Ako ste ikada donijeli prototip dizajneru ili inženjeru, oni će vam reći istu stvar: dio koji izgleda sjajno na CAD zaslonu dobar je onoliko koliko je dobar njegov materijal. Kao pružatelj usluga brze izrade prototipova, iz prve sam ruke vidio kako odabir pogrešnog materijala može pretvoriti naizgled savršen dizajn u neuspjeh tijekom testiranja—bilo da se radi o plastičnom nosaču koji pukne pod malim opterećenjem, dijelu medicinskog uređaja koji se ne može sterilizirati ili metalnoj komponenti koja korodira prije nego uopće stigne do faze prototipa. Brza izrada prototipova nije samo brzo pretvaranje digitalne datoteke u fizički objekt; radi se o usklađivanju svakog materijala s vašim specifičnim potrebama: funkcija, završna obrada, trajnost i proračun. Tijekom godina radio sam s startupima, automobilskim timovima i razvojnim programerima medicinskih uređaja, a danas želim raščlaniti materijale koje koristimo u našim najčešćim procesima i zašto je svaki važan za vaš projekt.
Počnimo s procesom koji je dugo bio zlatni standard za glatke prototipove s visokim detaljima: stereolitografija (SLA). SLA koristi laser za stvrdnjavanje tekuće fotopolimerne smole sloj po sloj, a njegova svestranost u materijalima i završnoj obradi čini ga idealnim za sve, od arhitektonskih modela do koncepata dizajna proizvoda. Jedan od najpopularnijih SLA materijala je smola opće namjene, dovoljno čvrsta za funkcionalno testiranje, ali dovoljno glatka da oponaša površinu konačnog proizvoda. Ali za projekte koji trebaju transparentnost - poput poklopca zaslona, prototipa objektiva ili komponente vodenog ventila - ništa nije bolje od SLA Transparent Resin. Ovaj je materijal posebno formuliran za minimalnu zamagljenost i jednoliku propusnost svjetla, što ga čini idealnim kada se o jasnoći vida ne može raspravljati. Ako želite istražiti SLA mogućnosti za svoj projekt, možete saznati više na našoj stranici za SLA 3D tiskane dijelove.
Osim općih i prozirnih smola, SLA nudi niz specijaliziranih smola za posebne potrebe. Na primjer, visokotemperaturna SLA smola može izdržati toplinu do 150°C, savršena za dijelove prototipa koji će se testirati u okruženjima s visokom toplinom poput odjeljaka motora automobila ili grijaćih elemenata uređaja. Fleksibilna SLA smola, u međuvremenu, oponaša gumu ili mekanu plastiku, što je čini odličnom za brtve, kućišta telefona ili ručke koje se trebaju savijati i savijati bez lomljenja. Ono što najviše volim kod SLA materijala je to što vam omogućuju ponavljanje malih, detaljnih dijelova bez ugrožavanja točnosti—nešto što je nemoguće s procesima niže razlučivosti.
Slijedi proces koji mijenja igru za prototipove proizvodne razine: Multijet Fusion (MJF). Multijet Fusion vrsta je varijante selektivnog laserskog sinteriranja (SLS) koja koristi sredstvo za taljenje i infracrvenu lampu za sinteriranje najlonskog praha sloj po sloj, a njegovi materijali dizajnirani su i za izradu prototipova i za proizvodnju malih količina. Primarni materijal za MJF je poliamid 12 (PA12), čvrsta, lagana plastika s izvrsnom otpornošću na udarce i dimenzijskom stabilnošću. Za razliku od mnogih SLA smola, PA12 ne zahtijeva potporne strukture, što znači da možete ispisivati složene geometrije—kao što su udubljenja, rešetke ili unutarnji kanali—bez glavobolja nakon naknadne obrade. To MJF čini idealnim za funkcionalne dijelove koji moraju izdržati višekratnu upotrebu, poput sklopova zupčanika, robotskih komponenti ili prilagođenih šablona i učvršćenja. PA12 je također dostupan u nekoliko razreda: ispunjen staklenim kuglicama za povećanu krutost ili s UV stabilizacijom za vanjsku upotrebu, što je rijetka značajka u plastičnim materijalima za izradu prototipova. Ako razmišljate o Multijet Fusionu za svoj sljedeći projekt, imamo posebnu stranicu za Multijet Fusion Printing koja detaljnije pokriva specifikacije materijala i slučajeve upotrebe.
Ono što MJF izdvaja od ostalih plastičnih procesa je njegova sposobnost proizvodnje dijelova s dosljednim mehaničkim svojstvima u cijelosti, čak iu velikim konstrukcijama. Za razliku od FDM dijelova, koji mogu imati linije slojeva koje oslabljuju dio duž Z-osi, MJF-sinterirani PA12 je izotropan—što znači da je njegova čvrstoća ista u svim smjerovima. To je promjena u igri za funkcionalno testiranje, jer se dio ponaša gotovo identično kao završni proizvodni dio. Nedavno sam radio s poduzećem za medicinske uređaje koje je koristilo MJF za ispis 50 testnih dijelova za ručku kirurškog alata; prianjanje i otpornost na udarce materijala PA12 omogućuju im testiranje ergonomije i izdržljivosti u stvarnim uvjetima, što im skraćuje rokove razvoja za šest tjedana u usporedbi sa SLA.
Prelazak na metalnu brzu izradu prototipova, što je ključno za industrije poput zrakoplovne, automobilske i medicinske, kojima su potrebni metalni dijelovi sa stvarnim mehaničkim svojstvima. Metalni proces koji se najčešće koristi u našem pogonu je selektivno lasersko taljenje (SLM), koje koristi laser velike snage za taljenje finog metalnog praha u čvrste, guste dijelove sloj po sloj. SLM-ov primarni materijal je nehrđajući čelik 316L, legura otporna na koroziju koja je standardna za medicinske implantate, industrijske ventile i opremu za preradu hrane. Snažan je, biokompatibilan i može se polirati ili strojno obraditi do visoke kvalitete. Također radimo s aluminijem (AlSi10Mg), laganom legurom savršenom za zrakoplovne i automobilske komponente gdje je težina prioritet, i titanom (Ti6Al4V), drugim biokompatibilnim materijalom koji se koristi za ortopedske implantate i zrakoplovne dijelove visokih performansi.
Jedna uobičajena zabluda o SLM metalnim dijelovima je da su previše porozni ili slabi za funkcionalno ispitivanje. To ne vrijedi za naš SLM proces: naši dijelovi imaju gustoću od preko 99%, što odgovara ili premašuje svojstva tradicionalno obrađenog metala. To znači da možete testirati otpornost na zamor, kapacitet nosivosti i korozijsko ponašanje baš kao što biste to učinili s završnim proizvodnim dijelom. Na primjer, došao nam je kupac iz poljoprivredne industrije koji je trebao metalni nosač za hidraulički sustav traktora; upotrijebili su SLM metalni ispis za prototip dijela, testirali ga pod velikim opterećenjem i napravili prilagodbe dizajna prije prelaska na punu proizvodnju, što ih je spasilo od bacanja desetaka tisuća dolara na alate za pogrešan dizajn. Ako istražujete izradu metalnih prototipova, naša stranica SLM Metal Printing sadrži sve pojedinosti o specifikacijama materijala, tolerancijama i rokovima isporuke.
Sada, za projekte koji su ograničeni proračunom i ne trebaju svojstva visokog detalja ili izotropije, Fused Deposition Modeling (FDM) je izbor. FDM radi ekstrudiranjem termoplastične niti kroz grijanu mlaznicu, postavljajući slojeve za izradu dijela. Najčešći FDM materijal je PLA (Polylactic Acid), biorazgradiva plastika napravljena od kukuruznog škroba ili šećerne trske. PLA je jednostavan za ispis, ima malo savijanja i dolazi u širokom rasponu boja, što ga čini savršenim za konceptualne modele, arhitektonske prototipove i dijelove zaslona koji ne zahtijevaju teška funkcionalna testiranja. Ali PLA ima svoja ograničenja: nije otporan na toplinu (počinje omekšavati oko 60°C) i nije tako čvrst kao druga plastika poput ABS-a ili najlona. Zato je FDM idealan za iteracije dizajna u ranoj fazi kada samo trebate provjeriti oblik i prilagodbu, a ne punu funkcionalnost.
Čekaj, ali PLA nije samo za osnovne koncepte. Naša ponuda PLA FDM uključuje modificirane PLA kvalitete koje dodaju snagu ili otpornost na toplinu. Na primjer, PLA ojačan ugljičnim vlaknima ima veću vlačnu čvrstoću i krutost od standardnog PLA, što ga čini dobrim za funkcionalne dijelove koji nisu nosivi kao što su nosači ili kućišta. Također je dimenzionalno stabilniji, pa se neće toliko iskriviti tijekom ispisa. Još jedan FDM materijal koji koristimo je ABS (akrilonitril butadien stiren), koji je čvršći od PLA, otporan na toplinu do 95°C i može se brusiti ili zaglađivati acetonom za bolju završnu obradu. ABS je izvrstan za funkcionalne prototipove koji moraju izdržati udarce, poput igračaka, unutarnjih dijelova automobila ili alata. Uvijek govorim kupcima da je FDM najbolje koristiti kao prvi korak u procesu izrade prototipova, za brzo ponavljanje dizajna, zatim prelazak na SLA, MJF ili SLM za konačno funkcionalno testiranje.
Dakle, kako odabrati pravi materijal za svoj projekt? Sve se svodi na tri ključna čimbenika: što testirate (forma, pristajanje, funkcija ili estetika), za što će se dio koristiti (okruženje, opterećenje, potrebe za sterilizacijom) te vaš proračun i vremenski raspored. Ako niste sigurni, to je potpuno normalno—većinu vremena radimo s klijentima na testiranju nekoliko materijala prije nego što se odlučimo za pravi. Na primjer, startup s kojim smo surađivali prošle godine želio je prilagođeno elektroničko kućište: prvo su upotrijebili PLA FDM za ponavljanje oblika, zatim su se prebacili na SLA opću smolu kako bi dobili glatku površinu za bojanje i markiranje, zatim su proveli završno funkcionalno testiranje s ABS FDM kako bi bili sigurni da kućište može izdržati padove i promjene temperature.
Jednu stvar koju uvijek naglašavam jest da u brzoj izradi prototipova nema materijala koji odgovara svima. Materijal koji je savršen za prototip nakita (poput SLA smole s visokim detaljima) neće odgovarati za nosivu industrijsku komponentu, a metalni SLM dio bio bi pretjeran za koncept proizvoda za jednokratnu upotrebu. Zato je neprocjenjivo imati partnera koji razumije prednosti i nedostatke svakog materijala—vidjeli smo kako kupci uzalud troše tisuće dolara odabirom pogrešnog materijala, bilo da se radi o upotrebi SLA smole koja se lomi pod opterećenjem ili metalnog dijela koji je pretežak za njihov dizajn.
Na kraju dana, usluge brze izrade prototipova postoje kako bi se vaše ideje pretvorile u opipljive dijelove koji se mogu testirati, a materijal je temelj toga. Bilo da trebate SLA dijelove s visokim detaljima za dizajn proizvoda, čvrsti MJF najlon za funkcionalno testiranje, gusti SLM metal za industrijske komponente ili ekonomičan PLA FDM za rane koncepte, imamo stručnost da vam pomognemo da napravite pravi izbor. Ako ste spremni započeti svoj sljedeći projekt izrade prototipa ili samo imate pitanja o materijalima, naš tim je tu da vam pomogne u svakom koraku. Obratite nam se da porazgovaramo o vašim potrebama i dobijemo prilagođenu ponudu za vaš projekt.
Reference:
- Gibson, I., Rosen, DW i Stucker, B. (2015.). Tehnologije aditivne proizvodnje: 3D ispis, brza izrada prototipova i izravna digitalna proizvodnja. Springer.
- Kalpakjian, S. i Schmid, SR (2020). Proizvodni procesi za inženjerske materijale (7. izdanje). Pearson.
- Pham, DT i Gault, RS (1998). Usporedba tehnologija brze izrade prototipova. Međunarodni časopis za alatne strojeve i proizvodnju, 38(10-11), 1257-1287.
- ASTM International. (2021). Standardni vodič za procjenu mehaničkih svojstava polimernih dijelova aditivne proizvodnje. ASTM F2924-21.