Сферы применения

Автомобильная промышленность

Автопром является одной из отраслей, где возможно широкое применение технологии 3D‑печати. На каждой стадии процесса это является инструментом для проверки, уточнения любых дизайнерских решений от концепт-кара до детального проектирования, что позволяет как можно ближе приблизиться к реальному объекту.

Функциональное тестирование

В последнее время, заказчики предъявляют все больший спрос на прототипы, которые можно испытывать в той же реальной обстановке, как и серийное изделие. Это может быть измерение различных характеристик прототипа в жидкостях, продувка в аэродинамической трубе, измерение других специфических характеристик нового продукта. Обобщать здесь практически невозможно, так как на каждом предприятии свои требования к функциональным качествам новых разработок. 3D‑принтеры часто удачно закрывает потребности многих компаний в получении прототипов для этих целей благодаря широкому спектру материалов и отличному качеству прототипов. Используя прототипы, выращенные на трехмерных принтерах и смежные технологии, такие как литье в силиконовые формы и литье по выплавляемым моделям, возможно получение малых серий с механическими параметрами, близкими к конечному изделию.

Проверка собираемости

Благодаря превосходному качеству построения моделей, прототипы, выращенные на 3D‑принтерах очень удобно использовать для проверки собираемости новых изделий. Держа в руках этот прототип, вы всегда можете быть уверены, что проблемы с собираемостью могут происходить только из-за ошибок при разработке, так как вы получаете прямую точную копию электронной модели из программы 3D‑CAD. Несмотря на наличие во многих программах функции проверки собираемости на электронной модели, в реальной жизни этого часто недостаточно. Часть деталей в изделии может проектироваться в другой программе, или даже на другом предприятии. Так же опытные образцы часто изготавливают по обходным технологиям, и конструктор не может быть уверен в полном соответствии такого прототипа конечному изделию. Тогда как имея в руках модель, выращенную на 3D‑принтере, можно быть уверенным в нахождении и устранении большинства ошибок при разработке до запуска нового изделия в серию.

Изготовление оснастки

Прямое изготовление оснастки на 3D‑принтерах — это метод, позволяющий резко ускорить получение форм для отливок тестовых образцов. В этом случае на принтере выращивается не мастер-модель, повторяющая конечное изделие, а форма для ее отливки. В простейших случаях форма в программах 3D CAD может быть разработана по готовой модели буквально за несколько минут. Эти формы затем используются, например, в технологии инжекционного литья под низким давлением (RIM) для литья пластиков, в технологии литья по выплавляемым — для создания восковок. При необходимости в эти формы можно заливать двухкомпонентные силиконы для получения прототипов изделия из резиноподобных или силиконовых эластомеров. Например, изготовление прототипа прорезиненной клавиатуры для разрабатываемого прибора с помощью этой технологии займет всего несколько часов и будет заметно дешевле, чем любой другой вариант. Из дополнительного оборудования для литья силиконовых прототипов требуется только вакуумно-сушильный шкаф. В процессе заливки силикон легко окрашивается, поэтому прототип может быть практически любого цвета.

Производство конечных изделий

Одно из существенных преимуществ, которое привнесли в нашу жизнь технологии трехмерной печати — это возможность изготавливать конечные изделия напрямую без использования дополнительной оснастки. Такой способ изготовления конечных изделий получил название прямого цифрового производства (Direct Digital Manufacturing — DDM). Детали печатаются непосредственно из 3D‑приложений путем отправки на 3D‑принтер 3D CAD данных. Технология FDM использует термопластики промышленного уровня, которые по своим свойствам приближаются к материалам, применяемым в реальном производстве. Выбор термопластиков весьма широк (как по свойствам материалов, так и по цвету), именно по этим причинам технология FDM, и 3D‑принтеры семейства Fortus наилучшим образом подходят для решения задач DDM. Промышленные установки Stratasys Fortus получают наиболее надежные и устойчивые детали с высокой повторяемостью. Точность изготовления деталей при прямой печати конкурирует с точностью получаемой методом инжекционного литья. Все это дает возможность производителям сказать «Да» широким возможностям прямой цифровой печати, открывающимся для мелкосерийного производства и оптимизации и автоматизации производственных процессов. Используя метод прямой цифровой печати, конструкторы и инженеры могут получать изделия сложной геометрии с внутренними полостями и отрицательными наклонами элементов. Традиционные инструментальные ограничения не действуют в мире DDM. Теперь правила устанавливаете Вы.

Литье в силиконовые формы под вакуумом

В последнее время эта технология приобретает все большую популярность. При необходимости получения малой серии отливок из пластиков часто нерентабельно изготавливать металлическую пресс-форму, не говоря уже о том, сколько это обычно занимает времени. Поэтому опытные образцы издеий, которые в серийном производстве изготавливаются из термопластиков, часто получают путем литья полиуретановых смол в силиконовые формы под вакуумом. Ключевые преимущества этой технологии — это малые затраты времени и умеренная стоимость. Достаточно широкий выбор полиуретановых смол, как правило позволяет подобрать материал, близкий по своим физико-механическим свойствам к термопластикам. Трехмерные принтеры очень хорошо подходят для создания мастер-моделей, по которым затем изготавливаются силиконовые формы. Благодаря гладким поверхностям и точности изготовления мастер-моделей конечные отливки обладают высоким качеством. Так же необходимо отметить простоту процесса и возможность изготавливать силиконовые формы с минимальным количеством дополнительного оборудования — необходимо иметь только вакуумный шкаф и миксер для заливки полиуретановых смол.

Прецизионное литье металлов

Для получения отливок из металла при изготовлении малых серий или опытных образцов успешно используются формы, напечатанные на 3D‑принтере. В эти формы заливается литьевой воск, затем восковки используются для изготовления керамических форм в процессе литья по выплавляемым моделям. Это достаточно экономичная технология для малых серий, так как форма, выращенная на трехмерном принтере, может быть использована много раз для получения восковок. В то же время это хорошо апробированная, известная технология, с успехом использующаяся на многих предприятиях. Восковки, получаемые по формам, выращенным на 3D‑принтере отличаются высоким качеством, вместе с тем нет необходимости что то менять в самой технологии литья метала, предприятия могут использовать стандартное, уже имеющиеся оборудование для литья.

Литье в землю

Это классическая, хорошо известная технология литья металлов. От литья по выплавляемым она отличается несколько меньшей точностью, но зато она значительно дешевле. Обычно эта технология используется при необходимости получения довольно крупных отливок как из цветных металлов, так и из черных. 3D‑принтер позволяет быстро и с отличным качеством получить модель для формовки в песке и комплект вкладышей при необходимости их использования. После покрытия краской, предохраняющей поверхность от царапин, модель можно использовать для формовки до нескольких десятков раз без ухудшения качества отливки. Как правило, одной мастер-модели, выращенной на 3D‑принтере, вполне хватает для получения малой серии отливок.

Инжекционное литье низкого давления

Инжекционное литье низкого давления — это относительно новая технология в области изготовления малых серий и опытных образцов. Как и в случае литья в силиконовые формы под вакуумом, отливки получаются из двухкомпонентных полиуретановых смол. Широкий ассортимент смол и отвердителей позволяет получать отливки с физико-механическими свойствами, близкими к термопластикам. Отличительной особенностью этой технологии является короткое время отверждения отливки, поэтому вакуумный шкаф для дегазации не используется. При изготовлении форм для литья непосредственно на 3D‑принтере резко сокращается время получения отливок (не требуется делать силиконовую форму) и не требуется никакое дополнительное оборудование, кроме миксера для заливки формы под давлением. При этом качество изготовления форм на 3D‑принтере настолько высоко, что сами формы обычно не требуют ручной доводки.

Формовка под вакуумом

При создании упаковки из листового ПВХ, повторяющей рельеф самого изделия, изготавливать долговечную форму для формовки под вакуумом, часто нет времени или просто нерентабельно. Особенно это актуально для небольших заказов. 3D‑принтер позволяет решить эту проблему очень быстро и с умеренными затратами. Имея на руках компьютерную трехмерную модель изделия, в программе моделирования легко добавить каналы для воздуха. Трехмерный принтер позволяет вырастить форму с каналами всего за несколько часов. После этого ее можно использовать на вакуум-формовочной машине. Ключевым моментом здесь является точность и качество поверхности формы, обеспечиваемое 3D‑принтерами.

Потребительские товары

Быстрое создание макетов оригинальной формы. Цветные прототипы упаковки и посуды с использованием фирменного дизайна и маркировки. Готовые модели в кратчайшие сроки могут быть протестированы на покупателях.

Промышленные товары

В этой области 3D‑печать используется для создания прототипов будущих изделий. Технология позволяет провести визуальный осмотр, протестировать функциональные особенности. Получая значительную экономию финансовых средств и времени.

Искусство

В искусстве 3D‑печать также нашла свое широкое применение. Художники, дизайнеры и скульпторы могут воплотить свои самые необычные идеи в совершенно реальные объекты. Используя их для демонстрационного показа или как предварительный этап перед доработкой конечного изделия. Появилась разработка уникальных игрушек и сувениров со сложной текстурой, формой и размером. Большой шаг сделан в ювелирной промышленности, теперь восковые прототипы изделий печатают на 3D‑принтере по компьютерной модели.

Архитектура

Успешный старт любого проекта во многом зависит от качественной и точно детализированной демонстрации архитектурного макета. Технологии 3D‑печати изменяют традиционное дизайнерское мышление, что позволяет архитекторам создавать удивительные конструкции, которые могут быть напечатаны только на 3D‑принтере. Теперь вы легко и быстро производите точные детализированные модели, которые дают ощущение пространства и представления. Печатать можно в разных технологиях и из разных материалов, в цвете или монохромно для дальнейшего окрашивания, все зависит от требований и необходимой детализации будущего макета. Также можно использовать комбинированное макетирование — 3D‑печать с ручной классической технологией макетирования.

Медицина

3D‑принтер используют во всех областях медицины. Он позволяет воссоздать функциональную модель органа человека для подготовки специалистов. Провести протезирование пациента в стоматологии. 3D‑печать позволяет создавать отдельные детали или корпуса медицинского оборудования, которые могут служить как конечное изделие для использования или мастер-модель для дальнейшего литья.

Шестеренки и другие пластмассовые детали в промышленном оборудовании

Сегодня шестерни из пластмасс все активнее вытесняют металлические аналоги из промышленного оборудования и бытовых устройств, где они применялись десятилетиями. Современные шестерни из капролона (полиамид 6) и нейлона используются в редукторах электромоторов и в конструкциях силовых установок автомобилей, а так же в сотнях узлов и агрегатов оборудования практически для всех отраслей промышленности. Высокотехнологичные пластмассовые шестерни бесшумны и прочны, обеспечивают высокую контактную плотность зубьев, практически не изнашиваются, химически устойчивы, способны амортизировать удары, снижая аварийность производственных процессов.

Пластмассовые детали в бытовой технике

Практически во всей бытовой технике с подвижными элементами, применены пластмассовые детали и шестерни: пылесосы, электро-бритвы, фотоаппараты, принтеры, многочисленная кухонная техника и многое другое.

Моделизм

Широкое применение пластмассовых изделий так же распространено в профессиональном моделизме. Рулевые тяги, рычаги подвески, корпуса дифференциалов, колесные диски, и многие декоративные элементы. Печать данных деталей на 3D‑принтере более экономически целесообразна, нежели покупка их в модельных магазинах по заоблачным ценам. К тому же, есть возможность что то менять, добавлять в детали, или воплощать в реальность свои идеи и фантазии.

Визуализация или концептуальное моделирование

Концептуальное моделирование позволяет небольшим проектным и инженерным фирмам расширять сферу своей деятельности путем проверки большего количества идей, с последующим выбором и разработкой только верных проектов. Для больших компаний концептуальное моделирование внутри департаментов или даже в индивидуальных кабинетах — это способ оттачивать свои идеи, перед тем как представлять их руководству. Концептуальные модели, напечатанные на 3D‑принтере это ценный инструмент передачи идей коллегам, заказчикам и маркетологам таким способом, который никак невозможен при помощи компьютерной модели. Технология Stratasys FDM позволяет получать доступные и надежные концептуальные модели из термопластиков промышленного уровня. Офисные 3D‑принтеры, использующие технологию FDM, получают небольшие модели за несколько часов, а большие модели за несколько дней. Концептуальные FDM-модели при желании можно сверлить, шлифовать или красить. Технология 3D‑печати PolyJet позволяет получать наиболее реалистичные модели среди всех технологий 3D‑печати. Вы можете использовать сразу несколько материалов в одной процессе построения для того, чтобы создавать модели, которые выглядят и ощущаются как конечные продукты, с мелкими деталями, гладкими поверхностями, жесткими корпусами, мягкими кнопками, с надписями, эластичными уплотнениями и даже прозрачными компонентами.

Модели в архитектуре

Вследствие того, что 3D‑печать архитектурных моделей ведет к экономии времени на этапе проектирования, ниша группы пользователей, использующих 3D‑печать в архитектуре, растет. Важно знать сильные стороны и ограничения технологий FDM и Polyjet для различных архитектурных приложений. 3D‑печать архитектурных моделей обеспечивает возможность уменьшить число шагов, сократить время разработки, при сохранении мелких деталей конечного архитектурного плана. Компьютерное моделирование используется в инжиниринге и архитектуре уже давно. Однако, визуализация зданий традиционно делалась с использованием моделей в масштабе из дерева или пенополистирола. Это позволяло архитекторам видеть, как располагались здания в пространстве, и в случае обнаружения проблем они бы могли быть исправлены. Теперь 3D‑печать сочетает точность компьютерного моделирования и осязаемость моделей в масштабе. Это приложение требует понимания концепции и этапов разработки архитектурного проекта, видения масштаба, пропорций, пространства, формы и структуры. 3D‑печать с использованием технологии Pplyjet или FDM наилучшим образом подходит для архитектурных моделей при следующих условиях:

• конструкция имеет тонкие стенки и внутренние полости;
• вероятны изменения в конструкции в будущем.

Технологии PolyJet и FDM предлагают архитекторам следующие преимущества:

• уменьшение времени разработки на 50‑80%;
• уменьшение стоимости на 40–75%;
• стабильность модели во времени, исключение искажений.

Контуры применения — PolyJet и FDM в архитектуре

При помощи технологий PolyJet и FDM можно получать архитектурные модели высокого качества и детализации. В силу простоты и удобства использования моделей, а также их невысокой стоимости дизайнеры могут печатать модели на всех стадиях проектирования. Материалы, используемые в обеих технологиях пригодны для последующей финишной обработки с целью доводки модели. Модель, изготовленная на 3D‑принтере, может включать несколько связанных секций для простоты внутренней визуализации. Большие модели также можно разбивать на маленькие части либо для демонстрационных целей, либо для печати моделей размер, которых превышает размер рабочей камеры 3D‑принтера. Эти модели могут позже быть склеены вместе при помощи различных клеев и растворителей таким образом, что полная модель выглядит так, как будто ее напечатали за один раз.

Пример использования FDM‑технологии в архитектуре

Компания 3D Reprographics изготавливает архитектурные модели для своих заказчиков. Заказчики должны видеть модель этаж за этажом, таким образом, им нужна конструкция, которая может разделяться и стыковаться. Пока модели используются только для отображения, многие из них имеют тонкие стенки, так что вопрос надежности всегда стоит остро. Традиционное моделирование требует навыков и опыта соединения каждой стенки и детали в определенных местах. Кроме того, традиционные модели имеют тенденцию перекашиваться с течением времени. Stratasys предложила провести испытание, чтобы увидеть, как можно использовать технологию FDM в сравнении с текущим процессом моделирования. 3D Reprographics построила модели с толщиной стенки около 1 мм, а также обнаружила, что двухмиллиметровая стенка обеспечивает требуемые прочность и свойства. Технология FDM очень хорошо подошла для изготовления прочных и точных презентационных моделей. Кроме увеличения надежности тонких стенок технология FDM позволяла строить каждую модель за одно задание, исключая необходимость трудоемкого соединения. FDM модели легко окрашиваются и не коробятся с течением времени.

Проверка на эргономичность

Правильная эргономичная конструкция существенна для предотвращения травм и увеличения производительности. Модели, полученные на 3D‑принтере, позволяют точно проверить эргономичность изделия в процессе разработки. Использование технологии PolyJet для проверки на эргономичность Грубые, неточные модели имеют небольшую ценность для проверки при реальном использовании конечного продукта, поскольку физические свойства существенно влияют на эргономичность. Для надежного тестирования эргономичности необходима модель максимально приближенная к изделию по физическим свойствам. Технология PolyJet решает сложную задачу тестирования на эргономичность при помощи широкого выбора материалов с разнообразными физическими свойствами. Фотополимеры могут хорошо воспроизводить физические свойства эластичных материалов, которые критичны для эргономичности, а также жестких материалов, которые хорошо подходят для моделирования каркасных элементов конструкции. Используя технологию Connex, конструкторы могут создавать реалистичные модели, которые копируют физические свойства, каждой индивидуальной части изделия. Материалы могут быть точно подобраны во время нескольких итераций испытания, что позволяет оптимизировать эргономичность изделия до запуска в производство.

Маркетинг и графический дизайн

Обзор Напечатанные на 3D‑принтере концептуальные модели это сильный маркетинговый инструмент. Представьте себе показ целевой группе заинтересованных лиц модели нового продукта, которая почти не отличается от реального продукта, накануне его запуска. Они могут видеть его, подержать его в руках и рассмотреть под любым углом зрения. 3D‑печать Stratasys позволяет получать высококачественные модели изделия за несколько часов или дней без необходимости отдавать ваши новейшие разработки за пределы компании. Маркетинговые модели, напечатанные при помощи технологии PolyJet Модели, напечатанные при помощи технологии PolyJet, могут содержать несколько материалов, в том числе эластичных, жестких и прозрачных. Такие модели могут быть удобны для использования в целях графического дизайна и маркетинга, внутреннего обсуждения, показа прототипа целевым группам. Реалистичные прототипы позволят вам заранее разрабатывать маркетинговые материалы или дизайн упаковки.3D‑принтер с технологией PolyJet печатает настолько достоверно, и близко к реальности, что можно создать точные и четко детализированные прототипы на самой ранней стадии процесса разработки продукта. Точные модели позволяют разрабатывать и выпускать маркетинговые материалы и разрабатывать упаковку изделий еще до начала производства без дорогостоящего создания макетов. Технология PolyJet создает очень точные 3D‑модели изделий, в том числе имеющих мелкие детали и гладкие поверхности. Материалы на акриловой основе можно окрашивать и покрывать металлом, что делает модели действительно неотличимыми от конечного продукта. Эти модели можно фотографировать и использовать фотографии в маркетинговых материалах, которые описывают преимущества, особенности и характеристики продукции. Возможность разработки маркетинговых материалов и упаковки одновременно с разработкой конечной продукции еще до начала реального производства позволяет сократить общее вывода продукта на рынок. Маркетинговые модели, напечатанные при помощи технологии FDM Модели, построенные при помощи технологии FDM, можно шлифовать, красить, хромировать и, таким образом, достигать соответствия по внешнему виду с новым продуктом. Технология FDM использует промышленные термопластики, что придает модели долговечность и ощущение конечного продукта. Визуализация или концептуальное моделирование — это одно из наиболее распространенных применений для любого трехмерного принтера. Возможность быстро и легко перейти от модели в 3D‑CAD к прототипу, который можно держать в руках, переоценить сложно. 3D‑принтеры Stratasys великолепно подходят для задач визуализации. 3D‑принтеры строят модели с гладкими поверхностями и с отличной передачей мелких деталей, что важно для получения прототипов в самых разных отраслях. Большим преимуществом является возможность использования одним принтером различных материалов — в линейке присутствуют полупрозрачные материалы, твердые матовые материалы, уникальная линия эластичных материалов и новый полипропилено-подобный материал линейки Duros. Материалы, из которых принтер может строить модели, отличаются не только цветом, но и механическими свойствами. Для задач концептуального моделирования идеально подходят модели линейки Connex. Эти принтеры используют при печати два любых материала как базовые, на основе которых строятся композитные материалы с промежуточными свойствами. Это позволяет строить модели, состоящие из нескольких материалов сразу. При необходимости модели, выращенные на принтерах, можно легко клеить и окрашивать в любые цвета. Это позволяет получать прототипы, неотличимые от конечных изделий не только по виду, но и «наощупь». Для получения прототипов изделий из метала возможно покрытие выращенных на принтерах моделей никелем или хромом методом гальваностегии. Покрытие металлом позволяет увеличить прочность и обеспечивает превосходный внешний вид моделей. Для прототипирования светотехнических изделий модели могут быть легко окрашены в объеме.