3 Марта 2017
Автор и должность
Алла Аспидова, Виктория Нестерова
Издание
Вектор высоких технологий №1(30) 2017
Посмотреть в формате pdf

Аддитивные технологии сегодня уверенно завоёвывают место в производственном процессе. 3D-принтер давно перестал быть игрушкой в руках энтузиастов-экспериментаторов и превратился в средство производства или, как минимум, в технологическое звено. Например, GE успешно использует металлическую 3D-печать в производстве газотурбинных двигателей и в будущем может стать одним из самых крупных поставщиков оборудования для металлической 3D-печати в мире.

В России уже активно проводятся работы по стандартизации и регламентации использования 3D-принтеров на производстве на государственном уровне. Если еще 10 лет назад в России 3D-принтеры использовались только на некоторых закрытых предприятиях, то в течение ближайших 10 лет мы вполне можем увидеть изменение привычных циклов и принципов производства за счёт внедрения аддитивных технологий в промышленных масштабах. Благодаря созданию новых материалов даже давно известные технологии, такие как стереолитография (SLA) или наплавка пластиковой нити (FDM), получают второе дыхание и новые, ранее неопробованные, применения в производственном процессе.

ООО «Остек-СМТ» предлагает не просто решения для 3D-печати на производстве, но и проводит собственные исследовательские работы, позволяющие выгодно применять уже существующие технологии для решения сложнейших задач. В статье мы поделимся с вами новым взглядом на стереолитографию или 3D-печать светоотверждаемым фотополимером — расскажем о технологии MOVINGlight®.

О технологии MOVINGlight®, её преимуществах и особенностях напечатанных изделий

3D-печать началась с технологии стереолитографии. Она появилась в 80-х годах XX века в США, применялась также и в СССР. Всё довольно просто: построение модели происходит в баке с жидким фотополимером, изделие в программном обеспечении виртуально разбивается на слои, а ультрафиолетовый лазер, установленный сверху, засвечивает фотополимер по форме каждого слоя. В 2010-х годах технологию модернизировали: в технологии MOVINGlight® вместо медленного лазера используется быстрый ультрафиолетовый проектор, который, перемещаясь, позволяет производить первоклассные изделия до десяти раз быстрее, чем по первоначальной технологии SLA. Кроме того, спектр применяемых материалов расширили от высокотемпературных пластиков до оксидной (технической) и биокерамики (РИС.1). Результат печати по технологии MOVINGlight® —точные пластиковые и керамические изделия с очень высоким качеством поверхности: Ra 0,5 — 5 мкм. В данной технологии достижима точность до 0,1 % от линейных габаритов изделия, а аппаратное разрешение такого 3D-принтера позволяет печатать 605×605×1016 DPI (разрешение порядка 40 мкм).

Габариты печатающей зоны позволяют применять технологию MOVINGlight® для печати как небольших, так и крупных изделий с максимальными габаритами до 800 × 330 × 400 мм. Сама технология предусматривает большое разнообразие применяемых материалов, а значит и многофункциональность принтера. Многообразие материалов позволяет внедрять эффективные решения для послойного аддитивного наращивания во многих областях, включая биомедицину и промышленность Таблица 1.

Применение технологии MOVINGlight®: инжекционное литьё, вакуумная формовка, литьё в силикон

Перечисленные в Таблице 1 характеристики делают технологию MOVINGlight® идеальной не только для печати высокоточных прототипов (РИС.2), но и для создания промышленной оснастки, а в некоторых случаях и конечных изделий.

Далее мы рассмотрим примеры применения технологии MOVINGlight® в таких областях, как печать пластиком, литье и 3D-MID.

Уже сейчас напечатанные по технологии MOVINGlight® прототипы используют как мастер-модели для литья в силикон, но наиболее интересным с точки зрения производства оснастки будет применение, связанное с прямой 3D-печатью пластиковых пресс-форм для инжекционного литья пластиков, а также для вакуумной формовки. Для данных задач применяется температуростойкий материал PLASTCure Rigid 10500 с добавлением керамического порошка. Формы из керамонаполненного пластика PLASTCure Rigid 10500 выдерживают температуры в зависимости от геометрии отливаемой детали и геометрии охлаждающих каналов. Теплостойкость на изгиб при 0,46 MПa ASTM D648 у этого материала составляет 132 °C, однако после закалки можно получить теплостойкость на изгиб при 0,46 MПa ASTM D648 порядка 260 °C.

Для проверки возможности технологии MOVINGlight® в производстве пресс-форм под мелкосерийное инжекционное литье производитель 3D-принтеров, компания Prodways, провела эксперимент по использованию напечатанных пластиковых пресс-форм на производстве. Из материала PLASTCure Rigid 10500 была напечатана двухкомпонентная пресс-форма для инжекционного литья пластиков с учетом особенностей 3D-печати. Задача эксперимента — изготовление не менее 250 отливок из полипропилена и полиформальдегида и не менее 30 отливок из стеклонаполненного полиамида. Размеры деталей — малые и средние, в экспериментах использовались инжекционные машины на 50-100 тонн.

В результате эксперимента удалось получить заданное количество отливок, он признан успешным (РИС.3).

Далее эксперимент расширили, были проведены испытания по литью более широкого круга пластиков.

В результате получено несколько сотен отливок из полипропилена (PP), полиэтилена (PE), полистирола (PS), АБС-пластика (ABS), термопластичных эластомеров (TPE), полиформальдегида (POM), сплава поликарбоната и АБС-пластика (PC+ABS) и полиамида (PA). Несколько десятков отливок возможно сделать из стеклонаполненного полиамида (PA+GF), стеклонаполненного полиформальдегида (POM+GF) и стеклонаполненного поликарбоната (PC+GF).

Преимущества технологии MOVINGlight® в том, что опытную партию пластиковых отливок можно произвести очень быстро с минимальными финансовыми и временными затратами на производство оснастки. Пресс-форма проектируется в САПР и просто печатается на 3D-принтере. В итоге опытное производство можно сократить с нескольких месяцев до одной недели при качестве изделий, аналогичном отливкам в алюминиевые пресс-формы.

Технология MOVINGlight® в сочетании с керамонаполненным пластиком PLASTCure Rigid 10500 позволяет печатать надежную оснастку для вакуумной формовки ограниченной серии изделий либо опытной партии. Преимущества здесь аналогичны, пример использования технологии MOVINGlight® для вакуумной формовки приведен на РИС.4.

Кроме того, возможность печатать сетчатые внутренние структуры оснастки для формовки позволяет равномернее вакуумировать её, что, в свою очередь, дает возможность добиться более плотного прилегания разогретого листа материала и, следовательно, получить изделие более высокого качества.

Такая оснастка изготавливается порядка двух дней и может быть использована для диапазона от 10 до 100 формовок.

Остек-СМТ провел собственные опытные работы по применению технологии 3D-печати MOVINGlight® в создании трехмерных схем на пластиках (3D-MID). Трехмерные системы на пластиках состоят из литых термопластиковых оснований с интегрированной системой соединений. Изделия на пластиках позволяют упростить конструкцию, сократить количество сборочных единиц и вес изделий, повысить их надежность. Они обеспечивают огромный технический и экономический потенциал и являются более экологичными по сравнению с обычными печатными платами, однако они их не заменяют, а скорее дополняют. Ключевыми для 3D-MID-технологии являются рынки автомобильной электроники и телекоммуникаций. Помимо них, 3D-MID также подходит для компьютеров, бытовой техники и медицинских технологий.

Между макетированием и серийным производством есть несколько этапов создания прототипов. Изначально создание прототипов для единичного или мелкосерийного производства было либо невозможно, либо дорого. Именно на этом этапе технология MOVINGlight® позволила Остек-СМТ добиться максимальной эффективности.

За счёт высокой температуростойкости материала PLASTCure Rigid 10500, а также его приемлемых показателей диэлектрической проницаемости технологию MOVINGlight® можно использовать для печати прототипов изделий с трехмерными схемами (РИС.5). Пластиковые основания для изделий 3D-MID были напечатаны на принтере из материала PLASTCure Rigid 10500, в то время как трехмерная схема была нанесена на основание с помощью технологии аэрозольной печати проводящим материалом AJP (aerosol jet printing), в нашем случае — серебряным аэрозолем. На РИС.6 показан пример прототипа корпуса с нанесенной на него рабочей Wi-Fi-антенной, произведенной в производственном центре Остек-СМТ с применением технологии 3D-печати MOVINGlight® и технологии AJP для нанесения на пластиковую подложку трехмерной схемы. Таким образом, MOVINGlight® позволяет создавать штучные инновационные изделия и прототипы изделий 3D-MID, а именно — пластиковые температуростойкие подложки, что, в свою очередь, открывает небывалые возможности для радиоэлектронной индустрии.

Технология MOVINGlight® стала достойным обновлением давно проверенной и надежной технологии SLA. За счет высоких характеристик новые материалы позволяют использовать 3D-принтер не только для производства высокоточных прототипов из пластиков для конструкторского бюро, но и удовлетворять потребности производства в оперативной и высококачественной оснастке для литья пластиков и вакуумной формовки, недорогих пресс-форм для мелкосерийного инжекционного литья пластиков. За счет высокого качества материалов и низкой шероховатости поверхности теперь возможно создавать инновационные изделия 3D-MID для радиоэлектронных производств, например, антенны на корпусах приборов различной формы и сложности. С технологией MOVINGlight® 3D-печать стала быстрой, качественной и максимально полезной на производстве.

Материалы о технологии MOVINGlight® опубликованы с разрешения компании Prodways.

Получить подробную консультацию, а также записаться на демонстрацию 3D-принтеров, работающих по технологии MOVINGlight®, можно у специалистов ООО «Остек-СМТ» по тел. +7 (495) 788-44-44, e-mail: 3d@ostec-group.ru.


Таблица 1. Характеристики материалов, применяемых в технологии MOVINGlight®

PLASTCure Model 100*

PLASTCure Model 300*

PLASTCure Clear 100*

PLASTCure Clear 200*

Внешний вид

Непрозрачный материал бежевого цвета

Красноватый непрозрачный материал бежевого цвета

Прозрачный материал

Прозрачный материал

Плотность жидкости (г/см3)

1,113

1,105

1,113

1,103

Вязкость при 28°С (сП)

600 — 700

300 — 400

600 — 700

500 — 600

Твердость (по Шору по шкале D)

85 —90

85-90

80-85

85-90

Прочность на растяжение (МПа) А5ТМ D638

н/д

Н/д

Н/д

Н/д

Удлинение на разрыв (%) ASTM D638

н/д

н/д

н/д

н/д

Модуль упругости на растяжение (МПа) ASTM D638

н/д

Н/д

н/д

Н/д

Остаточная зольность

Неприменимо

Неприменимо

Неприменимо

Неприменимо

Предел прочности на изгиб (МПа) ASTM D790-10

75 — 85

110 — 120

80-90

110 — 120

Модуль упругости на изгиб (МПа) ASTM D790-10

1900 — 2100

2300 — 2500

2000 — 2200

2400 — 2600

Ударная вязкость по Изоду (Дж/м) ASTM D256A

н/д

Н/д

Н/д

Н/д

Теплостойкость на изгиб при 0,46 МПа (°С) ASTM D648

н/д

н/д

н/д

н/д

Технические характеристики

  • Простое построение деталей
  • Высокая точность изготовления компонентов.
  • Качественный внешний вид    
  • Высокая технологичность

  • Высокая точность и отличная разрешающая способность
  • Возможность изготавливать изделия с острыми краями и высоким уровнем детализации
  • Высокая прочность неспеченного материала и хорошие механические свойства

  • Ультра прозрачный материал
  • Конечные изделия биосовместимы Удовлетворяет критериям по раздражению, сенсибилизации и цитотоксичности для биологической оценки медицинских изделий (DIN ISO 10993)
  • Можно подвергать стерилизации паром в течение продолжительного времени (> 15 мин.)

  • Ультра прозрачный материал

Примеры стандартного применения

  • Изготовление всего спектра моделей зубного ряда от пломбирования до ортодонтического лечения

  • Изготовление всего спектра моделей зубного ряда от пломбирования до ортодонтического лечения

  • Широкий спектр медицинского применения, например, хирургические шаблоны или модели

  • Широкий спектр применения в областях, где требуются прозрачные материалы, например, хирургические шаблоны или модели

Изготовитель

Dreve

Prodways

Dreve

Prodways

PLASTCure Cast 100*

PLASTCure Cast 200*

PLASTCure Rigid 10 500*

PLASTCure ABS 3650*

PLASTCure ABS 2800*

Внешний вид

Полупрозрачный материал красного цвета

Полупрозрачный материал оранжевого цвета

Непрозрачный материал цвета слоновой кости

Прозрачный материал

Материал белого цвета

Плотность жидкости (г/см3)

1,095

1,114

1,595

1,109

1,109

Вязкость при 28°С (сП)

100 — 200

250 — 300

650 — 750

100 — 200

140 — 150

Твердость

(по Шору по шкале D)

80-85

85-90

90-95

85-90

85-90

Прочность на растяжение (МПа) АSТМ D638

40 — 50

н/д

68

53

55 — 60

Удлинение на разрыв (%) АSТМ D638

3-4

Н/д

1 −2

9

3-5

Модуль упругости на растяжение (МПа) АSТМ D638

2300 — 2500

Н/д

10000- 11000

2600 — 3650

2700 — 3000

Остаточная зольность

<0,1%

<0,1%

Неприменимо

Неприменимо

Неприменимо

Предел прочности на изгиб (МПа) АSТМ D790-10

90- 100

65 — 75

100 — 140

90- 100

100 — 110

Модуль упругости на изгиб (МПа) ASTM D790-10

2300 — 2500

1600 — 2000

8000 — 10000

2000 — 2200

2600 — 3000

Ударная вязкость по Изоду (Дж/м) ASTM D256A

н/д

н/д

17

20

н/д

Теплостойкость на изгиб при 0,46 МПа (°С) ASTM D648

н/д

Н/д

132

96

Н/д

Технические

характеристики

  • Высокая реакционная способность и низкая вязкость    
  • Высокая прочность не спеченного материала, отличная стабильность геометрических размеров
  • Отличные качества для выжигания и низкое содержание остаточного вещества
  • Можно размещать непосредственно при температуре 800 °С

  • Хорошая реакционная способность и низкая вязкость
  • Высокая точность
  • Возможность изготавливать детали с острыми краями
  • Превосходные качества для выжигания с зольностью практически равной нулю

  • Отличное детальное разрешение и качество боковых стенок
  • Простота обработки
  • Улучшенные термомеханические свойства

  • Хорошая химическая стойкость
  • Высокая прозрачность
  • Быстрая адаптация материала к широкому спектру строительных условий
  • Ручная обработка не требуется

  • Хорошая химическая стойкость
  • Высокая прозрачность
  • Быстрая адаптация материала к широкому спектру строительных условий
  • Ручная обработка не требуется

Примеры стандартного применения

Отвечает высоким требованиям, предъявляемым к цифровому моделированию

Отлично подходит для прямого литья по выплавляемым моделям или применения в стоматологии

Подходит для изготовления деталей, требующих тепловой устойчивости, высокой точности и быстрого цикла обработки. Идеально подходит для изделий, испытываемых в аэродинамической трубе и используемых в уникальных областях применения, подвергаемых скоростной механической обработке или высокотемпературным испытаниям, используемых в качестве трубок для прокладки электропроводки и кожухов в автомобильной промышленности

Идеально подходит для применения в медицине, электронной, аэрокосмической и автомобильной областях промышленности, в которых требуются изделия с низкотемпературной вулканизацией, прочные концептуальные модели, высокая точность, а также изделия, устойчивые к воздействию влаги и температуры

Идеально подходит для применения в медицине, электронной, аэрокосмической и автомобильной областях промышленности, в которых требуются изделия с низкотемпературной вулканизацией, прочные концептуальные модели, высокая точность, а также изделия, устойчивые к воздействию влаги и температуры

Изготовитель

Dreve

Prodways

DSM Somos

DSM Somos

DSM Somos