3D печать

Термин «3D-печать» был придуман студентами Массачусетского технологического института в 1995 году. Краткое и емкое название прижилось, но у него всё же есть один недостаток: на его основе несведущие люди порой полагают, что печатать на 3D-принтере столь же просто, как и на обычном — включил аппарат, отправил на него файл из какого-то приложения и быстренько напечатал желаемый результат. Однако все технологии имеют свои тонкости, без знания которых хороший образец не получишь, да к тому же самая маленькая фигурка печатается дольше, чем документ в сотню страниц на бумаге. Первый принтер с достаточно высоким качеством цветной 3D-печати был выпущен еще через 5 лет, в 2005 году.

Печать 3D объектов базируется на технологии наслоенного создания твёрдых предметов из разных материалов. Таковыми могут служить, например, цемент, пластик АВС, металлические порошки и съедобные продукты. Эта статья поможет узнать Вам о наиболее востребованных материалах для печати 3D.

 

Материалы для 3D печати

Печать 3D объектов базируется на технологии наслоенного создания твёрдых предметов из разных материалов. Таковыми могут служить, например, цемент, пластик АВС, металлические порошки и съедобные продукты. Эта статья поможет узнать Вам о наиболее востребованных материалах для печати 3D.

Акрил

Акрил используется в 3D печати для создания прозрачных моделей. 

При использовании акрила необходимо учитывать следующие особенности: для данного материала нужна более высокая температура плавления, чем для АВС-пластика, и он очень быстро остывает и твердеет. В разогретом акриле появляется множество мелких воздушных пузырьков, которые могут вызвать визуальные искажения готового изделия. 

Бетон

Сегодня существуют лишь опытные образцы 3D принтеров, которые способны печатать объёмные конструкции из бетона. Они представляют собой массивные устройства, слой за слоем «возводя» настоящий дом из бетона. Менее чем за сутки 3D принтер может изготовить дом площадью до 230 квадратных метров. Главное здесь – такой дом, во-первых, пригоден для жилья, а во-вторых, обходится гораздо дешевле аналогичной постройки с использованием традиционных технологий. Сорт бетона для объёмной печати практически идентичен тому, что используется во время ручного строительства. 

Гидрогель

Учёные из иллинойского Университета (США) напечатали при помощи 3D принтера и гидрогеля биороботов длиной 5-10 мм. На поверхность биороботов поместили клетки сердечной ткани, которые распространились по гидрогелю и начали сокращаться, приводя в движение робота. Такие роботы из гидрогеля способны передвигаться со скоростью 236 микрометров в секунду. В будущем они будут запускаться в организм человека для обнаружения и нейтрализации опухолей и токсинов, а также для транспортировки лекарственных препаратов к месту назначения.

 

Бумага

В некоторых 3D принтерах в качестве материала для печати используется обычная бумага формата А4. Так как бумага – это доступный и недорогой материал, то и бумажные модели получаются недорогими и доступными для пользователей. Такие модели печатаются послойно, причём каждый последующий слой бумаги вырезается принтером и наклеивается на предыдущий. Модели из бумаги печатаются быстро, но не могут похвастаться прочностью или эстетичностью. Они идеально подойдут для быстрого прототипирования компьютерного проекта.

Гипс

В современной 3D печати широко применяются гипсовые материалы. Модели, изготовленные из гипса, недолговечны, но имеют очень низкую себестоимость. Такие модели идеально подходят для изготовления объектов, предназначенных для презентаций. Их можно показывать в качестве образца заказчикам и клиентам, они отлично передадут форму, структуру и размер оригинального изделия. Так как гипсовые модели отличаются высокой термостойкостью, их используют в качестве образцов для литья.

Деревянное волокно

Изобретатель Кай Парти разработал специальное деревянное волокно для 3D печати. Волокно состоит из дерева и полимера и по своим свойствам похоже на полиактид (PLA). Комбинированный материал позволяет получить долговечные и твёрдые модели, которые внешне выглядят как деревянные изделия и имеют запах свежеспиленного дерева. В настоящее время инновационный материал используется только в самореплицирующихся принтерах RepRap.  

 Лёд

В 2006 году два канадских профессора получили грант на развитие технологии 3D печати ледяных фигур. За три  года они научились создавать при помощи 3D принтеров небольшие ледяные предметы. Печать протекает при температуре -22°С, в качестве расходных материалов используются вода и метиловый эфир, подогретый до температуры 20°С.

Нейлон

Печать нейлоном имеет много общего с печатью АВС-пластиком. Исключениями являются более высокая температура печати (около 320°С), высокая способность впитывать воду, более продолжительный период застывания, необходимость откачки воздуха из экструдера из-за токсичности компонентов нейлона. Нейлон – это достаточно скользкий материал, для его применения следует оснастить экструдер шипами. Несмотря на перечисленные недостатки, нейлон с успехом используют в 3D печати, так как детали из данного материала получаются не такими жёсткими, как из АВС-пластика, и для них можно использовать шарниры скольжения.

 

 

Шоколад

Британские учёные представили публике первый шоколадный 3D принтер, который печатает любые шоколадные фигурки, заказанные оператором. Принтер наносит каждый следующий слой шоколада поверх предыдущего. Благодаря способности шоколада быстро застывать и твердеть при охлаждении, процесс печати протекает довольно быстро. В ближайшем будущем такие принтеры будут востребованы в кондитерских и ресторанах.

 

 

 

 

ABC-пластик

АBC-пластик известен как акрилонитрилбутадиенстирол. Это один из лучших расходных материалов для 3D печати. Такой пластик не имеет запаха, не токсичен, ударопрочен и эластичен. Температура плавления АВС-пластика составляет от 240°С до 248°С. Он поступает в розничную продажу в виде порошка или тонких пластиковых нитей, намотанных на бобины.3D модели из АВС-пластика долговечны, но не переносят прямой солнечный свет. С помощью такого пластика можно получить только непрозрачные модели.

 

 

 

Полилактид (PLA)

Полилактид – это самый биологически совместимый и экологически чистый материал для 3D принтеров. Он изготавливается из остатков биомассы, силоса сахарной свёклы или кукурузы. Имея массу положительных свойств, полилактид имеет два существенных недостатка. Во-первых, изготовленные из него модели недолговечны и постепенно разлагаются под действием тепла и света. Во-вторых, стоимость производства полилактида очень высока, а значит и стоимость моделей будет значительно выше аналогичных моделей, изготовленных из других материалов. Используется в технологиях 3D печати: SLS и FDM. 

 

Поликапролактон (PCL)

Поликапролактон близок по свойствам к биоразлагаемым полиэфирам. Это один из самых популярных расходных материалов для 3D печати. Он имеет низкую температуру плавления, быстро затвердевает, обеспечивает прекрасные механические свойства готовых изделий, легко разлагается в человеческом организме и безвреден для человека. Кроме того, он может применяться сразу в нескольких технологиях 3D печати: SLS, ZCorp и FDM.

Полипропилен (PP)

Полипропилен – это самая лёгкая из всех ныне существующих пластических масс. По сравнению с полиэтиленом низкого давления хуже плавится и лучше противостоит истиранию. При этом уязвим к активному кислороду и деформируется при отрицательных температурах.

Carbon Fiber PLA (полилактид с добавлением углеродного волокна)

Этот материал популярен благодаря своей прочности и гибкости. Нить состоит на 15 % из углеволокна, остальная часть – PLA пластик. Нить может быть очень хрупкой, поэтому нужно быть осторожным при загрузке ее в принтер. Прочность материала отлично подходит для печати дронов, радио управляемых машин, пропеллеров и корпусов к различным устройствам. Из-за добавления углеродного волокна для печати таким материалом подходят экструдеры с увеличенным соплом от 0,04 мм и больше.

 

Полифенилсульфон (PPSU)

Данный материал пришёл в 3D печать из авиапромышленности. Он практически не горит, характеризуется теплостойкостью, высокой твёрдостью. Напоминает обычное стекло, но превосходит его по прочности. Используется в технологиях 3D печати: SLS и FDM.

 

HIPS (Полистирол)

Полистирол, прежде всего, используется в качестве материала поддержки для печати ABS пластиком и в принтерах с двумя экструдерами. HIPS это отличный материал поддержки, потому, что он легко растворяется в лимонене. Это свойство позволит быстро и не трудозатратно удалить материал поддержки с вашей модели. Это идеальный материал для печати проектов, у которых есть нависающие края или сложные элементы.

Flexible Filament TPE and TPU (гибкая нить)

Гибкая нить Filaflex, как правило, делается из полиуретана или полиэтилена. Это сложный материал для печати, т.к. нить имеет привычку застревать в экструдере, что приводит к поломке модели. Для лучшего результата рекомендуется печатать на экструдерах с прямой загрузкой и при высоких температурах. Уменьшение скорости печати также снижает риск повреждения модели принтером.

Thermo Temperature Changing PLA (термохромная пластиковая нить, меняющая цвет)

Этот материал меняет цвет, когда температура повышается или падает. Есть различные варианты изменения цвета, например, от синего до зеленого, от серого до белого и другие. Материал сделан на основе PLA и не требует подогреваемого стола. Есть также материал, который изменяет цвет при воздействии света. Термохромный пластик может найти интересное применение при изготовлении чехлов для смартфонов и потребительских товаров.

 

Conductive PLA (токопроводимый пластик)

Такой материал годится для приспособлений с низким напряжением электрического тока. Примерами использования могут быть конструкторы Ардуино и светодиоды. Несмотря на то, что материал достаточно крепкий он не должен использоваться под тяжелыми нагрузками. Проводящий PLA может быть добавлен в обычный, например, если вы хотите создать контактную схему внутри пластикового изделия.

 

Metal Filled PLA (пластик c металлическим порошком)

Пластик с добавлением металлического порошка. Четыре самых популярных металлических добавки: бронза, медь, сталь и железо. Металлический порошок делает пластик в 4 раза тяжелее по сравнению с обычным PLA. После печати модель выглядит как железная и на ощупь тоже напоминает металл, но все же требует дополнительной пост обработки, чтобы достичь нужного эффекта. До обработки модель из PLA с металлическим порошком тусклая и цель постобработки – поднять частицы металла на поверхность изделия.

 

High Temperature Resin (Высокотемпературная смола)

Компания Formlabs выпустила материал, который плавится при температуре 289 С при давлении 45 Мпа, что делает его самым высокотемпературным материалом на рынке при таком давлении. Этот материал прекрасно подходит для форм прототипов, для хозяйственных нужд и форм для горя чих жидкостей.

 

 

Durable Resin (прочная смола)

Высокопрочная и износостойкая смола, которая выдерживает серьезные нагрузки и по свойствам похожа на полипропилен. Этот материал отлично подходит для прототипов, которые можно использовать в хозяйстве, и деталей, которые подвергаются износу - например, шарниры и подшипники.

 

Castable Resin (детализированная смола)

Этот материал для используется в SLA печати для высоко детализированных моделей. Смоделируйте деталь в CAD, напечатайте ее, и используйте, как парафиновую форму для литья. Такой материал сжигается с минимальным количеством пепла или остатка, что делает его идеальным для ювелирной промышленности и стоматологии.

Ceramic Resin (керамическая смола)

Керамическая смола – хороший выбор для художников или людей, которым нужны термоустойчивые модели. Процесс печати подобен другим смолам, но после того, как модель будет готова, Вы сможете обжечь ее и глазировать.

 

 

Biocompatible Resin (Биологически совместимая смола)

Есть много различных биологически совместимых смол на рынке с различными сертификатами. Эти материалы могут использоваться для создания точных индивидуальных копий частей тела или органов пациентов для увеличения точности во время операции и скорейшего выздоровления больного.

 

 

Flexible Resin (гибкая смола)

В технологии печати SLA используется также гибкая смола, которая позволяет печатать гнущиеся функциональные объекты. Можно напечатать различные эргономичные приспособления, такие как ручки или захваты. Несмотря на то, что принтеры FDM иногда требуют специальных сопел для печати гибкой нитью, принтеры SLA не требуют никаких специальных дополнений для печати с гибкой смолой.

 

Прочие материалы

Существуют 3D принтеры, которые предназначены для печати глиняными смесями, известковым порошком, продуктами питания, живыми органическими клетками и многими другими удивительными материалами. И уже в самом ближайшем будущем ученые и инноваторы будут готовы удивить нас появлением новых, улучшенных и революционных материалов.

Источники:: www.orgprint.com, https://make-3d.ru, https://shop.zanimatica.ru