Материалы для 3D печати

3 D -печать, или аддитивное производство, открывает огромные возможности для создания объектов различной сложности. Однако успех печати во многом зависит от выбора материала, который определяет прочность, гибкость, внешний вид и функциональность конечного изделия. Сегодня существует множество материалов для 3 D - печати, каждый из которых подходит для определённых технологий и задач. Давайте разберём основные категории.

1. Пластики

Пластики — самые популярные материалы для 3 D -печати, особенно в технологии FDM (Materials Extrusion — моделирование методом наплавления). Они поставляются в виде нитей (филаментов) и различаются по свойствам:

PLA (полилактид): Экологичный и биоразлагаемый материал, получаемый из кукурузы или сахарного тростника. Лёгок в использовании, идеален для начинающих, подходит для декоративных изделий и прототипов. Однако он хрупкий и не выдерживает высоких температур.
ABS (акрилонитрилбутадиенстирол): Прочный и ударостойкий пластик, который часто используется для функциональных деталей, например, корпусов или игрушек. Требует более высокой температуры печати и хорошей вентиляции из-за выделения паров.
PETG (полиэтилентерефталат-гликоль): Сочетает простоту печати PLA и прочность ABS. Устойчив к влаге и химическим веществам, подходит для изделий, контактирующих с водой, например, бутылок или контейнеров.

2. Смолы

Смолы применяются в стереолитографии (SLA) и цифровой обработке света (DLP). Они отверждаются под воздействием ультрафиолета, что позволяет создавать изделия с высокой детализацией:

Стандартные смолы: Используются для моделей, украшений и прототипов. Обеспечивают гладкую поверхность, но могут быть хрупкими.
Гибкие смолы: Имитируют резину, подходят для упругих деталей, таких как протезы.
Прочные смолы: Разработаны для инженерных задач, например, для шестерён или крепежей, где нужна повышенная износостойкость.

3. Металлы

Металлическая 3 D -печать, например, с использованием технологий DMLS (Direct Metal Laser Sintering ) или SLM (Selective Laser Melting), применяется в промышленности:

Титан: Лёгкий, прочный и биосовместимый, идеален для медицинских имплантатов и аэрокосмических компонентов.
Нержавеющая сталь: Доступный и универсальный материал для деталей машин и инструментов.
Алюминий: Лёгкий и устойчивый к коррозии, используется в автомобильной и авиационной отраслях.

4. Композиты

Композиты — это пластики, усиленные добавками, такими как углеродное волокно, стекловолокно или древесная пыль:

Углеродное волокно: Делает изделия лёгкими и прочными, подходит для спортивного оборудования и дронов.
Древесные филаменты: Придают изделиям текстуру дерева, используются для декоративных объектов.
Металлические композиты: Содержат металлический порошок, позволяя создавать детали с металлическим блеском после обработки.

5. Специальные материалы

Для узкоспециализированных задач разработаны уникальные материалы:

Биоматериалы: Используются в медицине для печати тканей или временных имплантатов.
Проводящие филаменты: Подходят для создания электронных схем прямо в процессе печати.
Керамика: Применяется в ювелирном деле и для высокотемпературных деталей.

Как выбрать материал?

Выбор материала зависит от технологии печати, назначения изделия и условий эксплуатации. Например, для прототипов достаточно PLA, а для нагруженных деталей лучше использовать металлы или композиты. Важно учитывать и параметры принтера: не все устройства поддерживают высокотемпературные или абразивные материалы.

Предварительный контроль сплавов перед 3 D -печатью

Качество материала критично для АТ, использующих порошки (LPBF, EB - PBF, DED, BJ), так как дефекты порошка напрямую влияют на плотность и прочность изделия. Контроль необходим:

Для порошков:

Анализ размера и формы частиц (лазерная дифракция, электронная микроскопия).
Проверка химического состава (спектрометрия) — отклонения в содержании элементов (например, алюминия в Ti -6Al -4V) ухудшают свойства.
Оценка текучести и влажности — влажный порошок (оксиды) снижает качество плавления.

Для проволоки (WAAM): Контроль диаметра и чистоты поверхности (ржавчина недопустима).
Для листов (UAM): Проверка толщины и однородности.

Контроль обязателен в PBF и DED для высоконагруженных деталей (импланты, турбины), в MEX и WAAM — для экономии, если требования ниже.

Постобработка:

Постобработка требуется для большинства технологий АТ, чтобы улучшить механические свойства, точность и внешний вид. Её необходимость зависит от метода:

LPBF и EB - PBF : Обязательна.

Зачем: Убрать остаточные напряжения, повысить плотность, удалить опорные структуры.
Виды постобработки:

Термообработка (отжиг, закалка) — для Ti -6Al -4V до 800° C .
Снятие с платформы (электроэрозионная резка - EDM).
Пескоструйка или полировка — для снижения шероховатости.

DED: Часто нужна.

Зачем: Устранить анизотропию, улучшить геометрию.
Виды: Механическая обработка (фрезерование), термообработка.

MEX и BJ: Обязательна.

Зачем: Удалить связующее, спечь порошок до полной плотности.
Виды: Дебиндинг (химический или термический для BJ), спекание в печи.

WAAM : Обязательна для точных деталей.

Зачем: Сгладить шероховатость, скорректировать форму.
Виды: Фрезерование, шлифовка.

UAM: Минимальна.

Зачем: Только для эстетики или соединения с другими деталями.
Виды: Полировка.

Без постобработки изделия из PBF и BJ могут быть хрупкими, а из WAAM — неточными.

Восстановление порошка для повторного использования

В LPBF , EB - PBF и DED неиспользованный порошок (до 90% в PBF) можно применять повторно, но он деградирует:

Причины: Окисление, изменение формы частиц, спутники (слипание).
Операции восстановления:

Просеивание — удаление крупных агломератов.
Сушка (вакуум или нагрев до 100–150° C) — устранение влаги.
Анализ состава и добавление свежего порошка — восстановление химии.
Плазменная обработка (для дорогих сплавов, например, титана) — восстановление сферичности.

Повторное использование снижает затраты, но после 5–10 циклов порошок теряет свойства и требует полной замены.