Адитивно производство
Бързото прототипиране е група от техники, използвани за бързо изработване на физически модел в мащаб, като се използват триизмерни данни от компютърно проектиране (CAD). Бързото прототипиране по същество се е превърнало в синоним на адитивното производство и 3D принтирането. То осигурява почти неограничена свобода на формите, не изисква инструментална екипировка и може да произвежда части с механични свойства, близки до тези на различни материали, изработени с традиционни производствени методи.
Съществуват множество процеси за 3D принтиране, като най-често използваните за бързо прототипиране са моделиране чрез разтопено отлагане (Fused Deposition Modelling), стереолитография (SLA) и селективно лазерно синтероване (SLS).
Моделирането чрез разтопено отлагане (FDM)
FDM 3D принтирането, известно също като производство с разтопени нишки (FFF), е метод за 3D принтиране, при който се изграждат части чрез разтопяване и екструдиране на термопластични филаменти, които дюзата на принтера полага слой след слой в работната камера.
FDM е най-широко използваната техника на 3D принтиране на потребителско ниво, подхранвана от появата на любителски 3D принтери. Професионалните FDM принтери обаче също са популярни както сред дизайнерите, така и сред инженерите.
FDM има най-ниска разделителна способност и най-ниска точност в сравнение с другите процеси за 3D печат на пластмаса и не е най-добрият вариант за 3D принтиране на сложни дизайн форми или части със сложни характеристики. По-висококачествен завършек на принтираните детайли могат да се получи чрез химически и механични процеси на полиране. Някои професионални FDM 3D принтери, като например Ultimaker и Raise3D използват водоразтворим материал за подпорите, което улеснява пост обработката или елиминира нуждата от такава спрямо функцията на принтирания детайл.
FDM 3D технологията работи с набор от стандартни термо-пластични материали, като ABS, PLA и различни техни смеси, докато по-усъвършенстваните FDM принтери като MiniFactory, Omni3D, Intamsys, Markgorged и други предлагат по-широк набор от инженерни термо-пластични материали или дори композитни материали и поли карбонати. За бързото създаване на прототипи, FDM принтерите са особено полезни за производство на опростени части и детайли, като например такива, които обикновено се обработват машинно.
Стереолитографията (SLA)
При стереолитографията, SLA 3D принтерите използват лазер за втвърдяване на течна смола чрез процес, наречен фотополимеризация. SLA е един от най-популярните процеси сред професионалистите поради високата си разделителна способност, прецизност и гъвкавост на материалите.
SLA детайлите имат най-висока разделителна способност и най-висока точност, най-ясни детайли и най-гладка повърхност от всички технологии за 3D печат на пластмаса, което прави SLA чудесен вариант за прототипи с изискване за естетичен външен вид и функционални модели, които трябва да отговарят на строги стандарти. Затова тази технология е високоефективна в бижутерията и денталната медицина и зъботехника.
Основното предимство на SLA обаче се крие в широкия избор от смоли. Formlabs, световен лидер в производството на SLA 3D принтери, създава иновативни формули на фото полимерни смоли за SLA с широк спектър от оптични, механични и термични свойства, които съответстват на тези на стандартните, инженерните и промишлените термо пласти.
При SLA 3D принтиране със смола Draft например процесът по 3D принтиране е до 10 пъти по-бърз от FDM 3D печата, съответно много ефикасен и бърз инструмент за прототипиране.
Селективното лазерно синтероване (SLS)
Селективното лазерно синтероване (SLS) е най-разпространената технология за адитивно производство за промишлени приложения, на която се доверяват инженери и производители от различни отрасли заради способността ѝ да произвежда здрави и функционални части.
SLS 3D принтерите използват високо мощен лазер, за да слеят малки частици полимерен прах. Неразтопеният прах поддържа детайла по време на 3D принтирането и елиминира необходимостта от специални поддържащи структури. Това прави SLS идеален за сложни геометрии, включително вътрешни елементи, подрези, тънки стени и елементи. Детайлите, произведени чрез SLS принтиране, имат отлични механични характеристики, като здравината им наподобява тази на инжекционно формованите детайли.
SLS 3D принтирането може да произвежда здрави, функционални модели, подобни на прототипи и инженерни прототипи за строги функционални тестове на продукти (например: въздуховоди, скоби).
Инструменти с цифрово-програмно управление (CNC)
Инструментите с цифрово-програмно управление (CNC) – за разлика от FDM, SLA или SLS – са субтрактивни производствени процеси. Те се характеризират с твърди блокове, пръти или пръчки от пластмаса, метал или други материали, които се оформят чрез отстраняване на материал чрез рязане, пробиване и шлифоване.
Инструментите с ЦПУ включват обработката с ЦПУ, при която се отстранява материал чрез въртящ се инструмент и неподвижна част (фрезоване) или въртяща се част с неподвижен инструмент (струг). Лазерните фрези използват лазер за гравиране или рязане на широк спектър от материали с висока точност. Водоструйните фрези пък използват вода, смесена с абразив, и високо налягане, за да прорязват практически всякакви материали. Фрезовите и струговите машини с ЦПУ могат да имат няколко оси, което им позволява да управляват по-сложни конструкции. Лазерните и водоструйните фрези са по-подходящи за плоски детайли.
Инструментите с ЦПУ могат да оформят части от пластмаси, меки метали, твърди метали (промишлени машини), дърво, акрил, камък, стъкло, композитни материали. В сравнение с инструментите за адитивно производство, инструментите с ЦПУ са по-сложни за настройка и работа, а някои материали и конструкции могат да изискват специални инструменти и манипулиране, позициониране и обработка, което ги прави скъпи за производството на единични части в сравнение с адитивните процеси. При бързото създаване на прототипи, частите произведени с ЦПУ са идеални за прости дизайни, структурни части, метални компоненти и други части, които не е възможно или рентабилно да се произвеждат с адитивни инструменти.