Прототипирование – это процесс 3D-печати, в ходе которого создаются качественные трехмерные макеты. Существует целый ряд технологий, которые ведутся с применением 3D-принтеров. Каждая из них имеет свои особенности.

1.  Стереолиторграфия (SLA). Эта технология предполагает использование жидкого фотополимера, куда добавляется специальный реагент. Эта смесь подвергается полимеризации под воздействием ультрафиолетового лазера. Построение слоев выполняется последовательно, при этом не обойтись без использования подвижной подложки с отверстиями. Особенность технологии в сложности: во-первых, требуется правильно подготовить фотополимер, во-вторых, полная полимеризация занимает много времени. Положительные моменты технологии в следующем:

1. Высокое разрешение печати и высокая точность.
2. Возможность печати больших по размеру моделей.
3. Механическая прочность каждой модели.
4. Минимальное количество отходов.

Из минусов можно отметить ограниченность в выборе материалов, небольшую скорость печати и невозможность создавать цветные детали.

2.  Выборочное лазерное спекание (SLS). 3D-прототипирование на основе данной технологии предполагает, что деталь создается послойно на основе порошка. Сначала материал равномерно распределяется в горизонтальной плоскости, после чего отдельные участки спекаются лазерным лучом. В качестве исходного материала целесообразно использование металла, пластика, керамики, стекла или литейного воска. Порошок наносится на поверхность рабочего стола специальным валиком. Порошок предварительно нагревается, чтобы снизить мощность лазера, который будет спекать участки детали. Большинство трехмерных моделей, полученных по технологии SLS, требует финишной отделки, например, полировки. Установки для печати таким методом дают возможность создавать большие объекты. Вариантами технологии SLS являются селективное лазерное спекание (SLM) и электронно-лучевое плавление (EBM). К преимуществам технологии относятся:

1. Возможность использования широкого спектра материалов.
2. Создание сложных трехмерных деталей.
3. Высокая скорость и качество печати.
4. Возможность создания не только прототипов, но и изделий мелкосерийного производства.

Из минусов можно отметить необходимость мощного лазера, герметичную камеру, невысокое максимальное разрешение и подготовительные работы по нагреванию порошка.

3.  Многоструйное моделирование (MJM). Принтеры для этой технологии создаются компанией 3D Systems. Быстрое прототипирование ведется по принципу обычной струйной печати: материал подается через сопла маленького диаметра, которые расположены непосредственно на печатающей головке. Расходный материал сначала нагревается до температуры плавления, затем подается в экструдер, после чего выполняется его послойное нанесение и последующее застывание. Формирование слоев выполняется горизонтально, затем вертикально смещается при переходе к следующему слою. MJM-принтеры работают на основе различных видов пластиков, фотополимеров, специального воска. Возможно и комбинирование материалов. При использовании фотополимеров потребуется отвердение детали – для этого на нее оказывается воздействие ультрафиолетом. К плюсам данной технологии можно отнести:

1. Небольшую толщину слоя детали и разрешение построения поверхности.
2. Многоцветную печать и возможность сочетания материалов.
3. Компактность принтеров.

Что касается минусов, то это, во-первых, ограниченный выбор материалов, а во-вторых, использование поддержки для деталей со сложными выступающими элементами.

4.  Ламинирование (LOM). Метод послойного склеивания пленок предполагает раскрой тонких листов материала лазерным лучом или специальным лезвием, после чего детали соединяются между собой. 3D-модели могут создаваться из различных материалов – от пластика до керамики и металла. Например, цветной принтер Mcor IRIS ведет печать на основе бумаги формата А4, которая окрашивается в определенный цвет. После печати готовые листы заносятся в 3D-принтер, где на них делается прорезь по границам конкретного изображения. Затем полученные элементы склеиваются между собой. Третий этап – это удаление отходов, которых в этой технологии немало. Преимущества печати таким способом следующие:

1. Полноцветная печать с высоким разрешением.
2. Доступность основного расходного материала бумаги.
3. Возможность создания больших моделей.
4. Отсутствие необходимости в поддерживающих опорах, если создается сложная трехмерная деталь.

Из минусов можно отметить ограниченный выбор материалов, зависимость толщины слоя от толщины используемых расходников, а также большое количество отходов и необходимость в финишной обработке деталей.

5.  Послойное наплавление (FDM). Эта технология предполагает создание трехмерных деталей послойно, при этом каждый слой предполагает нагревание расходного материала, который выдавливается через сопло с отверстием определенного диаметра. Аще всего для печати используются пластики, но возможно применение металла и даже шоколада. Данный метод прототипирования отличается невысокой скоростью работы, небольшой разрешающей способностью, проблемами с фиксацией элементов на рабочей поверхности. С другой стороны, FDM пользуется популярностью благодаря небольшой стоимости расходных материалов, что для 3D-печати очень весомое преимущество. Чаще всего для печати используется долговечный, ударопрочный, эластичный, стойкий к щелочам и другим агрессивным средам пластик ABS. Второй популярный материал – PLA: полилактид, способный разлагаться, поскольку в его основе лежит молочная кислота.
Таким образом, технологий прототипирования с применением 3D-принтера существует огромное множество, и каждая из них имеет свои особенности. В зависимости от них, а также особенностей используемых расходных материалов будет варьироваться и возможная сфера применения той или иной трехмерной детали.

---