Содержание
Благодарности ........................................................................................................11
Предисловие ...........................................................................................................12
Введение ..................................................................................................................13
Часть I. Технологии и материалы 3D-печати ..................................................21
Глава 1. Введение в 3D-печать...........................................................................22
1.1. Классификация технологий 3D-печати.............................................................22
1.2. Группы материалов для печати .........................................................................24
1.2.1. Полимеры .....................................................................................................24
Термопластики ..................................................................................................25
Реактопласты .....................................................................................................25
1.2.2. Металл...........................................................................................................26
1.2.3. Другие материалы........................................................................................26
Глава 2. Экструзия материала – FFF..................................................................28
2.1. Технологии экструзии материала......................................................................28
2.1.1. Производство методом плавления нити (FFF)...........................................28
2.2. Характеристики принтера..................................................................................28
2.2.1. Параметры принтера...................................................................................28
2.2.2. Искривление.................................................................................................30
2.2.3. Межслойная адгезия ....................................................................................31
2.2.4. Поддержки....................................................................................................32
Растворимые поддержки ..................................................................................33
2.2.5. Заполнение ...................................................................................................34
2.3. Точная размерность............................................................................................34
2.4. Материалы...........................................................................................................35
2.5. Постобработка.....................................................................................................37
2.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................38
2.7. Промышленная и настольная FFF-печать .........................................................39
2.8. Типичные области применения.........................................................................41
Шаблоны для литья по выплавляемым моделям............................................41
Корпусы для электроники.................................................................................42
Тестирование формы и соответствия ..............................................................43
Монтажные и установочные приспособления ................................................43
2.9. Новые разработки...............................................................................................44
2.9.1. Непрерывное плавление нити – Markforged ..............................................44
2.9.2. Металлическая FFF-печать – Metal X от Markforged и Desktop
Metal DM Studio......................................................................................................45
2.9.3. Интеграция электронных схем – Voxel8 DK ...............................................46
6  Содержание
Глава 3. Полимеризация в ванночке – SLA/DLP............................................49
3.1. Технологии полимеризации в ванночке ...........................................................49
3.1.1. Стереолитография (SLA)..............................................................................49
3.1.2. Цифровая светодиодная проекция (DLP)...................................................50
3.1.3. SLA против DLP ............................................................................................51
3.2. Характеристики принтера..................................................................................51
3.2.1. Параметры принтера...................................................................................51
3.2.2. Снизу вверх и сверху вниз...........................................................................52
Снизу вверх........................................................................................................53
Сверху вниз........................................................................................................55
3.2.3. Структуры поддержки .................................................................................58
3.3. Точность размеров ..............................................................................................58
3.4. Материалы...........................................................................................................58
3.5. Постобработка.....................................................................................................59
3.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................61
3.7. Промышленная и настольная печать полимеризацией в ванночке................61
3.8. Распространенные области применения ..........................................................63
Прототипы для промышленного литья ...........................................................63
Ювелирное дело (литье по выплавляемой модели)........................................63
Стоматологическое применение......................................................................63
Слуховые аппараты ...........................................................................................64
3.9. Новые разработки...............................................................................................64
3.9.1. Непрерывная световая проекция – Carbon ................................................65
Глава 4. Плавка порошков (полимеры) – SLS.................................................66
4.1. Технологии плавки порошков............................................................................66
4.1.1. Выборочное лазерное спекание (SLS).........................................................66
4.2. Характеристики принтера..................................................................................68
4.2.1. Параметры принтера...................................................................................68
4.2.2. Наполнение лотков ......................................................................................68
4.2.3. Адгезия слоев ...............................................................................................69
4.3. Точность размеров ..............................................................................................71
4.4. Материалы...........................................................................................................71
4.5. Постобработка.....................................................................................................72
4.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................73
4.7. Распространенные области применения ..........................................................75
Функциональные детали ..................................................................................75
Мелкосерийное производство изделий...........................................................75
Сложные каналы (с полым профилем) ............................................................76
4.8. Новые разработки...............................................................................................76
4.8.1. Мультиструйная плавка – HP ......................................................................76
4.8.2. Настольные SLS-принтеры – Shareboot SnowWhite, Sintarec,
Sinterit и Formlabs Fuse 1.......................................................................................77
Глава 5. Струйная 3D-печать – струйная 3D-печать, DOD...........................79
5.1. Технологии струйной 3D-печати .......................................................................79
5.1.1. Струйная 3D-печать.....................................................................................79
Содержание  7
5.1.2. Подача по требованию.................................................................................80
5.2. Характеристики принтера..................................................................................81
5.2.1. Параметры принтера...................................................................................81
5.2.2. Поддержки....................................................................................................82
5.2.3. Матовая и глянцевая печать........................................................................83
5.3. Точность размеров ..............................................................................................85
5.4. Материалы...........................................................................................................85
5.5. Постобработка.....................................................................................................86
5.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................88
5.7. Распространенные области применения ..........................................................89
Цветные визуальные прототипы .....................................................................89
Модели для медицины......................................................................................89
Прототипы для литья по выплавляемым моделям.........................................89
Мелкосерийное литье по выплавляемым моделям........................................89
5.8. Новые разработки...............................................................................................91
5.8.1. Струйная 3D-печать наночастицами – XJet ...............................................91
Глава 6. Струйная печать связующим веществом .........................................92
6.1. Технологии струйной печати связующим веществом .....................................92
6.1.1. Струйная печать связующим веществом – песок......................................92
Полноцветные модели ......................................................................................93
Песчаные стержни и формы для отливки........................................................94
6.1.2. Струйная печать связующим веществом – металл....................................94
Пропитывание ...................................................................................................95
Сплавление ........................................................................................................95
6.2. Характеристики принтера..................................................................................95
6.2.1. Параметры принтера...................................................................................95
6.2.2. Прочность изделий ......................................................................................96
6.2.3. Заполнение лотка для порошка ..................................................................96
6.3. Точность размеров ..............................................................................................96
6.4. Материалы...........................................................................................................97
6.5. Постобработка.....................................................................................................97
6.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................99
6.7. Распространенные области применения ..........................................................99
Полноцветные модели ......................................................................................99
Литье в песчаные формы..................................................................................99
Функциональные металлические изделия....................................................100
Глава 7. Плавка порошков (металлы) – DMLS/SLM, EBM...........................102
7.1. Технологии плавки порошков ..........................................................................102
7.1.1. DMLS/SLM....................................................................................................102
7.1.2. EBM..............................................................................................................104
7.2. Характеристики принтера................................................................................104
7.2.1. Параметры принтера .................................................................................104
7.2.2. Поддержки ..................................................................................................105
7.2.3. Качество поверхности................................................................................105
7.3. Точность размеров ............................................................................................106
7.4. Материалы .........................................................................................................106
8  Содержание
7.5. Постобработка ...................................................................................................107
7.6. Преимущества и ограничения..........................................................................109
Плавка металлических порошков и струйная печать связующим
веществом........................................................................................................110
7.7. Распространенные области применения.........................................................110
Стоматологическое применение....................................................................110
Медицинское применение .............................................................................110
Аэрокосмическая и автомобильная области применения...........................111
Глава 8. Инструменты для принятия решений.............................................112
8.1. Сводная таблица технологий ...........................................................................112
Часть II. Проектирование для 3D-печати ......................................................116
Глава 9. Общие особенности проектирования для 3D-печати................117
9.1. Толщина слоя.....................................................................................................117
9.2. Стягивание и искривление...............................................................................119
9.2.1. Температура ...............................................................................................119
9.2.2. Облучение...................................................................................................119
9.2.3. Предупреждение стягивания и искривления ..........................................119
9.3. Структуры поддержек.......................................................................................120
9.4. Скругления ........................................................................................................121
Глава 10. Описание элементов, изготовленных с помощью
3D-печати...............................................................................................................122
Глава 11. Проектирование для FFF-печати...................................................125
11.1. Структуры поддержек и направление изделия.............................................125
11.1.1. Основы FFF-поддержек............................................................................126
11.1.2. Типы FFF-поддержек ...............................................................................128
11.1.3. Перемычки ...............................................................................................130
11.2. Анизотрофность..............................................................................................131
11.3. Заполнение ......................................................................................................132
11.4. Отверстия ........................................................................................................134
11.5. Сводная таблица проектирования для FFF-печати ......................................136
Глава 12. Проектирование для SLA/DLP-печати.........................................138
12.1. Структуры поддержек и направление изделий ............................................138
12.1.1. Структуры поддержек для принтеров, печатающих сверху вниз.........139
12.2. Полые секции ..................................................................................................141
12.3. Сводная таблица проектирования для SLA/DLP-печати..............................142
Глава 13. Проектирование для SLS-печати...................................................144
13.1. Стягивание и искривление.............................................................................144
13.1.1. Направление изделия ..............................................................................144
13.1.2. Уменьшение массы изделия....................................................................145
13.2. Избыточное спекание.....................................................................................145
13.3. Удаление порошка...........................................................................................147
Содержание  9
13.3.1. Полые секции ...........................................................................................147
13.3.2. Глухие отверстия ......................................................................................147
13.3.3. Подвижные детали...................................................................................148
13.4. Сравнение с литьем под давлением ..............................................................149
13.5. Ступенчатая поверхность...............................................................................149
13.6. Проектные элементы при SLS-печати...........................................................151
Глава 14. Проектирование для струйной 3D-печати..................................153
14.1. Поддерживающие структуры и направление изделия.................................153
14.2. Полноцветная печать......................................................................................154
14.3. Комбинирование материалов ........................................................................155
Смешанный лоток ...........................................................................................155
Цифровые материалы .....................................................................................155
Смешанные изделия .......................................................................................156
14.3.1. Проектирование из множества материалов ..........................................156
14.4. Проектные элементы в струйной 3D-печати................................................158
Глава 15. Проектирование для печати связующим веществом..............160
15.1. Связующее вещество ......................................................................................160
15.2. Сырое состояние .............................................................................................161
15.3. Полноцветные отпечатки...............................................................................162
15.4. Пропитка и сплавление ..................................................................................164
15.4.1. Стойки.......................................................................................................164
15.5. Проектные элементы печати связующим веществом..................................165
Глава 16. Проектирование для DMLS/SLM-печати.....................................167
16.1. Поддержки и направление изделий ..............................................................167
16.2. Полые секции ..................................................................................................169
16.3. Подложка .........................................................................................................169
16.4. Оболочка и наполнение..................................................................................170
16.5. Типичные параметры проектирования ........................................................171
16.5.1. Каналы ......................................................................................................171
16.5.2. Скругления................................................................................................171
16.5.3. Объем печати............................................................................................172
16.6. Таблица проектных элементов металлической печати ...............................173
Глава 17. Сводная таблица правил проектирования ..................................175
Часть III. Применение технологий 3D-печати ..............................................177
Глава 18. Инструменты для создания 3D-проектов ...................................178
18.1. CAD-проектирование......................................................................................178
18.1.1. Объемное моделирование.......................................................................178
18.1.2. Поверхностное моделирование ..............................................................179
18.1.3. Скульптурное моделирование ................................................................180
18.1.4. CAD-проектирование...............................................................................181
18.2. Топологическая оптимизация........................................................................182
18.2.1. Параметры топологической оптимизации ............................................182
10  Содержание
18.2.2. Преимущества и ограничения ................................................................184
18.3. Обратное проектирование .............................................................................184
18.3.1. 3D-сканирование .....................................................................................184
Лазерное сканирование ..................................................................................185
КТ-сканирование.............................................................................................185
18.3.2. Физическое измерение............................................................................185
КИМ ..................................................................................................................186
Ручное измерение ...........................................................................................187
18.3.3. Сводная таблица.......................................................................................187
Глава 19. Применение технологий FFF-печати............................................188
19.1. Монтажные и установочные приспособления..............................................188
Практический пример – собственность Volkswagen и Ultimaker .................188
19.2. Конкурентоспособное мелкосерийное производство посредством FFF.....189
Практический пример – собственность Peak Additive ..................................189
Глава 20. Применение технологий SLA/DPL-печати ..................................194
20.1. Точные, индивидуальные хирургические стоматологические шаблоны ...194
Практический пример – собственность Formlabs .........................................194
20.2. Слуховые аппараты – самое успешное применение технологии
3D-печати.................................................................................................................196
Практический пример – собственность EnvisionTEC....................................196
Глава 21. Применение технологий SLS-печати............................................199
21.1. Оригинальная панорамная камера ...............................................................199
Практический пример – собственность Kohlhaussen Camera ......................199
21.2. Аксессуар для велосипеда, который должен иметь каждый........................200
Практический пример – собственность Rehook............................................200
Глава 22. Применение технологий струйной 3D-печати...........................204
22.1. Обучение следующего поколения докторов .................................................204
Практический пример – собственность Марка Тайена
из Технологического университета Эйндховена...........................................204
22.2. Киборги становятся реальностью со струйной 3D-печатью........................207
Практический пример – собственность Виталия Булгарова из Factor 31....207
Глава 23. Применение технологий печати связующим веществом .......210
23.1. Литье в песчаные формы позволяет производить устаревшие изделия ....210
Практический пример – собственность ExOne .............................................210
Глава 24. Применение технологий DMLS/SLM-печати .............................213
24.1. 3D-печать объединяет 100 деталей антенны в одну.....................................213
Практический пример – собственность Concept Laser и Optisys LLC...........213
24.2. Оптимизация для кронштейна подвески гоночной машины .....................215
Практический пример – собственность Томаса ван де Хаута из Formula
Student Team TU Delft, Нидерланды...............................................................215
Предметный указатель.......................................................................................217