Содержание
- Как работает 3D-печать воском?
- Преимущества и недостатки 3D-печати воском.
- Где применяется 3D-печать воском?
- Технологии, производители и материалы.
Сам термин «3D-печать воском» несколько вводит в заблуждение, так как на самом деле его следует воспринимать как процесс, который не относится к основному 3D-производству. Проще говоря, такая 3D-печать используется не для создания конечного изделия, а в качестве этапа этого процесса. Так, например, 3D-печать воском позволяет изготавливать восковые формы, которые выступают в качестве прототипов конечных изделий. Воск используют не для создания конечного изделия, а для создания формы, которую потом просто расплавляют. Поскольку восковые формы в итоге не сохраняются и «утрачиваются», этот процесс часто относят к литью по выплавляемым моделям.
Как вы уже могли догадаться, процесс литья по выплавляемым моделям – это процесс литья, который позволяет изготавливать небольшие одинаково отлитые изделия с помощью всего нескольких этапов чистовой обработки. На протяжении уже долгих лет он ценится за точность размеров, детализацию и качество получаемой поверхности. 3D-печать воском преследует те же цели с одной лишь разницей в том, что форма печатается на 3D-принтере, а не изготавливается вручную.
Как мы уже говорили, 3D-печать воском, как правило, используется для изготовления форм для изделий из обычных и драгоценных металлов или для чего-то подобного. Преимущество воска состоит в том, что он сгорает практически полностью и не требует какой-то сложной обработки формы. Помимо специального воска для печати, для этой же цели используют также выгорающие нити и смолы. 3D-технологии позволяют печатать практически любые конструкции, а также сочетать достоинства чугунного литья со сложными формами. Итак, давайте разберем этот процесс более подробно.
Как работает 3D-печать воском?
Первым делом разрабатывается конечное изделие. Это делается с помощью специального программного обеспечения для 3D-моделирования или с помощью сканирования объектов, которые необходимо в точности воспроизвести. После чего печатается прототип из воскоподобного пластика. Для этого необходим специальный 3D-принтер для печати воском, который способен справиться с данным материалом.
Если конструкция слишком сложная, например, с выступами или перемычками, могут потребоваться печатные опоры. После печати эти опоры необходимо убрать, а модель очистить. Не исключено, что придется отшлифовать небольшие дефекты поверхности. В отличие от 3D-печати воском, в процессе привычного литья по выплавляемым моделям сама модель разрабатывается и изготавливается вручную. Остальные шаги ничем не отличаются.
После того, как восковая модель будет напечатана и обработана, оператор должен прикрепить ее и другие модели к «отливочному дереву». Оно представляет собой полый стержень с несколькими установленными на нем элементами, погружаемыми в жидкую массу. Это может быть керамика, глина или гипс. Этот материал выступает в качестве внешней оболочки и, по сути дела, формой для отливки. Модели из воска окружаются тонкими слоями материала, который впрыскивается с помощью литейных воронок, а затем высушивается или обжигается в печи.
Воск или мягкий пластик плавится, стекает или сгорает, оставляя лишь форму для конечной отливаемой детали. После чего расправленный материал помещается в детализированную полость, имеющую форму конструкции или конечного изделия. Как только он затвердеет, форму разламывают, и вот, вы держите в руках готовое изделие. В зависимости от способа применения и материала формы ее необходимо переработать в несколько этапов.
На этом рисунке продемонстрирован процесс 3D-печати воском
Преимущества и недостатки 3D-печати воском
3D-печать воском позволяет добиться высокого разрешения с точностью в ~25 мк. Но при этом на точность влияет выбранная технология 3D-печати, и ее нельзя рассматривать как стандартное значение. И хотя 3D-печать воском способна обеспечить небольшой интервал допуска для изделий, необходимо учитывать соответствующие стандарты, такие как стандарт VDG, включающий в себя рекомендации по проектированию отливок из чугуна, или соответствующие стандарты DIN ISO в отношении литья. Их выполнение может оказаться непростой задачей.
Кроме того, эта технология привлекает своим соотношением «цена-качество». 3D-печать позволяет производить прототипы и небольшие серии изделий с меньшими затратами. Эта технология также дает преимущества с точки зрения времени. Изготовление аналогичных форм на заказ и их доставка занимает от двух до двенадцати недель. 3D-печать же занимает всего несколько часов (все зависит от модели) и может быть выполнена прямо на месте производства. Тот факт, что модель можно быстро повторить, означает, что с трудностями можно справиться моментально: 3D-печать упрощает создание повторных изделий.
3D-печать воском обеспечивает свободу с точки зрения проектных решений и быструю доработку прототипов и небольших серий изделий
Эта технология также заслуживает внимания с точки зрения экологической безопасности. В процессе 3D-печати используются только те материалы, которые необходимы для модели, поэтому отходов практически не бывает. Восковые отходы либо бесследно сжигают, либо используют повторно в других сферах.
Если вы собираетесь использовать именно эту технологию, вы должны помнить о том, что она требует терпения и не подходит для изготовления больших моделей. Это непрямой метод производства, который потребует больше времени, нежели другие технологии 3D-печати, с помощью которых вы можете получить свое изделие сразу же.
Где применяется 3D-печать воском?
Если говорить о практическом применении, то существует огромное количество областей, где используется 3D-печать воском. В основном это сферы, где необходимы точность, аккуратность и детализация. Например, эта технология довольно часто используется в стоматологии для создания зубных протезов. Или вот еще один пример – медицина. Здесь с ее помощью производятся ацетабулярные чашки, выступающие в качестве имплантатов. Ацетабулярные чашки состоят из полусферической конструкции, на поверхности которой расположены сотни тонких крестовидных фиксаторов.
3D-печать воском также используется для изготовления чугунных моделей или своеобразных моделей в машиностроении. Помимо изготовления специальных форм, этот процесс также используется в области моделирования для выпуска коллекционных объектов и миниатюрных копий.
Но в первую очередь 3D-печать воском смогла доказать свою эффективность в ювелирной отрасли. Ювелиры используют восковые изделия в качестве моделей для создания форм. В результате они могут создавать прототипы и производить предсерийные изделия, а затем использовать модели для изготовления форм, которые затем наполняют драгоценными металлами для создания конечного ювелирного изделия.
Технологии, производители и материалы
Технология создания модели включает в себя несколько процессов. При использовании воскоподобной нити можно применить технологию FDM. Однако гораздо чаще используется технология SLA и струйная 3D-печать. Если говорить о стереолитографии, то для печати формы, как правило, используется воскоподобная смола. Компания 3D Systems разработала специальную технологию SLA под названием QuickCast, которая предназначена для печати моделей и форм в аэрокосмической промышленности. Помимо этого, в арсенале компании есть еще один метод 3D-печати воском - MultiJet Printing.
Еще одним крупным производителем на рынке 3D-принтеров, печатающих воском, была компания Prodways. Они представили свои собственные принтеры Solidscape, работающие по технологии Drop-on-Demand. Однако недавно компания объявила, что намерена прекратить свою деятельность в этой области. Помимо этого, для 3D-печати воском также подходит технология Binder Jetting. Например, в ассортименте компании Voxeljet есть 3D-принтер VX1000, который может печатать воском, керамикой и песком.
3D Systems предлагает несколько решений для 3D-печати воском
Так что, неудивительно, что многие производители решений для печати также предлагают и материалы для этой цели. Как мы уже говорили, воск для 3D-печати – это пластиковый материал, созданный на основе воска. В целом воски можно разделить на три категории: натуральные воски (например, пчелиный или соевый воск), минеральные воски, получаемые из горючих ископаемых (например, керосиновый или буроугольный воск) и синтетические воски (например, полиолефиновый воск для кремов или водостойкий воск). Последние используются для 3D-печати.
Если для печати изделия требуются опоры, необходимо использовать два разных типа воска. Воск для опор должен иметь более низкую температуру плавления, чтобы опоры можно было расплавить, но при этом сама модель осталась целой и невредимой. Вот несколько производителей таких восков: 3D Systems, Polymaker и Formfutura.
Изделия, напечатанные на 3D-принтере воском
Воски и 3D-печать воском занимают определенную нишу в области аддитивного производства, но они предлагают решения, которые другие технологии и материалы не могут обеспечить. 3D-печать воском особо популярна в ювелирной отрасли и прочих отраслях, где требуется создание сложных изделий и конструкций, и открывает широкий спектр возможностей.
