ПРОТОТИПИРАНЕ И ЕКСПЕРИМЕНТИРАНЕ ЧРЕЗ 3D ПРИНТИРАНЕ

ВЪЗМОЖНОСТ ЗА СЪЗДАВАНЕ НА ИНОВАТИВНИ КОНСТРУКТИВНИ СЪЕДИНЕНИЯ

Развитието на технологията за 3D принтиране доби особена популярност през последните години и навлезе масово в различни сфери на науката, производството, дизайна, медицината, спорта и т.н. Мебелите също не изостават от тази тенденция и много дизайнери експериментират с различни форми и функции. Напоследък се появяват и нови разработки на съединителни елементи, получени чрез технологията за 3D принтиране, които представляват интерес за мебелната индустрия.

Автор: Боряна Петрова, докторант в ЛТУ

Свобода при дизайна и възможност за бързо създаване на прототип, изпълняване на специфични задачи, намаляване на разходите на материал, възможност за олекотяване на конструкциите, висока якост на принтираните конструкции, оптимизация на отпадъците и възможност за производство на сложни и комплексни конструкции, както и бързо прототипиране са сред основните предимства на 3D принтирането (Ngo et al. 2018, Tofail et al 2018). Технологията за 3D принтирането, известна още като адитивно производство (additive manufacturing), се базира на наслагването на слоеве от полимер, метал или керамика с цел създаване на триизмерен обект по компютърен модел или от обект, който е сканиран с 3D скенер, или дори обикновена камера.

Според American Society for Testing and Materials (ASTM) group “ASTM F42 – Additive Manufacturing” са формулирани 7 начина на адитивно производство:

• (VAT Photopolymerisation) – Vat полимеризацията използва вана с течна фотополимерна смола, от която моделът се изгражда слой по слой. Ултравиолетовата (UV) светлина се използва за втвърдяване на смолата, когато е необходимо, докато платформата премества направения обект надолу след втвърдяване на всеки нов слой.
• (Material jetting) създава обекти по подобен метод на двуизмерен мастилено-струен принтер. Материалът се нанася върху платформа за изграждане, използвайки непрекъснат подход или „Drop on Demand“ (DOD).
• В процеса на струйно свързване (Binder Jetting) се използват два материала – прахообразен материал и свързващо вещество. Свързващото вещество обикновено е в течна форма, а строителният материал в прахообразна форма. Печатната глава се движи хоризонтално по осите „x“ и „y“ на машината и отлага редуващи се слоеве от строителния и свързващия материал.
• (Fused Deposition Modelling) е често срещан процес на екструдиране на материали. Материалът се изтегля през дюза, където се нагрява и след това се отлага слой по слой. Накрайникът може да се движи хоризонтално и платформата се движи нагоре и надолу вертикално след нанасяне на всеки нов слой.
• Процесът на прахообразно синтероване включва следните най-често използвани техники на печат: директно метално лазерно синтероване (DMLS), електронно-лъчево топене на материала (EBM), селективно топло синтероване (SHS), селективно лазерно топене (SLM) и селективно лазерно синтероване (SLS).
• Процесите на ламиниране на листове включват производство на ламинати чрез ултразвукови заварки (UAM) и производство на ламинирани материали чрез допълнителен свързващ слой (LOM). При процеса на производство се използват листове или ленти от метал, които се съединяват чрез ултразвуково заваряване.
• (DED) обхваща редица технологии като: лазерно проектирано мрежово оформяне, насочена светлинна изработка, директно отлагане на метали, 3D лазерно покритие. Това е сложен процес на печат, който обикновено се използва за поправка или добавяне на допълнителен материал към съществуващите компоненти.

Моделирането чрез наслагване е единствената адитивна технология, чрез която могат да се изработват изделия от производствен клас термопласти, които са с отлични механични, термични и химични характеристики и същевременно да са сравнително евтини за производство и да не изискват скъпа техника.

Основните методи за адитивно производство чрез 3D принтери са чрез наслагване, чрез екструдиране на термопласти (Fused Deposition Modelling – FDM) и селективно лазерно синтероване (Selective Laser Sintering – SLS). При първия обектите се изграждат слой по слой отдолу нагоре чрез загряване на термопластичен материал, излизащ през прецизна дюза (фиг. 1). При необходимост 3D принтерът може да добави по време на процеса и поддържащ материал, който да направи възможно изграждането на обекта. Когато принтирането приключи, поддържащият материал бива отстранен.

Технологията SLS, при която се използва лазер като източник на енергия за формоване на твърди 3D обекти, работи на следния принцип – полимер на прах (пудра) се нанася на тънки слоеве (от порядъка на 0.08 мм) и след нанасянето на всеки слой лазерен лъч преминава през полимера на прах и го втвърдява, следвайки предварително зададения модел. След това се нанася следващият слой и процесът се повтаря. За разлика от FDM или други технологии за 3D принтиране при SLS не е необходимо използването на поддържащи структури, тъй като изработваните обекти са изцяло обградени от пудра…

>>> Повече по темата може да прочетете в СПИСАНИЕ ДМТ 1/2021.