Розділ 11.3: Матеріали для адитивного виробництва: полімери, метали та композити

Адитивне виробництво, також відоме як 3D-друк, використовує різноманітні матеріали для створення тривимірних об’єктів із цифрових моделей. Використання різних матеріалів було ключовим фактором у зростанні та розвитку цієї технології, що дає змогу виготовляти широкий асортимент продукції.

Ранні технології 3D-друку використовували переважно полімери, такі як акрилонітрил-бутадієн-стирол (ABS) і полімолочна кислота (PLA), які все ще широко використовуються сьогодні. Ці матеріали відносно недорогі, з ними легко працювати, і їх можна використовувати для створення різноманітних продуктів, від іграшок до функціональних прототипів. Однак їх механічні властивості обмежені, що робить їх непридатними для багатьох промислових застосувань.

Щоб подолати ці обмеження, дослідники та інженери розробили ряд металевих і композитних матеріалів для адитивного виробництва. Такі метали, як титан, нержавіюча сталь і алюміній, використовувалися для створення високоміцних, легких деталей для аерокосмічної та автомобільної промисловості. Ці матеріали, як правило, друкуються за допомогою методів плавлення порошкового шару, таких як селективне лазерне плавлення (SLM) або плавлення електронним променем (EBM), які включають плавлення металевих порошків за допомогою лазерів або електронних променів для створення твердих деталей.

Крім металів, композити також все частіше використовуються в адитивному виробництві. Ці матеріали поєднують властивості різних матеріалів для створення нових, високоефективних матеріалів з унікальними властивостями. Наприклад, композити з вуглецевого волокна можна використовувати для створення міцних, легких деталей для аерокосмічної та автомобільної промисловості. Інші композити, такі як керамічні та полімерні композити, також розробляються для використання в ряді галузей промисловості.

Однією з ключових переваг матеріалів для адитивного виробництва є можливість створювати складні геометрії, які було б важко або неможливо виготовити за допомогою традиційних методів виробництва. Це призвело до розробки нових продуктів і застосувань, таких як медичні імплантати та індивідуальне протезування, які раніше були неможливими.

Оскільки технологія продовжує розвиватися, розробляються нові матеріали та методи для подальшого розширення можливостей адитивного виробництва. Наприклад, дослідники вивчають можливість використання біочорнил, виготовлених із живих клітин, для створення замінників тканин і органів, а також 3D-друк зі скла та інших прозорих матеріалів для оптичних застосувань. Ці досягнення мають потенціал зробити революцію в галузях від охорони здоров’я до архітектури та створити нові можливості для дизайну та налаштування продуктів.