ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 778.64

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

*

Г. А. Кирюшкин Д. А. Анашкин, В. В. Алексеенко, В. И. Шестерня, Н.С. Жуков Научный руководитель - М. И. Толстопятов

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматриваютсяосновные методы аддитивного производства.

Ключевые слова: технологии ЗБ-печати, аддитивные технологии, ЗБ-принтер, аддитивное производство, FDM/FFF, LOM.

OVERVIEW OF THE MAIN 3D PRINTING TECHNOLOGIES USED IN ROCKET

AND SPACE TECHNOLOGY

G. A. Kiryushkin*, D. A. Anashkin, V. V. Alekseenko, V. I. Shesternya, N.S. Zhukov Scientific supervisor - M. I. Tolstopyatov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Discusses the main methods of additive manufacturing

Keywords: 3D printing technologies, additive technologies, 3D printer, additive manufacturing, FDM/FFF, LOM.

Около 50 лет назад появилась 3D печать. Изначально 3D принтеры были очень большими, достаточно дорогими, при этом имели очень ограниченные возможности.

На сегодняшний день изобрели несколько методов аддитивного производства. Методы по своей сути различаются использованием различных материалов и способе их нанесения.

Как правило, у каждого из методов есть свои недостатки и преимущества, в связи с чем некоторые компании предлагают выбор расходного материала для построения модели. Основные методы аддитивного производства: 1.Экструзионный метод печати:

FDM/FFF (Fused deposition modeling/Fused Filament Fabrication) -моделированиеметодомпослойногонаплавления.

Данный метод предполагает создание слоев за счет продавливания быстрозасты-вающего расходного материала (Экструзиив виде тонких струй (FFF) и микрокапель (FDM).B качестве расходных материалов используются всевозможные полимеры, поликарбонат, полиэтилен высокого давления, полилактид, поликарбонат, смеси поликарбонатаи ABS пластика и прочие [1].

Как правило, материал для печати доставляется в виде катушек, с которых его проталкивают в печатную головку - "экструдер".Материала выдавливается через сопло предварительно разогретым до температуры плавления. Печатная головка приводится в движение сервомоторами, которые обеспечивают позиционирование экструдера в трех плоскостях.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1

Недостатки данного метода заключаются в ограничении создания сложных геометрических форм. Например, при создании навесных конструкций необходимо использованиеопорных конструкций, которыеудаляются после окончания печати.

2.Порошковый метод печати:

а)SLS (SelectiveLaserSintering) - выборочное лазерное спекание.

С помощью данной технологии возможно создание объектов из металла при помощи металлоглины. Металлоглина - это смесь металлической стружки, воды и органического связующего вещества. При использованиипорошкового метода печать происходит в камере с бескислородной средой с высокой температурой. В процессе обжига связующее вещество и вода выгорают, что превращает металлоглину в монолитный блок. Материал наносится на поверхностьплатформы и разглаживается валиком.Для придания изделию формы используют лазер, которым производится коррекция изделия. Данный процесс повторяется до придания изделию необходимой формы и размера [3].

б)EBM (ElectronBeamMelting) - Электронно-лучевая плавка.

Для данного процесса в качестве материала также используется металлоглина, при этом вместо лазера применяют направленные электроимпульсы. В целях обеспечениявысокой детализации печатных объектов, электронные пучки высокой мощности действуют в вакууме. С помощью манипуляцийс магнитным полем производится корректировка электроимпульса, и как следствие электронный луч контролируется более точно [4].

в)SLM (SelectiveLaserMelting) - выборочная лазерная плавка.

Эта технология отличается тем, что не спекает, а расплавляет порошок в местах соприкосновения с мощным лазерным лучoм, позволяя создавать материалы высокой плотности, аналогичные в плане механических характеристик изделиям, изготовленным традиционными методами.

3.Метод струйной печати

3DP (Three-DimensionalPrinting) - трехмерная печать.

При данном методе связующий материалнаносят на слои гипса или пластика также как и на цифровой модели, соблюдая последовательность слое. Процесс повторяется до готовности детали. Данная технология широко используется, как в создании навесных конструкций, создании цветных моделей. Усиление конструкций моделей производится за счет их последующей пропитки полимерами или воском [1].

Метод трехмерной печати - экономичен и прост. Его использует для создания прототипов, производства деталей и пресс-форм, создания архитектурных моделей и массовых сувениров.

4. Ламинирование

LOM fLammatedObjectManufacturing) - Изготовление объектов методом ламинирования.

Это один из самых экономичных способов 3D печати, так как используемые принтеры в качестве материалов применяют бумагу. С помощью углекислотного лазера выкраиваются слои модели из бумаги, одновременно ламинируя контуры для формирования готовой модели [2].

В 2005 году была разработана технология, использующая обычную офисную бумагу, лезвие из карбида вольфрама вместо лазера и выборочное нанесение клея.

Как уже было сказано, данный метод отличается низкой себестоимостьюпопричине доступности расходных материалов. Модели из бумаги приближены по физическим характеристикам к древесине, что позволяет использовать соответствующую механическую обработку. При использовании данной технологиивозможно создании достаточно крупных моделей [2]. Необходимо отметить, что на сегодняшний день существуют устройства, осуществляющие ламинирование тонкими металлическими и пластиковыми листами.

5.Полимеризация

а)DLP (DigitalLightProcessing) - методцифровойпроекции.

При данном методе фотополимеры распыляются тончайшим слоем струйными принтерами на рабочую платформу до получения цельно изделия. Каждый слой слой смолы до затвердения облучается ультрафиолетом. После изготовления модель сразу готова к применению. Опорный материал, которыйиспользуетсядля поддержания геометрически сложныхмоделей, удаляется вручную и промывкой.

Сверхточность детализации модели достигается с помощью многофотонной полимеризации.Данный метод сводится к вычерчиванию контуров трехмерного объекта фокусированным лазерным пучком. Благодаря нелинейному фотовзаимодействию материал застывает только в точках фокусирования лазерного пучка. Этот метод позволяет с легкостью добиваться разрешений до 100мкм включительно, а также строить сложные структуры с движущимися и взаимодействующими частями.

6)SLA (LaserStereolithography)- проекционная стереолитография.

При использовании данного метода производитсяразделение цифровой трехмерной модели на слои с преобразованием каждого слоя в двухмерную проекцию, аналогичную шаблонам. Двухмерные изображения проецируются на последовательные слои фотополимерной смолы, затвердевающие в соответствии с проецируемыми контурами.

В некоторых системах проекторы расположены снизу, что способствует выравниванию поверхности фотополимерного материала при вертикальном движении модели (в данном случае рабочая платформа с нанесенными слоями передвигается вверх, а не погружается в материал) и сокращению производственного цикла до минут вместо часов. Технология позволяет создавать модели со слоями из нескольких материалов с разной скоростью застывания [1].

Библиографические ссылки

1.Все о 3D-печати. Аддитивное производство. Основные понятия [Электронный ресурс]. URL: https://3dtoday.ru/wiki/3D print technology (дата обращения 05.04.2022).

2. Изготовление объектов методом ламинирования (LOM) [Электронный ресурс]. URL:https://3dtoday.ru/wiki/LOM print(дата обращения 05.04.2022).

3.Как работают 3D принтеры по металлу. Обзор SLMи DMLS технологий. Аддитивное производство. 3D печать металлом [Электронный ресурс]. URL:https://3dtool.ru/stati/kak-rabotayut-3d-printery-po-metallu-obzor-slm-i-dmls-tekhnologiy-additivnoe-proizvodstvo-3d-pechat-^дата обращения 06.04.2022).

4.Электронно-лучеваяплавка(EBM)[Электронный ресурс]. URL:

https://3dtoday.ru/wiki/EBM print(дата обращения 06.04.2022).

© Кирюшкин Г.А., Алексеенко В.В., Жуков Н.С., Шестерня В.И., Анашкин Д.А., 2022