3D-печать : практическое руководство (3000,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

УДК 339.35, 004.35 ББК 30.61 Р96 Р96 3D-печать. Практическое руководство / пер. с анг. М. А. Райтмана. – М.: ДМК Пресс, 2020. – 220 с.: ил. Рэдвуд Б., Шофер Ф., Гаррэт Б. ISBN 978-5-97060-738-1 Книга посвящена стремительно развивающимся технологиям 3D-печати, которые находят свое применение во множестве отраслей: дизайне, строительстве, медицине и других. Помимо самих технологий и материалов печати рассматриваются характеристики различных 3D-принтеров, общие особенности 3D-моделей и методы их постобработки. Благодаря многочисленным иллюстрациям читатель получает ёмкое представление о возможностях и ограничениях 3D-печати. Описание ряда проектных элементов представлено в удобной для восприятия табличной форме. Издание адресовано широкому кругу специалистов, работа которых связана с изготовлением и использованием 3D-прототипов. УДК 339.35, 004.35 ББК 30.61 Original English language edition published by 3D Hubs B.V., Amsterdam, The Netherlands. Copyright © 2017 3D Hubs B.V. Russian-language edition copyright © 2020 by DMK Press. All rights reserved. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. ISBN 978-5-97060-738-1 (рус.) Copyright © 2017 3D Hubs B.V. © Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2020

Стр.5

Содержание Благодарности ........................................................................................................11 Предисловие ...........................................................................................................12 Введение ..................................................................................................................13 Часть I. Технологии и материалы 3D-печати ..................................................21 Глава 1. Введение в 3D-печать ...........................................................................22 1.1. Классификация технологий 3D-печати .............................................................22 1.2. Группы материалов для печати .........................................................................24 1.2.1. Полимеры .....................................................................................................24 Термопластики ..................................................................................................25 Реактопласты .....................................................................................................25 1.2.2. Металл ...........................................................................................................26 1.2.3. Другие материалы ........................................................................................26 Глава 2. Экструзия материала – FFF ..................................................................28 2.1. Технологии экструзии материала ......................................................................28 2.1.1. Производство методом плавления нити (FFF) ...........................................28 2.2. Характеристики принтера ..................................................................................28 2.2.1. Параметры принтера ...................................................................................28 2.2.2. Искривление .................................................................................................30 2.2.3. Межслойная адгезия ....................................................................................31 2.2.4. Поддержки ....................................................................................................32 Растворимые поддержки ..................................................................................33 2.2.5. Заполнение ...................................................................................................34 2.3. Точная размерность ............................................................................................34 2.4. Материалы ...........................................................................................................35 2.5. Постобработка .....................................................................................................37 2.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................38 2.7. Промышленная и настольная FFF-печать .........................................................39 2.8. Типичные области применения .........................................................................41 Шаблоны для литья по выплавляемым моделям ............................................41 Корпусы для электроники .................................................................................42 Тестирование формы и соответствия ..............................................................43 Монтажные и установочные приспособления ................................................43 2.9. Новые разработки ...............................................................................................44 2.9.1. Непрерывное плавление нити – Markforged ..............................................44 2.9.2. Металлическая FFF-печать – Metal X от Markforged и Desktop Metal DM Studio ......................................................................................................45 2.9.3. Интеграция электронных схем – Voxel8 DK ...............................................46

Стр.6

6  Содержание Глава 3. Полимеризация в ванночке – SLA/DLP ............................................49 3.1. Технологии полимеризации в ванночке ...........................................................49 3.1.1. Стереолитография (SLA) ..............................................................................49 3.1.2. Цифровая светодиодная проекция (DLP) ...................................................50 3.1.3. SLA против DLP ............................................................................................51 3.2. Характеристики принтера ..................................................................................51 3.2.1. Параметры принтера ...................................................................................51 3.2.2. Снизу вверх и сверху вниз ...........................................................................52 Снизу вверх ........................................................................................................53 Сверху вниз ........................................................................................................55 3.2.3. Структуры поддержки .................................................................................58 3.3. Точность размеров ..............................................................................................58 3.4. Материалы ...........................................................................................................58 3.5. Постобработка .....................................................................................................59 3.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................61 3.7. Промышленная и настольная печать полимеризацией в ванночке ................61 3.8. Распространенные области применения ..........................................................63 Прототипы для промышленного литья ...........................................................63 Ювелирное дело (литье по выплавляемой модели) ........................................63 Стоматологическое применение ......................................................................63 Слуховые аппараты ...........................................................................................64 3.9. Новые разработки ...............................................................................................64 3.9.1. Непрерывная световая проекция – Carbon ................................................65 Глава 4. Плавка порошков (полимеры) – SLS .................................................66 4.1. Технологии плавки порошков ............................................................................66 4.1.1. Выборочное лазерное спекание (SLS) .........................................................66 4.2. Характеристики принтера ..................................................................................68 4.2.1. Параметры принтера ...................................................................................68 4.2.2. Наполнение лотков ......................................................................................68 4.2.3. Адгезия слоев ...............................................................................................69 4.3. Точность размеров ..............................................................................................71 4.4. Материалы ...........................................................................................................71 4.5. Постобработка .....................................................................................................72 4.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................73 4.7. Распространенные области применения ..........................................................75 Функциональные детали ..................................................................................75 Мелкосерийное производство изделий ...........................................................75 Сложные каналы (с полым профилем) ............................................................76 4.8. Новые разработки ...............................................................................................76 4.8.1. Мультиструйная плавка – HP ......................................................................76 4.8.2. Настольные SLS-принтеры – Shareboot SnowWhite, Sintarec, Sinterit и Formlabs Fuse 1 .......................................................................................77 Глава 5. Струйная 3D-печать – струйная 3D-печать, DOD ...........................79 5.1. Технологии струйной 3D-печати .......................................................................79 5.1.1. Струйная 3D-печать .....................................................................................79

Стр.7

Содержание  7 5.1.2. Подача по требованию .................................................................................80 5.2. Характеристики принтера ..................................................................................81 5.2.1. Параметры принтера ...................................................................................81 5.2.2. Поддержки ....................................................................................................82 5.2.3. Матовая и глянцевая печать ........................................................................83 5.3. Точность размеров ..............................................................................................85 5.4. Материалы ...........................................................................................................85 5.5. Постобработка .....................................................................................................86 5.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................88 5.7. Распространенные области применения ..........................................................89 Цветные визуальные прототипы .....................................................................89 Модели для медицины ......................................................................................89 Прототипы для литья по выплавляемым моделям .........................................89 Мелкосерийное литье по выплавляемым моделям ........................................89 5.8. Новые разработки ...............................................................................................91 5.8.1. Струйная 3D-печать наночастицами – XJet ...............................................91 Глава 6. Струйная печать связующим веществом .........................................92 6.1. Технологии струйной печати связующим веществом .....................................92 6.1.1. Струйная печать связующим веществом – песок ......................................92 Полноцветные модели ......................................................................................93 Песчаные стержни и формы для отливки ........................................................94 6.2. Характеристики принтера ..................................................................................95 6.2.1. Параметры принтера ...................................................................................95 6.2.2. Прочность изделий ......................................................................................96 6.2.3. Заполнение лотка для порошка ..................................................................96 6.1.2. Струйная печать связующим веществом – металл ....................................94 Пропитывание ...................................................................................................95 Сплавление ........................................................................................................95 6.3. Точность размеров ..............................................................................................96 6.4. Материалы ...........................................................................................................97 6.5. Постобработка .....................................................................................................97 6.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................99 6.7. Распространенные области применения ..........................................................99 Полноцветные модели ......................................................................................99 Литье в песчаные формы ..................................................................................99 Функциональные металлические изделия ....................................................100 Глава 7. Плавка порошков (металлы) – DMLS/SLM, EBM ...........................102 7.1. Технологии плавки порошков ..........................................................................102 7.1.1. DMLS/SLM ....................................................................................................102 7.1.2. EBM ..............................................................................................................104 7.2. Характеристики принтера ................................................................................104 7.2.1. Параметры принтера .................................................................................104 7.2.2. Поддержки ..................................................................................................105 7.2.3. Качество поверхности ................................................................................105 7.3. Точность размеров ............................................................................................106 7.4. Материалы .........................................................................................................106

Стр.8

8  Содержание 7.5. Постобработка ...................................................................................................107 7.6. Преимущества и ограничения ..........................................................................109 Плавка металлических порошков и струйная печать связующим веществом ........................................................................................................110 7.7. Распространенные области применения .........................................................110 Стоматологическое применение ....................................................................110 Медицинское применение .............................................................................110 Аэрокосмическая и автомобильная области применения ...........................111 Глава 8. Инструменты для принятия решений .............................................112 8.1. Сводная таблица технологий ...........................................................................112 Часть II. Проектирование для 3D-печати ......................................................116 Глава 9. Общие особенности проектирования для 3D-печати ................117 9.1. Толщина слоя .....................................................................................................117 9.2. Стягивание и искривление ...............................................................................119 9.2.1. Температура ...............................................................................................119 9.2.2. Облучение ...................................................................................................119 9.2.3. Предупреждение стягивания и искривления ..........................................119 Глава 10. Описание элементов, изготовленных с помощью 3D-печати ...............................................................................................................122 Глава 11. Проектирование для FFF-печати ...................................................125 11.1. Структуры поддержек и направление изделия .............................................125 11.1.1. Основы FFF-поддержек............................................................................126 11.1.2. Типы FFF-поддержек ...............................................................................128 11.1.3. Перемычки ...............................................................................................130 9.3. Структуры поддержек .......................................................................................120 9.4. Скругления ........................................................................................................121 11.2. Анизотрофность ..............................................................................................131 11.3. Заполнение ......................................................................................................132 11.4. Отверстия ........................................................................................................134 11.5. Сводная таблица проектирования для FFF-печати ......................................136 Глава 12. Проектирование для SLA/DLP-печати .........................................138 12.1. Структуры поддержек и направление изделий ............................................138 12.1.1. Структуры поддержек для принтеров, печатающих сверху вниз .........139 12.2. Полые секции ..................................................................................................141 12.3. Сводная таблица проектирования для SLA/DLP-печати ..............................142 Глава 13. Проектирование для SLS-печати ...................................................144 13.1. Стягивание и искривление .............................................................................144 13.1.1. Направление изделия ..............................................................................144 13.1.2. Уменьшение массы изделия ....................................................................145 13.2. Избыточное спекание .....................................................................................145 13.3. Удаление порошка ...........................................................................................147

Стр.9

Содержание  9 13.3.1. Полые секции ...........................................................................................147 13.3.2. Глухие отверстия ......................................................................................147 13.3.3. Подвижные детали ...................................................................................148 13.4. Сравнение с литьем под давлением ..............................................................149 13.5. Ступенчатая поверхность ...............................................................................149 13.6. Проектные элементы при SLS-печати ...........................................................151 Глава 14. Проектирование для струйной 3D-печати ..................................153 14.1. Поддерживающие структуры и направление изделия .................................153 14.2. Полноцветная печать ......................................................................................154 14.3. Комбинирование материалов ........................................................................155 Смешанный лоток ...........................................................................................155 Цифровые материалы .....................................................................................155 Смешанные изделия .......................................................................................156 14.3.1. Проектирование из множества материалов ..........................................156 14.4. Проектные элементы в струйной 3D-печати ................................................158 Глава 15. Проектирование для печати связующим веществом ..............160 15.1. Связующее вещество ......................................................................................160 15.2. Сырое состояние .............................................................................................161 15.3. Полноцветные отпечатки ...............................................................................162 15.4. Пропитка и сплавление ..................................................................................164 15.4.1. Стойки .......................................................................................................164 15.5. Проектные элементы печати связующим веществом ..................................165 Глава 16. Проектирование для DMLS/SLM-печати .....................................167 16.1. Поддержки и направление изделий ..............................................................167 16.2. Полые секции ..................................................................................................169 16.3. Подложка .........................................................................................................169 16.4. Оболочка и наполнение ..................................................................................170 16.5. Типичные параметры проектирования ........................................................171 16.5.1. Каналы ......................................................................................................171 16.5.2. Скругления ................................................................................................171 16.5.3. Объем печати............................................................................................172 16.6. Таблица проектных элементов металлической печати ...............................173 Глава 17. Сводная таблица правил проектирования ..................................175 Часть III. Применение технологий 3D-печати ..............................................177 Глава 18. Инструменты для создания 3D-проектов ...................................178 18.1. CAD-проектирование ......................................................................................178 18.1.1. Объемное моделирование .......................................................................178 18.1.2. Поверхностное моделирование ..............................................................179 18.1.3. Скульптурное моделирование ................................................................180 18.1.4. CAD-проектирование ...............................................................................181 18.2. Топологическая оптимизация ........................................................................182 18.2.1. Параметры топологической оптимизации ............................................182

Стр.10

10  Содержание 18.2.2. Преимущества и ограничения ................................................................184 18.3. Обратное проектирование .............................................................................184 18.3.1. 3D-сканирование .....................................................................................184 Лазерное сканирование ..................................................................................185 КТ-сканирование .............................................................................................185 18.3.2. Физическое измерение ............................................................................185 КИМ ..................................................................................................................186 Ручное измерение ...........................................................................................187 18.3.3. Сводная таблица .......................................................................................187 Глава 19. Применение технологий FFF-печати ............................................188 19.1. Монтажные и установочные приспособления ..............................................188 Практический пример – собственность Volkswagen и Ultimaker .................188 19.2. Конкурентоспособное мелкосерийное производство посредством FFF .....189 Практический пример – собственность Peak Additive ..................................189 Глава 20. Применение технологий SLA/DPL-печати ..................................194 20.1. Точные, индивидуальные хирургические стоматологические шаблоны ...194 Практический пример – собственность Formlabs .........................................194 20.2. Слуховые аппараты – самое успешное применение технологии 3D-печати .................................................................................................................196 Практический пример – собственность EnvisionTEC ....................................196 Глава 21. Применение технологий SLS-печати ............................................199 21.1. Оригинальная панорамная камера ...............................................................199 Практический пример – собственность Kohlhaussen Camera ......................199 Глава 22. Применение технологий струйной 3D-печати ...........................204 22.1. Обучение следующего поколения докторов .................................................204 Практический пример – собственность Марка Тайена из Технологического университета Эйндховена...........................................204 22.2. Киборги становятся реальностью со струйной 3D-печатью ........................207 Практический пример – собственность Виталия Булгарова из Factor 31 ....207 Глава 23. Применение технологий печати связующим веществом .......210 23.1. Литье в песчаные формы позволяет производить устаревшие изделия ....210 Практический пример – собственность ExOne .............................................210 Глава 24. Применение технологий DMLS/SLM-печати .............................213 24.1. 3D-печать объединяет 100 деталей антенны в одну .....................................213 Практический пример – собственность Concept Laser и Optisys LLC...........213 24.2. Оптимизация для кронштейна подвески гоночной машины .....................215 Практический пример – собственность Томаса ван де Хаута из Formula Student Team TU Delft, Нидерланды ...............................................................215 Предметный указатель .......................................................................................217 21.2. Аксессуар для велосипеда, который должен иметь каждый ........................200 Практический пример – собственность Rehook ............................................200

Стр.11