Многие ювелиры успешно применяют в своей работе программно-управляемые фрезерные станки, которые вытачивают восковки для литья, а некоторые аппараты — и сразу металлические детали. В этой статье мы рассмотрим 3D-печать как альтернативу и дополнение к этому процессу.

Скорость

При создании детали в единичном экземпляре, ЧПУ-фрезер выигрывает в скорости — фреза станка движется со скоростью до 2000-5000 мм/мин и там, где фрезер управится за 15 минут, принтер может печатать деталь до полутора часов, иногда даже больше.

Это справедливо, правда, лишь для простых и гладких изделий, типа обручального кольца простой формы и без рисунка, которые не требуют высокого качества поверхности, т.к. их легко быстро заполировать. Сложные изделия фрезер вытачивает так же неспешно, как их печатает 3D-принтер, а зачастую и дольше — время обработки может доходить до шести часов.


Фото @FormlabsJp

При создании сразу серии изделий ситуация кардинально меняется — за один проход принтер способен распечатать полную платформу восковок — это площадка (на примере принтера Form 2) 145х145 мм, и их там помещается, в зависимости от размера моделей, до 35 штук. При скорости печати 10-30 мм/час (а печатает он слоями, сразу по всей площади платформы), это дает заметное преимущество перед фрезером, который единовременно вырезает лишь одну модель — это либо одна сложная деталь, либо несколько простых, плоских, из одной цилиндрической восковой заготовки.

Кроме того, 3D-принтер может печатать сразу елку моделей для отливки, без необходимости собирать ее из отдельных заготовок. Это тоже экономит время.


Фото @3d_cast

Точность и качество

Точность позиционирования фрезы в ЧПУ-аппаратах достигает 0,001 мм, что выше чем у 3D-принтера. Качество обработки поверхности фрезером зависит еще и от размера самой фрезы, а радиус вершины фрезы — не менее 0,05 мм, но движение фрезы задается программно, обычно это шаг в треть или половину фрезы, соответственно — все переходы сглаживаются.


Фото @freemanwax

Толщина слоя при печати на Form 2, самом популярном но далеко не самом точном принтере, а значит и вертикальная точность, составляет 0,025 мм, что в два раза меньше диаметра острия любой фрезы. Диаметр его луча составляет 0,14 мм, что уменьшает разрешение, но позволяет также получать более гладкую поверхность.


Фото @landofnaud

В целом, качество получаемых изделий на фотополимерном принтере и топовых фрезерных станках сопоставимое. В некоторых случаях, на простых формах, качество фрезерованной детали будет выше. Со сложностью форм история другая — 3D-принтер способен напечатать такое, что ни один фрезер никогда не вырежет, в силу конструктивных ограничений.

Экономичность

Фотополимеры, которыми печатают стереолитографические принтеры, стоят дороже обычного ювелирного воска. Крупные куски воска после фрезера можно переплавить в новые заготовки, хотя это тоже время и лишние действия, но и экономия. Фрезерованный воск выходит дешевле, в пересчете на стоимость каждого единичного изделия аналогичного объема.

Воск — не единственный расходный материал в работе фрезера, фрезы тоже постепенно стачиваются и требуют замены, их хватает на 1-2 месяца интенсивной работы, но это не сильно сокращает разрыв.

Работа фрезера, в пересчете на себестоимость изготовленных изделий, обходится дешевле.


Фото @3DHub.gr

Удобство и возможности

Специфика фрезеровки такова, что даже на пятиосевом станке фреза способна достать далеко не везде. Это вынуждает ювелиров создавать составные модели из нескольких частей, которые затем надо спаивать, а то и предварительно дорабатывать вручную. 3D-принтер же способен распечатать модель сколь угодно сложной формы, включая внутренние полости и сложные сочленения, за один проход.

Как это происходит

Распечатанные модели припаиваются к восковому стволу, затем получившаяся конструкция заливается гипсом или специальным раствором, после отвердения которого готовая форма разогревается в печи, а потом заливается металлом.

Материал восковок без остатка выгорает, позволяя металлу занять все освободившееся место и в точности повторить форму заготовки.

Подробнее:

1. Процесс литья начинается с печати модели и стандартной пост-печатной обработки — распечатанная деталь отделяется от поддержек, промывается, подвергается закрепляющей экспозиции в ультрафиолете, при необходимости — слегка полируется.



2. Далее процесс аналогичен тому, что применяется при литье с применением обычных восковок. Заготовки припаиваются к восковому литнику, который удержит их в правильном положении и создаст канал для распределения металла.


Если количество и размер изделий позволяют, можно пропустить этот этап — если распечатать изделия вместе с литником как единое целое.

3. Литник закрепляется в литьевой колбе. Если колба перфорирована, отверстия стоит закрыть, например — упаковочным скотчем.


4. Заполняющий раствор смешивается в пропорциях указанных производителем.


Потом его заливают в колбу с находящимся внутри литником. Наливают аккуратно, чтоб не повредить модели и не сместить елку.


5. Колба помещается в вакуумную камеру не менее, чем на 90 секунд, чтоб из раствора вышел весь воздух. Потом ее переносят в защищенное от вибрации место, для скорейшего застывания.


6. Литьевые емкости ставят в печь, холодную или разогретую до 167?C, и постепенно поднимают температуру, до полного выгорания пластика моделей.



Preheat — предварительный нагрев.
Insert flask — поместить колбу в печь.
Ramp — поднять (изменить) температуру.
Hold — держать температуру (пример: 3h = 3 часа)

7. По завершении этого процесса в форму заливают металл.

8. После заливки форму охлаждают, заполняющий материал вымывается.


9. Остается лишь извлечь готовые изделия, разделить их и слегка отполировать.

Фото изделий созданных Top3DShop:

Выводы:

Обе технологии имеют свои плюсы и минусы. Если в ювелирной мастерской уже есть фрезерный ЧПУ-станок, то с большинством задач по изготовлению единичных экземпляров он справится. Более того — если изготавливаются только единичные экземпляры и не очень часто, то станок тут и в скорости выигрывает.

Если не стоит задачи развивать производство, увеличивать объем работ, оборот средств, поднимать уровень сложности изделий, то 3D-принтер будет лишь дополнительной финансовой нагрузкой.

При увеличении темпа и объемов работ, при постоянном введении новых моделей, преимущества 3D-принтера станут заметны сразу, в серийном производстве разница в скорости серьезная. Принтер сложно переоценить в быстром прототипировании и изготовлении партий заготовок.

Если же предприятие выполняет оба типа заказов — как единичные, так и серийные, — эффективнее и экономически целесообразнее будет иметь в хозяйстве оба аппарата, для разных типов работ, они органично дополнят друг друга.

Оборудование

Formlabs Form 2

Технология: SLA
Рабочая камера: 145 x 145 x 175 мм
Толщина слоя: 25-100 мкм
Фокус лазера: 140 мкм
Мощность луча: 250 мВт
Цена: 320 000 руб

Form 2 — компактный стереолитографический 3D-принтер, легко помещающийся на рабочем столе.


Благодаря своей точности (25-100 микрон) пользуется большой популярностью у ортодонтов и ювелиров, так как способен печатать множество изделий за один сеанс.


Фото @FormlabsJp



Фотополимер для печати выжигаемых моделей стоит 46 000 рублей за картридж объемом 1 литр.

3D Systems Projet MJP 2500

Технология: MJM
Рабочая камера: 295 x 211 x 142 мм
Разрешение: 800 x 900 x 790 точек на дюйм
Толщина слоя: 32 мкм
Цена:3 030 000 рублей

Многоструйный принтер компании 3D Systems, предназначенный для печати литьевых заготовок материалами VisiJet и функциональных деталей — пластиками.


MJP уступает стереолитографическим принтерам в компактности — он значительно крупнее и не может быть размещен на рабочем столе, но это компенсируется скоростью печати и большей рабочей областью.

3D Systems ProJet MJP 3600W Max

Технология: MJM
Рабочая камера: 298 х 183 х 203 мм
Разрешение: до 750 x 750 x 1600 DPI
Толщина слоя от: от 16 мкм
Точность печати: 10-50 мкм
Цена: 7 109 000 рублей

ProJet 3600W Max — усовершенствованный вариант модели ProJet 3500 CPX, специализированного 3D-принтера для печати литьевых восковок. Это промышленные 3D-принтеры, используемые на производствах в режиме беспрерывной работы, с большой платформой и высокой производительностью. В принтерах данной серии использована технология многоструйного моделирования (Multi Jet Modeling, MJM), которая увеличивает скорость работы и позволяет использовать специально предназначенные для нее материалы VisiJet.


Используемый в нем новый воск M3 Cast отличается высокой прочностью, модели из него не ломаются в руках при отделении от платформы или случайном падении, что случалось с моделями распечатанными из его предшественника — Hi Cast.

Стоит материал 95 263 рублей за 1,7кг

Flashforge Hunter — 3D-принтер

Технология: DLP (digital light processing )
Область печати: 120?67.5?150 мм
Толщина слоя: 25-50 мкм (0.025/0.05 мм)
Разрешение: 62,5 мкм (0.0625 мм)
Цена: от 275 000 руб

Hunter — новый DLP 3D-принтер компании Flashforge. DLP — стереолитографическая технология использующая вместо лазера проектор.

Эта технология имеет свои плюсы — DLP-печать быстрее и способна дать большую детализацию на сверхмалых масштабах. С другой стороны — DLP-проекция состоит из пикселей, если необходима более гладкая поверхность — лучше выбрать SLA-принтер, например — Form 2.


Flashforge ?Hunter DLP 3D совместим с третьим поколением стереолитографических смол, что дает пользователю широкий выбор материалов для печати.


В принтере использован DLP-модуль собственной разработки производителя, характеристики которого оптимизированы именно для 3D-печати. Этот компонент обладает большей линейной точностью, чем обычные DLP, предназначенные для бытовых видеопроекторов.

Wanhao Duplicator 7 v1.4

Технология печати: DLP, 405нм
Максимальная скорость печати: 30 мм/час
Максимальная область печати: 120х68х200 мм
Разрешение: 2560х1440 точек на слой
Точность: 0.04 мм
Толщина слоя: 0.035-0.5mm
Вес: 12 кг
Цена: 35 900 рублей,
также доступна версия 1.3 за 24 900 р., о разнице между ними можно прочитать по ссылке.

Wanhao Duplicator 7 — недорогой фотополимерный принтер для того, чтоб попробовать стереолитографию. Недостатки этой модели — низкая стабильность работы, невысокое разрешение и проблемы с повторяемостью “из коробки”.


Фото @Sarah I.E. Monstah

Каждый экземпляр требует времени и внимания владельца, тщательной настройки, иногда перепрошивки для получения внятного результата.


Фото @Simone Rasetti

Хотя, у кого-то и с первого раза получается неплохо.


Фото @ Jin Shina?

Собственных смол для печати выжигаемых моделей Wanhao пока не представила, но с этим принтером можно использовать любой фотополимер отверждаемый UV с длиной волны 405 нм, а это стандартная для них характеристика. Например, MadeSolid Firecast или PhotoCentric Castable.

Для работы он вряд ли кому-то подойдет. Но для экспериментов и получения опыта это лучший выбор, учитывая цену.

Сканер необходим в тех случаях, когда нужно создать цифровую копию существующего изделия, для последующего ли тиражирования, или ее изменения и изготовления нового изделия.

Range Vision — Spectrum — 3D-сканер

Разрешение: 0,072 мм
Разрешение камеры: 3,1 Мп
Технология сканера: Оптическая
Точность: до 0,04 мм
Цена: 295 000 рублей

RangeVision Spectrum имеет 3 области сканирования и цветные камеры с разрешением 3,1 Мп. Доступны варианты комплектации с поворотным столом и кейсом для переноски. Аппарат разработан и производится в России — возможен заказ дополнительных аксессуаров в сжатые сроки.

Любое изделие распечатанное из фотополимерной смолы требует дополнительной экспозиции — дозасветки. Это можно делать и на ярком солнечном свету, и любыми ультрафиолетовыми лампами, но для стабильности результата целесообразнее использовать полимеризатор.

XYZprinting — Curing Chamber — Полимеризатор

Диапазон излучения: 385 нм
Мощность: 16 Вт
Загрузка объектов: до 1,5 кг
Экспозиция: 1-60 мин
Срок службы диодов: 10 000 часов
Рабочий объем: 180 мм по диагонали, 200 высотой
Вес: 4 кг
Цена: 24 900 рублей

Полимеризационная камера XYZPrinting используется для окончательной обработки напечатанных стереолитографическим принтером изделий. Прибор прост в управлении: изделия достаточно поместить в камеру, установить время и интенсивность облучения и подождать несколько минут.


Ультрафиолетовые диоды камеры обладают ресурсом работы 10 000 часов, поэтому она станет полезным и долговечным инструментом. Изделие подвергается излучению равномерно, со всех сторон, благодаря автоматически поворачивающейся на 360 градусов внутренней зеркальной стенке, что позволяет уменьшить время экспозиции и повысить качество обработки.

Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?

Подписывайтесь на нас в соц. сетях: