3054

2.1.2. Direct Deposition

Термин на русский можно перевести как «прямое или непосредственное осаждение материала», т. е. направление энергии и осаждение материала в конкретную точку построения (рис. 15 а, 17).

Иными словами, в отличие от первого вида, здесь не формируется слой строительного материала на поверхности («bed») платформы, а материал подается в конкретное место, куда в данный момент времени подводится энергия и где идет процесс формирования детали. Подобно тому, как сварщик подводит электрод к месту, где за счет электрической дуги формируется зона расплава.

К технологии Direct Deposition, относят следующие технологии:

DMD - Direct Metal Deposition (компания POM, США);

LENS - Laser Engineered Net Shape (компания Optomec,

США );

DM - Direct Manufacturing (компания Sciaky, США);

MJS - Multiphase Jet Solidification (компании Fraunhofer IFAM, Германия; FDM, США) и др.

2.2. Классификация ASTM

По классификации ASTM в версии 2012 г. аддитивные технологии разделены на 7 категорий:

1.Material Extrusion - «выдавливание материала» или послойное нанесение расплавленного строительного материала через экструдер;

2.Material Jetting - «разбрызгивание (строительного) материала» или послойное струйное нанесение строительного материала;

3.Binder Jetting - «разбрызгивание связующего» или послойное струйное нанесение связующего материала;

23

4.Sheet Lamination - «соединение листовых материалов» или послойное формирование изделия из листовых строительных материалов;

5.Vat Photopolymerization - «фотополимеризация в ванне» или послойное отверждение фотополимерных смол;

6.Powder Bed Fusion - «расплавление материала в заранее сформированном слое» или последовательное формирование слоев порошковых строительных материалов и выборочное (селективное) спекание частиц строительного материала;

7.Directed energy deposition - «прямой подвод энергии непосредственно в место построения» или послойное формирование изделия методом внесения строительного материала непосредственно в место подвода энергии.

Ккатегории Material Extrusion, относится, например,

технология MJS (Multiphase Jet Solidification), в соответствии с которой в место построения модели через подогреваемый экструдер выдавливается пастообразный строительный материал: смесь металлического порошка и связующего - пластификатора. Построенную таким образом грин-модель («green» - в значении «зеленая», незрелая, сырая) помещают в печь для удаления связующего и дальнейшего спекания [3], также как это делается в традиционных MIM-технологиях

(Metal Injection Molding).

Кэтой же категории относится и наиболее популярная технология FDM (Fused Deposition Modeling), реализуемая компанией Stratasys в многочисленных принтерах «любительского» и «профессионального» классов. Фидсток в виде полимерной нити подводят к экструдеру, где полимерную нить расплавляют и с её помощью формируют физическую модель в соответствии с конфигурацией сечения виртуальной CADмодели, рис. 18.

24

Рис. 18. Технология FDM

Принтеры, работающие по FDM-технологии, являются наиболее массовыми, выпускаются многими компаниями в количестве нескольких десятков тысяч в год, однако основное их применение ограничивается сферой образования, «домашнего» моделирования и развлечения. Стоимость таких принтеров колеблется от нескольких сот до $1,5-2,0 тыс. Ряд компаний, например Stratasys и 3DP Unlimited, используя эту технологию, производят также и профессиональные, индустриальные AMмашины стоимостью от $10000 до $500000, рис. 19.

Рис. 19. AM-машины, работающие по технологии FDM

Примером технологии Material Jetting_может быть технология Poly-Jet, согласно которой модельный материал - обычно фотополимер или воск, подается в зону построения через многоструйную головку. В технической литературе эту

25

технологию иногда называют как Multi Jetting Material.

Эта технология применяется в принтерах Objet (Израиль), рис. 20. Компания Objet Geometry с 2012 г. входит в состав компании Stratasys. Здесь используют два материала - строительный и поддерживающий, который предотвращает обрушение нависающих частей модели при построении. После построения поддерживающий материал смывают горячей водой. В качестве модельного материала используют фотополимерную смолу, которую подают в зону построения через многосопловую головку.

УФ-илучение

Платформа

Рис. 20. Технология MJM

Принтер Objet500 Connex3, рис. 21, способен производить «цветную» печать, позволяет работать с тремя видами модельных материалов с различными свойствами, смешивать их в заданной пропорции во время построения модели и получать композитные модели в широкой цветовой гамме.

Рис. 21. Принтер Objet500 Connex3: зона построения

XYZ=490 х 390 х 200 мм; шаг построения 0,016-0,030 мм

26

Другой разновидностью технологии Material Jetting является технология DoD (Drop-on-Demand), которую вывела на рынок компания Solidscape (США), в 2011 г. приобретена компанией Stratasys, рис. 22. Так же, как и в машинах Objet, здесь используют два материала: модельный - воск, который в расплавленном виде подают в зону построения; и поддерживающий - который после построения модели смывают теплой водой. Принтер оснащен фрезерной головкой, с помощью которой производят «механообработку» построенного слоя, обеспечивая его необходимую высоту, удаляя излишки модельного и поддерживающего материалов. Эта технология, которую называют также WDM (Wax Deposition Modeling), применяется в ювелирной промышленности для выращивания восковых моделей (восковок) и последующего литья по выплавляемым моделям,

атакже в дентальной медицине, рис. 23.

Вмашиностроении используется редко в связи с невысокой производительностью машины.

Рис. 22. DoD-технология (Solidscape)

К категории Binder Jetting относятся струйные технологии или Ink-Jet-технологии, в которых, в отличие от технологии Material Jetting, в зону построения впрыскивают не модельный материал, а связующий реагент, рис. 24.

27

Рис. 23. Принтер CrownWorx: зона построения

XYZ=152,4x152,4x50,8 мм; толщина слоя 50 мкм. Технология WDM

Технология была разработана в Массачусетском технологическом институте и в настоящее время успешно используется в принтерах компаний ExOne, ZCorporation (ныне приобретена фирмой 3D Systems), VoxelJet, в частности, для получения литейных моделей и песчаных синтез-форм

(рис. 25).

Рис. 24. Технология Binder Jetting

28

Рис. 25. CAD-модель и песчаная литейная синтез-форма

К категории Sheet Lamination относят технологии, использующие в качестве строительного листовой материал в виде полимерной пленки, металлической фольги, листов бумаги и т. д. Примером может быть технология UAM (Ultrasonic Additive Manufacturing, Fabrisonic), сущность которой заключается в том, что тонкие металлические пластины сваривают с помощью ультразвука и затем «лишний» металл удаляют фрезерованием (рис. 26). Эта технология представляет собой сочетание аддитивной и «субтрактивной» технологий.

а б в Рис. 26. UAM-технология: а - ультразвуковая сварка; б- фрезерование; в - модельная лента

LOM -технология (Laminated Object Manufacturing),

рис. 27, одна из первых аддитивных технологий, которая стала

29

применяться в промышленности для изготовления модельной оснастки.

Модельная Бумага

Рис. 27. LOM-технология

Вкачестве модельного материала используют специальную бумагу с полимерным покрытием. В процессе построения модели бумагу послойно укладывают на платформу, и каждый слой сплавляют (ламинируют) с предыдущим посредством нагретого ролика. Лазерный луч «обрисовывает» контур сечения CAD-модели и таким образом прожигает слой бумаги, отделяя слой модели от остальной части бумажного листа. Одновременно на оставшейся части листа формируются надрезы, которые позволяют легко отделить построенную модель от ламинированного массива.

Вмашинах Mcor (Ирландия) и Kira (Япония) в качестве строительного материала используют бумагу и клей, а вместо лазера - нож с остро заточенным лезвием с износостойким покрытием. Принтер Mcor Iris, рис. 28, оснащен цветными картриджами, что делает его настоящим цветным 3Dпринтером. Стоимость около $50 тыс. (версия Matrix 300+ без цветной печати - около $35 тыс.).

30

Рис. 28. Технология Sheet Lamination. Принтер Mcor Iris:

зона построения XYZ=256x169x150 мм; толщина слоя 0,1 мм

К категории Vat Photopolymerization относят технологии, в которых используют жидкие модельные материалы - фотополимерные смолы, например, SLA-

технология (3D Systems), рис. 29, и DLPтехнология (Digital Light Procession, Envisiontec).

Рис. 29. Технология SLA - лазерная стереолитография

В категорию Powder Bed Fusion входит многочисленная группа SLS-технологий, в которых в качестве источника тепла применяется лазер (см. выше рис. 14 а). К этой же категории относят такие технологии, как Arcam-

31