21.05.2019 в 21:57   printmen

3d технологии: сравнение FDM vs SLA vs SLS

   Аддитивное производство или 3D-печать снижают затраты, экономят время и выходят за пределы производственных процессов. Технологии 3D-печати предлагают универсальные решения в самых разных областях: от концептуальных моделей и функциональных прототипов, различных вещей бытового назначения, до приспособлений, деталей использовуемых в производстве.

  За последние несколько лет 3D-принтеры с высоким разрешением стали более доступными, простыми в использовании и более надежными. В результате технология стала доступной для большего числа компаний, но выбор между различными конкурирующими решениями для 3D-печати может быть затруднен.

  Какая технология подходит для вашего конкретного производства или дела? Какие материалы доступны? Какое оборудование и обучение вам нужно, чтобы начать? Как насчет затрат и возврата инвестиций?

   В этой статье мы познакомимся с тремя наиболее распространенными технологиями для 3D-печати пластиком:  моделирование методом послойного наплавления (FDM)стереолитография (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS).

 Моделирование методом послойного наплавления (FDM)

  Моделирование методом послойного наплавления является наиболее широко используемой формой 3D-печати на бытовом и домашнем уровне, чему способствует появление любителей и энтузиастов 3D-печати. 3D-принтеры FDM изготавливают детали путем наплавления экструзии термопластичной нити, которую сопло принтера наносит слой за слоем в области печати.

  FDM работает с рядом стандартных термопластов, таких как ABS, PLA и их различными смесями. Этот метод хорошо подходит для базовых моделей, а также для быстрого и недорогого создания прототипов простых деталей.

  Отпечатки изготовленные на FDM принтерах имеют видимые линии слоев, могут быть неточности вокруг сложных элементов, а так же многое зависит от качества настройки и периодичности обслуживания ввиду износа основных механизмов. Этот пример был напечатан на промышленном 3D-принтере Stratasys uPrint FDM с растворимыми подложками (машина стоимостью от 15 900 долл. США).

  FDM имеет самое низкое разрешение и точность по сравнению с SLA или SLS и не является хорошим вариантом для печати деталей со сложной геометрической формой и высоким требованиям к качеству поверхности и точности изготовления. Улучшить качество поверхности поможет химическая (ацетов и другие растворители) и механическая полировка. В промышленных FDM 3D-принтерах используются растворимые поддержки для устранения некоторых проблем и предлагается более широкий ассортимент конструкционных термопластов, но они также стоят дорого.

  Стереолитография (SLA)

  Стереолитография была первой в мире технологией 3D-печати, изобретенной в 1980-х годах, и до сих пор остается одной из самых популярных технологий для профессионалов. В SLA принтерах используется лазер для отверждения жидкой фотополимерной смолы в затвердевшую пластмассу, этот процесс называется фотополимеризацией.

 Детали SLA имеют высочайшее разрешение и точность, четкие очертания детали и гладкую поверхность, но главное преимущество SLA заключается в его универсальности. Производители материалов создали инновационные составы смол SLA с широким спектром оптических, механических и термических свойств, которые соответствуют свойствам стандартных, технических и промышленных термопластов.

  Детали SLA имеют острые края, гладкую поверхность и минимальные видимые линии слоев. Этот пример был напечатан на настольном 3D-принтере Formlabs Form 2 SLA  (машина по цене $ 3499).

  SLA — отличный вариант для высокодетализированных прототипов, требующие жестких допусков и гладких поверхностей, таких как формы, узоры и функциональные детали. SLA широко используется в различных отраслях промышленности: в области машиностроения и проектирования различных прототипов, в стоматологии, ювелирном деле и в образовательных целях.

  Селективное лазерное спекание (SLS)

  Селективное лазерное спекание является наиболее распространенной технологией аддитивного производства для промышленного применения.

   В 3D-принтерах SLS используется мощный лазер для плавки мелких частиц полимерного порошка. Порошок поддерживает деталь во время печати и устраняет необходимость в специальных опорных конструкциях. Это делает SLS идеальным для сложной геометрии, включая детали с внутренними полостями, тонкими стенками и сложными нестандартными элементами. Детали, изготовленные с использованием SLS-печати, обладают превосходными механическими характеристиками, прочность которых напоминает прочность литых изделий.

  Детали SLS имеют слегка шероховатую поверхность, но практически не имеют видимых линий слоев. Этот пример был напечатан на настольном 3D-принтере Formlabs Fuse 1 SLS  (машина стоимостью от 9 999 долларов).

  Наиболее распространенным материалом для селективного лазерного спекания является нейлон (полиамид), популярный инженерный термопласт с превосходными механическими свойствами. Нейлон легкий, прочный и гибкий, а также устойчив к ударам, химическим веществам, нагреву, ультрафиолетовому излучению, воде и грязи.

  Сочетание низкой цены на деталь, высокой производительности и качественных материалов делает SLS популярным выбором среди инженеров для функционального прототипирования и экономически выгодной альтернативой инжекционному литью для ограниченного производства.

  Сравнение 3d технологии FDM, SLA и SLS

   Каждая технология 3D-печати имеет свои сильные и слабые стороны, требования, подходит для различных приложений и предприятий. В следующей таблице приведены некоторые ключевые характеристики данных технологий.

Моделирование методом наплавления (FDM)Стереолитография (SLA)Селективное лазерное спекание (SLS)
Разрешение ★★ ☆☆☆ ★★★★★ ★★★★ ☆
Точность ★★★★ ☆ ★★★★★ ★★★★★
Качество Поверхности ★★ ☆☆☆ ★★★★★ ★★★★ ☆
Пропускная способность ★★★★ ☆ ★★★★ ☆ ★★★★★
Комплексные проекты ★★★ ☆☆ ★★★★ ☆ ★★★★★
Простота использования ★★★★★ ★★★★★ ★★★★ ☆
Плюсы Недорогие потребительские машины и материалы Отличное качество 
Высокая точность 
Гладкая поверхность 
Широкий диапазон функциональных применений
Прочные детали 
Свобода проектирования 
Нет необходимости в опорных конструкциях
Минусы Низкая точность 
Низкое качество детали 
Ограниченная совместимость дизайна
Средний объем сборки 
Чувствителен к длительному воздействию ультрафиолета
Грубая поверхность
Ограниченные варианты материала
Применение Недорогое быстрое прототипирование. 
Основные проверенные модели

Функциональное создание прототипов 
Шаблоны, формы и инструменты 
Стоматологические применения 

Изготовление ювелирных изделий 

Функциональное прототипирование. 
Нестандартное производство
Объем печати До ~ 200 х 200 х 300 мм (настольные 3D-принтеры) До 145 х 145 х 175 мм (настольные 3D-принтеры) До 165 х 165 х 320 мм (настольные 3D-принтеры)
Материалы Стандартные термопласты, такие как ABS, PLA и их различные смеси. Разные фотополимерные смолы (термореактивные пластики). Стандартный, инженерный (ABS-подобный, PP-подобный, гибкий, термостойкий), литьевой, стоматологический и медицинский (биосовместимый). Инженерные термопластики. Нейлон 11, Нейлон 12 и их композиты.
Повышение квалификации Простое обучение настройке сборки, эксплуатации машины и отделке; не сложное обучение по обслуживанию Подключи и играй. Незначительное обучение настройке сборки, техническому обслуживанию, эксплуатации и отделке машины. Умеренное обучение настройке сборки, техническому обслуживанию, эксплуатации и отделке машины.
Требования к помещению Желательно индивидуальная вентиляция для настольных машин ввиду испарений от нагретого пластика Настольные машины подходят для офисной и домашней среды Рабочая среда с умеренными требованиями к пространству для настольных систем
Вспомогательное оборудование Система снятия опор для станков с растворимыми опорами (опционально автоматизирована), чистовые инструменты. Станция доотверждения, станция мойки (опционально автоматизирована), инструменты для отделки. Станция постобработки для очистки деталей и восстановления материалов.

 Затраты и возврат инвестиций

  В конечном счете, вы должны выбрать технологию, которая наиболее подходит для вашего бизнеса. В последние годы цены значительно упали, и сегодня все три технологии доступны в компактных и доступных системах.

  Расчет затрат не заканчивается первоначальными затратами на оборудование. Материальные и трудовые затраты оказывают существенное влияние на стоимость каждой детали в зависимости от области применения и ваших производственных потребностей.

  Вот подробная разбивка по технологиям:

Плавленое моделирование осаждения (FDM)Стереолитография (SLA)Селективное лазерное спекание (SLS)
Расходы на оборудование Самые простые аппараты можно приобрести за 100 — 300 USD. Настольные принтеры среднего класса стоят от 2000 долларов, а промышленные системы — от 15 000 долларов. Профессиональные настольные принтеры стоят от 3500 долларов, а крупные промышленные машины — от 80000 долларов. Настольные системы стоят от 10 000 долларов, а промышленные принтеры — от 100 000 долларов.
Материальные затраты 20–150 долл. США / кг на большинство стандартных и конструкционных нитей и 100–200 долл. США / кг на вспомогательные материалы. 100-200 долл. США / л для большинства стандартных и технических смол. $ 100 / кг за нейлон. SLS не требует опорных конструкций, и неиспользованный порошок можно использовать повторно, что снижает материальные затраты.
Трудовые потребности Ручное удаление опор (может быть в основном автоматизировано для промышленных систем с растворимыми опорами). Для качественной отделки требуется длительная постобработка. Мытье и последующее отверждение (оба могут быть в основном автоматизированы). Простая пост-обработка для удаления отметок поддержки. Простая очистка для удаления лишнего порошка.

Прототипы оправы лыжных очков, напечатанные по технологии FDM, SLA и SLS (справа на лево).

Комментарии: