Przegląd technologii druku 3d (technologii addytywnej)

FDM (Fused Deposition Modeling)

To najbardziej rozpoznawana technologia przyrostowa, opracowana oraz opatentowana przez Scotta Crumpa w latach 90 dwudziestego wieku. Urządzenia oparte o technologie FDM, tworzą rzeczywisty obiekt poprzez nanoszenie warstwa po warstwie rozgrzanego do formy plastycznej materiału (filamentu) przy pomocy głowicy ekstrudującej (hot-end) na platformę roboczą. Platforma ta wraz z nanoszeniem kolejnej warstwy przekroju drukowanego obiektu, porusza się w dół. Najczęściej stosowanymi materiałami są ABS, PLA, Nylon, PC, PVA.

Zaletą technologii FDM jest tania eksploatacja urządzeń oraz koszt wytworzenia obiektu w porównaniu do innych technologii przyrostowych. Przy pomocy drukarek FDM można wytwarzać nie tylko funkcjonalne prototypy i modele koncepcyjne, ale nawet i produkty końcowe. Drukowane elementy można łatwo poddawać obróbce (szlifowanie, wiercenie, malowanie, chromowanie). Elementy wykonane w technologii FDM cechują się dobrą wytrzymałością temperaturową oraz mechaniczną. Największą wadą technologii FDM jest długi czas druku.

LENS (Laser Engineering Net Shape)

Technologia powołana do życia przed rokiem 1997 za sprawą współpracujących ze sobą instytucji Sandia National Laboratories, Albuquerque, N.Mex oraz Pratt & Whitney. Technologię LENS cechuje przede wszystkim wytwarzanie obiektu poprzez „nadmuchiwanie” pod ciśnieniem materiału (w postaci sproszkowanej) na platformę roboczą przez system specjalnych dysz. Nałożony w ten sposób materiał, roztapiany jest przez wysokiej mocy laser (400 – 500W lub 2500 – 3000W). Kolejne warstwy przekrojów powstają w ten sam sposób jedna po drugiej. Do budowy obiektów stosuje się różnego rodzaju stopy metali między innymi tytan, stal nierdzewną, aluminium. Główną zaletą technologii LENS jest wytrzymałość oraz wysoka jakość drukowanych obiektów.

EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing)

EBAM to kolejna technologia druku ze stopów metali. Głowicą drukującą urządzenia jest działo elektronowe, za pomocą którego materiał w postaci drutu nanoszony jest warstwa po warstwie, aż do utworzenia obiektu. Do produkcji obiektów stosowane są między innymi następujące stopy metali: tytan, nikiel, miedź, aluminium. Zaletą EBAM jest szybka produkcja dużych elementów oraz szeroki asortyment materiałów.

SLA (Stereolithography)

SLA to najstarsza technologia przyrostowa, opatentowana przez Charlesa Hulla w 1986 roku (historia druku 3d). Proces ten polega na stopniowym obrysowywaniu kolejnych przekrojów poziomych produkowanych części za pomocą lasera. Pod wpływem wiązki lasera dochodzi do polimeryzacji żywicy światłoutwardzalnej. Główną zaletą SLA jest wydruk szczegółowych oraz gładkich modeli. Za wadę można uznać czas druku oraz konieczność płukania modelu w odpowiednim rozpuszczalniku celem pozbycia się resztek nieutwardzonej żywicy. Wydrukowany obiekt należy również „wypiec” w piecu UV.

DLP (Digital Light Processing)

DLP działa na takiej samej zasadzie co technologia SLA. Jedyną różnicą jest medium naświetlające fotopolimer. W przypadku DLP jest to projektor. Zaletą technologii DLP jest szybkość naświetlania. Przekrój drukowanego obiektu naświetlany jest w całości warstwa po warstwie.

CDLP (Continuous Digital Light Processing)

Technologia CDLP zwana również pod nazwą CLIP działa na takiej samej zasadzie jak technologia DLP, przy czym naświetlanie przebiega w sposób ciągły. Zaleta to jeszcze szybszy proces wytwarzania obiektów niż w technologii DLP.

MJ (Material Jetting)

Drukowany obiekt powstaje poprzez nanoszenie żywicy fotoutwardzalnej na platformę roboczą. Materiał nanoszony jest podobnie jak w przypadku drukarek atramentowych. Naniesiony materiał zostaje utwardzony przy pomocy światła UV. Obiekt powstaje warstwa po warstwie. Zaletą technologii jest dostępność wielu materiałów o różnych właściwościach oraz kolorach, dokładność i gładkość wydruków.

NPJ (NanoParticle Jetting)

W procesie wykorzystywany jest materiał w stanie ciekłym zawierającym nanocząsteczki metalu, które to nanoszone są na platformę podobnie jak w przypadku drukarek atramentowych. Naniesiony materiał podgrzewany jest do wysokiej temperatury (300°C), aby mógł wyparować i pozostawić cienką warstwę metalu.

DOD (Drop On Demand)

Technologia opracowana przez Solidscape działa na zasadzie natryskiwania roztopionego wosku warstwa po warstwie tworząc gotowy obiekt. W procesie biorą udział dwie głowice drukujące, jedna natryskuje materiał podporowy druga materiał tworzący model (wosk). Zaletą technologii DoD jest bardzo duża dokładność oraz gładka powierzchnia drukowanego obiektu. Minusem jest fakt, że technologia ma ograniczone zastosowanie ze względu na stosowany materiał. Gotowy model może posłużyć wyłącznie do budowy form odlewniczych.

BJ (Binder Jetting)

BJ to proces addytywny w którym spoiwo łączące (w postaci ciekłej) jest selektywnie nanoszone na sproszkowany materiał. Spoiwo wchodzi w reakcje z materiałem tworząc jednolitą strukturę. Każdy następny przekrój obiektu powstaje poprzez naniesienie następnej warstwy proszku oraz spoiwa. W procesie tym najczęściej używa się gipsu. Możliwe jest również wykorzystanie metali, piasku oraz ceramiki. Zaletą jest możliwość drukowania w kolorze (dotyczy gipsu). Wadą jest fakt, że modele zaraz po zakończonym druku należy poddać dodatkowym procesom wzmacniającym (np. wypiekaniu w piecu).

MJF (Multi Jet Fusion)

Technologia MJF wykorzystuje technologię atramentową oraz promieniowanie podczerwone do budowy obiektów. MJF to fuzja dwóch koncepcji HSS (High Speed Sintering) oraz SIS (Selective Inhibition Sintering). Technologia rozwijana jest przez firmę HP. Zaletą MJF ma być szybki oraz wytrzymały wydruk przy zminimalizowanych kosztach eksploatacyjnych.

SLS (Selective Laser Sintering)

Technologia opracowana w 1980 roku przez Carla Deckarda oraz Joea Beamana, polega na selektywnym spiekaniu materiału w postaci sproszkowanej, warstwa po warstwie, przez wysokiej mocy laser. Najczęściej stosowanymi materiałami są nylon oraz ceramika. Zaletą SLS jest brak konieczności użycia podpór podczas druku, ze względu na to iż sam materiał pełni taką rolę. Wadą natomiast jest długi etap uruchamiania i zakańczania procesu druku, z uwagi na to że komora wydruku musi zostać nagrzana a po skończonym procesie ostudzona.

DMLS/SLM (Direct Metal Laser Sintering / Selective Laser Melting)

Historia technologii SLM zaczyna się w Niemczech w 1995 roku jako projekt instytucji Fraunhofer Institute ILT. DMLS oraz SLM są do siebie zbliżone i obie polegają na drukowaniu obiektu ze stopów metali w postaci sproszkowanej. Obiekt powstaje warstwa po warstwie poprzez spiekanie lub roztapianie materiału wysokiej mocy laserem. Najczęściej stosowanymi materiałami są miedź, tytan, aluminium, stal nierdzewna, wolfram, chromian kobaltu, stal narzędziowa. Zaletą technologii DMLS/SLM jest tworzenie obiektów o wysokiej dokładności wymiarowej oraz doskonałej wytrzymałości mechanicznej. Wadą tej technologii jest stosowanie struktur podporowych ze względu na skurcz metali. Celem podpór jest utrzymanie drukowanego elementu w miejscu na platformie i zapobieganiu odkształcenia się elementu pod wpływem stygnięcia. Wysoki koszt urządzeń oraz ich eksploatacji.

EBM (Electron Beam Melting)

Technologia EBM jest stale rozwijana od 1993, kiedy to w szwedzkim urzędzie patentowym złożono wniosek. Od 1997 roku patent ten wszedł w posiadanie firmy Arcam AB. Maszyny EBM tworzą obiekty poprzez warstwowe nanoszenie proszku stopów metali na platformę roboczą, a następnie przy pomocy zogniskowanego strumienia elektronów dochodzi do przetapiania warstwy. Cały proces odbywa się w komorze próżniowej. Zaletą technologii EBM jest brak konieczności obróbki termicznej po procesie, doskonałe własności mechaniczne wytworzonych elementów. Do wad EBM należy zaliczyć wysoki pobór energii elektrycznej oraz dużo niższą dokładność wymiarową w porównaniu do innych technologii przyrostowych.

LOM (Laminated Object Manufacturing)

LOM to kolejny system szybkiego prototypowania opracowany przez firmę Helisys Inc. Podczas procesu druku, warstwa materiału w postaci roli papieru lub foli jest zgrzewana lub sklejana z poprzednią warstwą, a następnie laserem lub nożem wycinany jest kształt przekroju drukowanego obiektu. Zaletą LOM jest szyki proces druku oraz tani koszt materiałów. Tworzone obiekty mogą być kolorowe. Wadą jest fakt, że podczas procesu powstaje dużo odpadów a wydrukowane elementy nie są wytrzymałe.