מבוא: The Role of 3D Printing in Engineering Model fabrication

מחזור העיצוב הנדסי מסתמך רבות על בדיקות ואימות של מודלים פיזיים המיוצרים באמצעות ייצור תוספים המאפשרים למהנדסים להעריך צורה, התאמה ותפקוד ארוך לפני ביצוע כלי יקר או פועל הייצור.בין טכנולוגיות ההדפסה התלת מימדיות רבות זמין, Fuse Deposition Modeling (FDM) ו Stereolithography (SLA) מייצגים שתי גישות שונות ביסודן, כל אחת עם כוחות נפרדים ופעולות סחר-offs.

FDM, שיטת ההדפסה התלת-מאומץ ביותר של שולחן העבודה 3D, extrudes thermoplastic filaments שכבת על ידי שכבה. זה מוערך עלות הכניסה הנמוכה שלה, מבחר חומרי רחב, ונכסים מכניים חזקים. SLA, טכנולוגיה ישנה יותר, משתמשת אור אולטרה סגול כדי לרפא photopolymer resin נוזלי לתוך שכבות מוצקות, השגת רזולוציית גבוהה מאוד משטחים חלקה.

In-Depth Technology Review

מודל FDM (FDM)

מדפסת FDM עובדת על ידי האכלה של חומר תרמופלסטי באמצעות nozzle מחומם.ה nozzle נע ב X ו- Y גרזןs, הפיק חומר על פלטפורמת בנייה.לאחר כל שכבה הושלמה, פלטפורמת הבנייה מורידה (או ראש ההדפסה עולה) על ידי עלייה מדויקת, והשכבה הבאה מופקדת על גבי.

מרכיבי המפתח של מערכת FDM כוללים את ה- filament spool, extruder ההרכבה (סוף קר וסוף חם), מיטה מחוממת, מערכת בקרת תנועה טווח חומצה פולילאקטית סטנדרטית (PLA) ו- acrylonile Butadile butadiene styrene (ABS) כדי לפתח תרמופלסטיקה מתקדמת כגון פולימאט (PC), ניילון, פוליקליקט, תכונות של חומצה פוליטריאלית (Ker) ואפקטים מגנטית) מאפשר התאמה מגנטית של פחמן-פחרית (Ficialericial) ו-Fericials) מאפשר התאמה מגנטית (Derdialrin-Ferto-Ferto-Fericialerto-Fericerto-Fericialericialericialericericericials) מאפשר התאמה מגנטית, תכונות), ומאפשרת, תכונות מכנית (Derto מגנטית, תכונות מכנית, מגנטית מגנטית מגנטית, תכונות מכנית מגנטית, מגנטית, מגנטית מגנטית, מגנטית, תכונות פחמן-Fericials) לטמפרטורה מגנטית, תכונות פחמן-Ferto מגנטית

חלקי FDM מוצגים אנטרופיה טבועה: הקשר בין שכבות חלש יותר מאשר בתוך שכבה, כך דפוסים אוריינטציה ו infill יש לשקול במהלך עיצוב. עובי שכבת בדרך כלל נע בין 0.1 מ"מ ל 0.4 מ"מ. שכבות דקנר לשפר את פני השטח אבל להגדיל את זמן ההדפסה.

Stereolithography (SLA)

SLA שייך למשפחה של תהליכי פוטו-פרימיזציה של הפרט. A לייזר קרן אור דיגיטלית בגרסאות DLP) מרפאה באופן סלקטיבי את רזין הנוזל על ידי בידוד תגובה פולימריזציה.פלטפורמת הבנייה שקועה בהיבט של שרף וגדלה כמו כל שכבה הושלמה.

SLA resins נועדו עבור תכונות ביצועים ספציפיים: רסטין סטנדרטי עבור מודלים למטרות כלליות, חזרות קשות עבור אבטיפוס פונקציונלי, רסטין גמיש עבור חלקי גומי, צניחה מצוקה השקעות אבודה-ונקס, ו resture-tempture resins עבור בדיקות תרמיות.הרכב כימי של השרף קובע לא רק את המאפיינים מכניים של חלק הסופי, אלא גם טיפול שלה (דרישות רעילות, .

ההחלטה של SLA היא גבוהה יותר FDM, עם דיוק X-Y טיפוסי של ±0.05 מ"מ או יותר. סיומי פני השטח הם חלק ויכולים להיות משופרים יותר עם חול או ללטש. כי תהליך הריפוי הוא איזוטרופי, חלקי SLA מציגים תכונות מכניות אחידות בכל הכיוונים.עם זאת, רז יותר מאשר פיש, ואת הטיפול והצורך של שיקולים לא רצויים סביבתיים ובטיחות.

ניתוח השוואתי של תכונות מפתח

החלטה ודמוקרטיה

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מהירות מהירות

מהירות הדפסה מושפעת מגאומטריה חלקית, גובה שכבתי, ו- FDM בדרך כלל בונה חלקים מהר יותר עבור מודלים גדולים, נמוך-resolution כי זה יכול להפקיד חומר במהירות.מהירות של SLA תלויה מהירות סריקה לייזר ואת האזור של כל שכבה; יותר חדרי צלב גדולים לקחת יותר כי לייזר חייב לרפא את האזור כולו. עבור חלקים קטנים רבים, SLA יכול להיות מהיר יותר כי לייזר לא צריך מרחק ארוך; מערכת ההפעלה של זמן רב יותר, כולל חלקי חילוף-ה, כולל גם כן, כולל טיפול יעיל יותר, כולל CDLA דורש גם שטח יעיל יותר.

תכונות וריאציות

(FLT:0)FDMigFLT:1 מציע מגוון עצום של thermoplastics עם תכונות מכניות מלוטשות היטב.מהנדסים יכולים לבחור חומרים עם צמיגים ספציפיים, עוצמות גמישות, התנגדות להבה, או יציבות UV. לדוגמה, פוליקרבונט מספקת השפעה גבוהה, בעוד ניילון מציעה עמידות טובה.

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Surface End and Post-Processing

היתרון הטבוע של SLA באיכות פני השטח לא ניתן overstated. Parts לצאת מהמדפסה עם מראה חלק, כמעט מוקרן להזרקה.קווים שכבה כמעט בלתי נראים.עבור מודלים הנדסיים המיועדים למצגות חזותיות, בדיקות אווירודינמיקה, או הפגנות לקוחות, SLA היא הבחירה המועדפת. Post-מעבד הוא מינימלי: העברה עשויה לעזוב ננובים קטנים, אשר ניתן לחול, וניתן לצייר חלקים יכולים להיות מסולקים או חלקי צלחת.

חלקי FDM, לעומת זאת, יש קווי שכבת גלויים שעשויים לדרוש חול נרחב, מילוי, vapor חלקה (עבור ABS באמצעות acetone), או ציפוי epoxy כדי להשיג סיום דומה. בעוד השלבים שלאחר עיבוד הם אפשריים, הם מוסיפים זמן ועלויות עבודה. עבור חלקי אבטיפוס אשר ישמשו רק פנימי או כתבניות עבור ליהוק, את פני השטח המחוספס של FDM לעתים קרובות מקובל.

עלויות הבעלות

עלות המדפסת הראשונית: מדפסות שולחן העבודה של FDM מתחילות מתחת ל-500 דולר ומודלים מקצועיים נעים בין 2,000 ל-10,000 דולר ל- 10,000 דולר ל-SLA, כאשר מדפסת שולחן העבודה של SLA נדרשת גם כ-2,000 דולר ומערכות מקצועיות יכולות לעלות על 10,000 דולר, אך עלויות התחזוקה של FDMC נמוכות יותר, אך עלויות ה-FDF נמוכות יותר ל-FD8D נמוך יותר, אך הן בעלות נמוכה יותר של שפכים (אשר מכילה פחות מ- 50 דולר) ו-160 דולר ל- 50 דולר ל-D) ועלויות נמוכות יותר.

ביצועים מכניים ו Anisotropy

אחד הגורמים הקריטיים ביותר עבור מודלים הנדסיים הוא כוח מכני.חלקי FDM סובלים מחולשה בין שכבות - הקשר בין שכבות אינו חזק כמו הכוח הגדול של החומר.האנוטרופיה ניתן להפחית על ידי אופטימיזציה הדפסה ושימוש ב-100% חומרים infirele, אבל זה נשאר הגבלה. Tensile בדיקות מראה כי חלקי FDM מודפסים זקוף (עם שכבות pericular to the) עלול להיכשל פחות מאשר חלקי חומצה כימית (D) באופן טבעי, אך למעשה, עם חומרים סטנדרטיים על ידי חומצה גבוהה יותר.

יישום-Specific Guidance for Engineering Models

בחירת בין FDM ו- SLA תלויה במטרה של המודל בתוך זרימת העבודה ההנדסית. להלן הם תרחישים נפוצים וטכנולוגיה המומלצת.

מודלים ועיצוב

מודלים קונספט בשלב מוקדם משמשים כדי לתקשר צורה וסקאלה.מהירות ועלות הם מכריע. FDM הוא ברירת המחדל כי זה מאפשר סיבוב מהיר בעלות נמוכה. הדפסת PLA פשוטה יכול להיות מיוצר גם כן, אבל יכול להיות overkill אלא אם כן העיצוב יש עודף פרטים כי FDM לא יכול ללכוד.

Prototypes ו- Fit Testing

עבור חלקים שחייבים לצלם, גמישים, או להחזיק עומס, תכונות חומריות חומר.FDM עם צנרת הנדסית (ABS, PC, ניילון) יכול לייצר אבטיפוס חזק לעמוד בטיפול. SLA resins קשיח יכול לדמות חלקים ממותקים אך עשוי להיות יותר מלוטש.אם אב הטיפוס ישמש לבדיקה פונקציונלית - כגון כיס תחת עומס מתון, חי, hhing חי, או חוט מכווץ, הוא לעתים קרובות יותר מדויק.

פרופיל השקעות גבוה -Detail Investment Disphys

הליכוד האבוד דורש דפוסים עם משטחים חלקה מאוד ופרטיות משובחים. SLA resinsable נועדו במיוחד עבור תהליך זה, שריפת חינם ללא שאריות אפרים. FDM ניתן גם לשמש אבל דורש עיבוד משמעותי לאחר כדי להסיר שורות שכבתיות, אשר עשוי להיות לא מעשי עבור צורות אורגניות מורכבות.

ג'יגס, תיקונים וייצור איידס

מתקני הנדסה לעתים קרובות לייצר ג'יגס קונבנציונאלי, מדריכי קידוח, ותיקוןים.חלקים אלה זקוקים לגמישות, דיוק והתנגדות כימית (למשל, חשיפה לחיתוך נוזלים) FDM עם ABS או פוליקרבונט הוא אידיאלי בגלל עלות נמוכה ונכסים חומריים חזקים.SLA לטווח ארוך יציבות עשויה לחלחל תחת שימוש חוזר וחשיפה, אם כי רדומים קשים יכולים לעבוד עבור תיקונים קצרים.

מאסטר דפוסים לסיליקון מוליד

עבור חלקי גומי או סיליקון נמוך, תבנית מאסטר משמש כדי ליצור עובש. המאסטר חייב להיות חלק כדי להבטיח את מהדורות עובש ואת החלק הסופי יש סיום טוב. SLA מספק את איכות פני השטח הנדרשת ופרטי. מאסטרים FDM דורשים חול נרחב ועדיין יכול להראות שורות שכבתיות כי העברה לסיליקון. SLA הוא מעדיף יישום זה.

מסגרת החלטה: צד-בי-Side Checklist

מהנדסים יכולים להשתמש בקריטריונים הבאים כדי להנחות את בחירת הטכנולוגיה שלהם:

  • (ב) יש צורך בדיוק ובפרטים: 1 (ב) אם יש צורך בתכונות מתחת ל 0.3 מ"מ, בחר SLA.
  • (ב) ⁇ :0 (הדגשה המסוכנות: 1) עבור חלקים תחת עומס רציף או מחזורי, FDM עם חומרים הנדסיים הוא עמיד יותר.
  • (ב) ,0) ,Surface End: 1FLT 1 עבור אסתטיקה או אווירודינמיקה משטחים, SLA הוא עליון.
  • גודל:0 חלק: ההרחבה 1 (FDM) יכול לבנות חלקים גדולים יותר (מדפסות ממאניות יש 300 מ"מ3 בניית כרכים או יותר).
  • (ב) אם ההוצאה הון מוגבלת, התחל עם FDM. SLA שווה את ההשקעה כאשר איכות היא קריטית.
  • (FLT:0) הסמכה ממתירית: 1FLT כמה תעשיות (רפואית, אוויר) דורש חומרים עוקבים. FDM מציע סדקים מוסמכים; SLA resins פחות מוסמך.
  • (FLT:0) כמות הייצור: FLT:1 עבור אבטיפוס חד פעמי, או עובד.עבור ריצה קצרה (10–100 חלקים), FDM הוא בדרך כלל מהיר וזול יותר עבור חלק.
  • (FLT:0) עיבוד של מאמץ: FLT:1eur in Work for Support Remove, חול, ריפוי, וכו 'הפעלת פוסט-מעבדה של SLA היא יותר מעורבת (ניהול פתור, ריפוי UV).

מגמות עתידיות וגישות היברידיות מתפתחות

תעשיית ייצור התוספים אינה סטטית.חדשנות רציפה מצמצם את הפער בין FDM ו- SLA. לדוגמה, מערכות FDM תעשייתיות מציעות כיום חומרי תמיכה כהלוליים המפחיתים את תהליכי ה- לאחר עיבוד, וראשי הדפסה עתירי זמן גבוהים מאפשרים PEEK ו- PEKK הדפסה, הרחבת היישומים לתחומים תובעניים.SLA ראתה התקדמות בזרימת מהיר ובבניית פלטפורמות גדולות יותר, מה שהופך אותה ל-Facting לטכנולוגיות מורכבות, אך הן יכולות לעבודות.

מהנדסים צריכים לפקח על ההתפתחויות ב-FLT:0 (DLPigal Light processing) 1 ו-FLT:2continent נוזל ייצור ממשק ייצור (CLIP) LT:3, אשר הם וריאציות של SLA המציעות מהירויות הדפסה מהירות יותר. עבור FDM, הדפסה רב-חומרית (למשל, שילוב ליבה נוקשה עם מעטפת גמישה) פותחים אפשרויות בסיסיות בעוד שמפתחות את ה-FD2DH, להמשיך לפתח מודלים נוספים.

מסקנה

שום טכנולוגיית הדפסה תלת מימדית יחידה שולטת בכל משימות ייצור מודל הנדסה.FDM מספק שילוב לא נוח של עלות נמוכה, מגוון חומרי ונכסים מכניים חזקים, מה שהופך אותו עבודת הכפייה למודלים של מושגים, אבטיפוס פונקציונליים, וסיועי ייצור.SLA מספקת פתרון יוצא דופן, דיוק, ומשטח, מה שהופך אותו הכרחי עבור אבטיפוס מפורט, דפוסים, מודלים חזותיים, על ידי הערכת דרישות באופן שיטתי, דרישות מכניות, דרישות שיווק, אופטימיזציה נכונה, יכולות אסטרטגיות, אופטימיזציה נכונה, כלומר, כלומר, מודלים מתקדמים יותר, כלומר, מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מהנדסי סיכון, יעילות, אופטימיזציה של מודלים, כלומר, יעיל, יעילות, כלומר, אופטימיזציה נכונה, כלומר, יעיל יותר, אופטימיזציה של מודלים מתקדמים, כלומר, כלומר, אופטימיזציה נכונה, יעיל יותר, אופטימיזציה של מודלים מתקדמים, אופטימיזציה של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים מתקדמים, כדי לשפר את המעבדים, כדי לשפר את המעבדים, כדי לשפר את יעילות, כדי לשפר את