3D-печать по технологии MOVINGlight®: выгода для производств

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.