Источник: Stratasys на YouTube

Результат — макеты лучшего качества в меньшие сроки. Новые возможности прототипирования позволили Rietveld Architects сократить временные затраты буквально на месяцы.

Как это делается

3D-принтер может напечатать макет по разработанным 3D-моделям в течение нескольких часов. Если потребуется внести какие-то изменения в проект, то работнику достаточно будет отредактировать файл в CAD-программе и отправить его на повторную печать — на этом его задача будет выполнена.

Источник: engatech.wordpress.com

В чём выгода

Раньше создание макетов состояло из бесконечной резки и склейки листового и блочного материала — картона, пенопласта, пластика и т.д.

Теперь для создания макета требуется всего один работник, который может в течение нескольких часов выполнить свою задачу. Счастливый конец: фирма получает больше заказов и успешнее справляется с ними.

Источник: rietveldarchitects.com

«Часто клиенты хотят внести изменения в дизайн и задаются вопросом: как это может повлиять на общую эстетику», — говорит Пит Мейс из Rietveld Architects.

Источник: rietveldarchitects.com

Заказчики были поражены тем, что создание модели теперь — вопрос считанных часов.

«Название этой игры — “инновация”. Мы совершенствуемся, и наш 3D-принтер помогает нам в этом», — подводит итог Пит.

Применённый принтер

В Rietveld Architects используются принтеры Stratasys Objet.

В Make Architects сократили расходы на изготовление деталей в 80 раз

Make — международная архитектурная практика, основанная в 2004 году британским архитектором Кеном Шаттлуортом. Сегодня в проекте задействованы чуть более 150 работников — в Лондоне, Гонконге и Сиднее. Make предоставляет услуги архитектурного, городского и интерьерного дизайна.

Источник: makearchitects.com

Проблема

Макет будущего дизайнерского или архитектурного решения — центральная часть презентации. Ручная резка и сборка моделей из пенопласта и картона (а иногда из пиломатериалов) — кропотливый и шумный процесс. Иногда в Make применялись аутсорс-решения 3D-печати, но услуги были дорогими, а модели хрупкими.

Источник: ultimaker.com

Решение

После покупки первого же 3D-принтера производство моделей удалось быстро масштабировать. Сегодня в компании используется 14 3D-принтеров.

Источник: ultimaker.com

В чём выгода

При аутсорсинге, на производство одной детали уходило не менее 24 часов и в среднем £80. Теперь — с использованием своего 3D-принтера — стоимость одной детали для компании составляет £1, а время на её производство сократилось до 3–5 часов.

Источник: ultimaker.com

«3D-принтеры не просто ускорили производство моделей и помогли уменьшить затраты — за счет автоматизации рутинных процессов наши работники теперь могут больше сосредоточиться на творческой стороне дела», — Пол Майлс, менеджер Make Architects.

В Make используются 3D-принтеры Ultimaker.

Что делать, если не получается

Часто, при первых попытках печати мелких деталей на 3D-принтере, полученное качество распечатки оказывается неожиданным. Ниже описываются причины подобных сложностей и возможные решения.

От чего это зависит

Чаще всего проблемы при печати мелких деталей на 3D-принтере возникают из-за неверных настроек оборудования или ПО.

Это могут быть:

• толщина слоя,
• скорость печати,
• настройки слайсера,
• температура печати,
• диаметр и состояние сопла.

Проблемы и решения

Мелкие детали выглядят не так, как задумано

Источник: rigid.ink

Проблема

Не удаётся разглядеть мелкие детали распечатки: они деформированы по сравнению с остальными участками.

Объяснение

Принтер не выдавливает материал меньшего объёма, чем предусмотрено диаметром сопла. Также проблема может быть в слайсере, если программа не учитывает уровень детализации модели.

Как исправить

• Проверить настройки слайсера на наличие предустановок для тонких стенок (thin wall).
• Развернуть модель так, чтобы мелкие детали оказались в плоскости Z.
• Снизить толщину слоя при необходимости.
• Установить сопло с меньшим диаметром.
• Можно попытаться отредактировать модель. Существует ПО, позволяющее увеличить толщину стенки, не меняя размеров модели, что уменьшит вероятность деформации (это может сработать для архитектурных распечаток).

Распечатка выглядит «растаявшей»

Источник: rigid.ink

Проблема

Вся распечатка выглядит деформированной — «расплавленной» или «обвисшей».

Объяснение

Вероятная причина — слишком высокая температура печати (недостаток охлаждения).

Как исправить

• Печатать при меньшей температуре — лучше всего начинать с самой низкой в рекомендуемом для материала диапазоне и постепенно повышать его на 5°C при необходимости.
• Понизить скорость печати — это позволит своевременно рассеиваться теплу на печатаемом участке.
• Отрегулировать работу системы охлаждения и добавить вентиляторов при необходимости.
• Проверить температуру в помещении — если она слишком высока, то и вентиляторы не смогут охлаждать эффективно.

Мелкие вздутия на распечатке

Источник: rigid.ink

Проблема

На некоторых участках распечатки заметны «волдыри».

Объяснение

Частые причины — настройки отвода и излишки филамента. Иногда это бывает из-за влажных материалов печати (некоторые из них гигроскопичны и абсорбируют влагу из окружающего пространства при неправильном хранении).

Как исправить

• Повысить отвод либо отключить Z-hop.
• Установить определённое положение Z-scar — в угол или заднюю область распечатки.
• Попытаться просушить нить или заменить её на новую (следует соблюдать условия хранения материалов).

Плохое качество поверхности в местах поддержки

Источник: rigid.ink

Проблема

Если посмотреть на нижнюю часть объекта, то в местах, где слайсер сгенерировал структуры поддержки, — грубая поверхность и «провисшие» элементы.

Объяснение

Слайсер сгенерировал поддержку, не соответствующую остальным установкам печати — необходима настройка.

Как решить

• Выставить зазор поддержки. Обычно структуры поддержки в системах с одним экструдером разрабатываются так, чтобы их можно было легко отсоединить от распечатки. Для этого между ними и самой моделью намеренно оставляется зазор. Высоту этого зазора обычно можно отрегулировать в настройках слайсера. Меньший зазор — лучшее качество (но поддержку сложнее отсоединить).
• Если проблема повторяется постоянно, то вероятно, стоит подумать о приобретении системы с двумя экструдерами. Можно попробовать печатать поддержки водорастворимым PVA — это позволит избежать подобной ситуации в принципе.
• Повысить плотность поддержки (support density) — обычно структуры поддержки печатаются неплотными, их заполнение регулируется и выставляется в процентах.
• Развернуть модель — часто это можно сделать так, что она будет нуждаться в меньшем количестве поддержек.
• Отредактировать модель, частично включив поддержки в неё саму.

3D-принтеры для точной малоформатной печати

3D MicroPrint DMP63

Источник: 3dmicroprint.com

Источник: engg.hku.hk

Picaso Designer X Pro

Источник: instagram.com

Источник: instagram.com

Phrozen Sonic 4K

Источник: instagram.com

Источник: instagram.com

Нанопечать

Источник: upnano.at

Тенденция к микроминиатюризации привела к возникновению нанопечати. Требования к микродеталям для научных исследований и производства постоянно повышаются. Промышленность ищет новые, более точные, эффективные и прибыльные методы производства. Возрастает потребность в компактных и мощных устройствах с сокращенным циклом производства деталей.

Источник: upnano.at

Существующие технологии 3D-печати, такие как стереолитография, не позволяют печатать с необходимым разрешением, минимальное разрешение таких систем 20 мкм. Система 3D-печати NanoOne, разработанная UpNano, позволяет пользователям экономично печатать микроструктурированные детали с высоким разрешением для применения в различных областях: электронике, микрооптике, медицине.

Источник: twitter.com

Компания UpNano занимает лидирующее положение в мире в области нанопечати.

У UpNano спрашивают, как оценить высокое разрешение? На что у них есть ответ: надо взять карандаш, поточить его и напечатать на его кончике замок.

Источник: upnano.at

Источник: instagram.com

Система NanoOne обеспечивает разрешение до нанометра.

Вид двух башен замка завораживает тех, кто может оценить этот принт с помощью микроскопа. Столбы правого шпиля имеют диаметр 950 нм, что в 100 раз тоньше человеческого волоса. Трудно поверить, но, несмотря на такую тонкость, столбы идеально прямые и выполняют свою несущую функцию.

С помощью NanoOne можно значительно сократить время производства и, следовательно, затраты на микродетали, не жертвуя разрешением и допусками. Универсальная технология, позволяет производить как ультратонкие компоненты со структурными деталями до 170 нм, так и макроскопические сантиметровые модели. Мощный лазер и оптимизированная оптическая схема обеспечивают высокоточное и быстрое изготовление изделий в нано-, микро-, мезо- и макромасштабах.

Источник: upnano.at

NanoOne — это самая быстрая на рынке система 3D-печати с таким высоким разрешением. Она основана на мультифотонной литографии и сочетает в себе точность двухфотонной полимеризации с высокой производительностью: до 200 мм³/час. Это делает систему пригодной не только для научно-исследовательских экспериментов, но и для серийного производства промышленных микродеталей.

Источник: instagram.com

Помимо разработки и производства 3D-принтеров и соответствующего программного обеспечения, UpNano предлагает материалы для печати и аксессуары, оптимизированные для своего оборудования.

Заключение

3D-печать пришла на смену, а где-то и на помощь традиционным технологиям и нашла своё применение во многих отраслях. Как правило, применение 3D-принтеров позволяет на порядок сократить затраты труда и времени на серийное производство мелких деталей и изделий, для которых важна высокая точность.