Перспективы развития рынка 3D-печати: модернизация, скорость и новые материалы

Гендиректор ГК «АМТ» Александр МАСЛОВ отмечает, что с течением времени заводы сухих смесей начали серийно производить смеси специально для строительной 3D-печати. Как правило, это бетоны марки М300-М350. Но производятся и составы с более высокими показателями прочности на сжатие и гидрофобности – марок В40-В70. В удаленных регионах, где количество принтеров пока измеряется единицами, бетоны для печати подбираются на основе базовых технических регламентов – из местных нерудных и вяжущих материалов, затем сертифицируются и запускаются в производство ограниченными партиями, рассказывает г-н Маслов. В 2023 году ориентировочный объем только серийно произведенных в России строительных бетонов составил 2,5-3 тыс. тонн. Специализированные бетоны для печати за пределами России производятся также в США, Германии, ОАЭ и многих других странах.

Гендиректор компании 3DVision Илья ВИНОГРАДОВ согласен с коллегами, что основной дефицит материалов для 3D-печати в России сейчас приходится на специфические материалы для FDM-технологии, например различные модификации PEI, керамонаполненные фотополимеры для SLA-технологии, а также порошки для SLS-технологии. Действительно, в России только начинается производство подобных материалов и в любом случае требует компонентов иностранного производства. Но, как считает г-н Виноградов, есть и положительные моменты: например, все базовые материалы для той же FDM-технологии уже производятся в России, в наличии огромное количество металлических порошков, в том числе не имеющих аналогов в мире.

Новые материалы

Александр МАСЛОВ («АМТ») подчеркивает, что специализированные смеси разрабатываются реже и в основном под конкретные проекты. Помимо прочего, в области строительной 3D-печати растет интерес к глине, поскольку во многих регионах она является одним из основных материалов для строительства жилья. Быстро увеличивается и ассортимент материалов для заливки напечатанной опалубки, являющихся сопутствующими в аддитивной технологии. Пористые и легкие бетоны, полистиролбетоны, арболиты, бетоны с содержанием пеностекла — далеко не полный перечень материалов для аддитивного производства, активно адаптируемых для этой технологии, уточняет г-н Маслов.

Илья ВИНОГРАДОВ (3DVision») отмечает, что спрос на замену и модернизацию высоконагруженных изделий в авиационной и автомобильной промышленности подталкивает производителей порошков к разработке все большего количества аналогичных материалов для аддитивного производства. Используя разные, но похожие по своим характеристикам сплавы, производители получают неограниченные возможности по их оптимизации за счет снижения веса, добавления дополнительных каналов охлаждения и т. д., что в итоге позволяет увеличить срок службы конечных изделий и снизить эксплуатационные расходы.

Руководитель отдела маркетинга и рекламы компании «Цветной мир» Наталья МУРОМЦЕВА отмечает, что все большее внимание получают биоразлагаемые полимеры и композиты, поскольку они позволяют разрабатывать экологически безопасные и устойчивые к разложению изделия. Это особенно актуально для упаковочных материалов и в медицине. Для металлической 3D-печати разрабатываются новые сплавы, что позволяет создавать более прочные и долговечные детали. Керамические материалы также становятся более популярными в 3D-печати, особенно в области создания сложных геометрических форм. Кроме того, разрабатываются материалы с улучшенными теплоотводными свойствами, что позволяет снизить риск деформации деталей в процессе печати. Наконец, разработаны материалы, способные проводить электричество, что открывает новые возможности для печати функциональных электронных устройств. Как говорит г-жа Муромцева, это лишь несколько примеров новых материалов для 3D-печати, их разнообразие продолжает расширяться с развитием технологий и расширением научных исследований.

Модернизация и скорость

Скорость 3D-печати – один из ключевых параметров, на который обращают внимание и разработчики, и заказчики при создании и приобретении этих устройств. За счет чего удается увеличивать скорость 3D-печати сегодня? Можно ли говорить о том, что мы уперлись в некий технологический предел и есть ли он в принципе?

Александр МАСЛОВ («АМТ») напоминает, что 3D-печать абсолютно во всех отраслях, будь то печать пластиком, металлом, бетоном и т. д., — это работа принтера в определенном технологическом режиме, это температура, скорость и много других параметров. Невозможно кардинально изменить что-либо, в том числе и скорость печати. Поэтому производительность принтера увеличивают за счет времени работы: если надо напечатать дом не за четыре дня, а за два, то его необходимо нарастить вдвое, то есть добавить вторую смену.

Специалист по аддитивным технологиям в компании «Импринта» Артём БАБАКЕХЯН рассказывает, что увеличение скорости 3D-печати достигается за счет применения нескольких ключевых технологических решений. Во-первых, это электроника с высокой вычислительной мощностью. Современные 3D-принтеры используют микроконтроллеры для управления всеми аспектами печати, это позволяет оптимизировать работу 3D-принтера, управлять множеством двигателей и датчиков, а также обеспечивать точное и стабильное выполнение печатных операций. Во-вторых, это высокотоковые драйверы шаговых двигателей, которые используются для увеличения скорости перемещения печатной головки и других подвижных элементов принтера. Это сокращает время, необходимое для завершения печати. В-третьих, скорость можно увеличить за счет оптимизации и/или модернизации кинематических систем принтеров, которые способствуют более плавному и эффективному перемещению печатной головки и других осей, в том числе за счет использования более продвинутых механизмов. В-четвертых, использование экструдеров (элементов, ответственных за нанесение материала) на базе современных технических решений с более эффективными системами подачи материалов. 

Дмитрий ТРУБАШЕВСКИЙ (i3D) перечисляет способы ускорения 3D-печати: 1) увеличение количества лазеров для LB-PBF/SLS/SLA; 2) установка матриц с более высоким разрешением для LCD; 3) установка большего количества пьезоэлектрических головок для BJ; 4) улучшение механики FFF-принтеров (до 600 и более мм/сек); 5) установка ЭЛТ более высокой мощности для EB-PBF; 6) совмещение WAAM- и PAW-источников, подача двух и более проволок.

Илья ВИНОГРАДОВ (3DVision) считает, что дискуссиям по этому вопросу можно посвятить отдельную статью, так как принципы увеличения скорости 3D-печати для каждой технологии индивидуальны и нет универсального решения. Если тезисно говорить про мировые тенденции, то для FDM-технологии сейчас применяется аппаратное обновление экструдеров, а также увеличение скорости их перемещения за счет программных расчетов компенсации ускорения и вибрации вкупе со специальными, «быстрыми» материалами, которые гораздо быстрее базовых переходят в твердое состояние. Для фотополимерной печати также используются «быстрые» материалы, где полимеризация слоя происходит всего за несколько секунд, рассказывает г-н Виноградов. В свою очередь, тенденции для технологии лазерного плавления заключаются в увеличении слоя печати с полным контролем каждого слоя на отсутствие пористости. При небольшом снижении качества печатаемой поверхности можно говорить о многократном увеличении скорости, ведь в любом случае необходимые прецизионные зоны деталей всегда дорабатываются на ЧПУ-станках, заключает он.

Наталья МУРОМЦЕВА («Цветной мир») поясняет, что увеличение скорости происходит за счет целого комплекса доработок оборудования. Например, используются более легкий и производительный экструдер, алгоритм активного подавления вибраций при печати, более точные и мощные двигатели и системы перемещения печатающей головки, а также материалы с повышенной текучестью и низкой теплоемкостью для равномерного плавления. Это позволяет избежать засорения сопла и добиться безукоризненного качества изделий при печати даже на высокой скорости. Очень важны улучшенные программные решения, резюмирует г-жа Муромцева.