3D-печать

Бен Рэдвуд, Филемон Шофер, Брайан Гаррэт

3D-печать

Практическое руководство

The 3D Printing

Handbook 

Technologies, design and applications

BEN REDWOOD 
ILEMON SCHÖFFER 
BRIAN GARRET

FOREWORD BY TONY FADELL
creator of the iPod and founder of Nest

3D-печать

Практическое  
руководство

Технологии, дизайн и применение

БЕН РЭДВУД
ФИЛЕМОН ШОФЕР
БРАЙАН ГАРРЭТ

Москва, 2020

ПРЕДИСЛОВИЕ ТОНИ ФАДЕЛЛА,
создателя iPod и основателя компании Nest

УДК 339.35, 004.35
ББК 30.61
Р96

Рэдвуд Б., Шофер Ф., Гаррэт Б.
Р96 
3D-печать. Практическое руководство / пер. с анг. М. А. Райтмана. – М.: ДМК 
Пресс, 2020. – 220 с.: ил. 

ISBN 978-5-97060-738-1

Книга посвящена стремительно развивающимся технологиям 3D-печати, которые 
находят свое применение во множестве отраслей: дизайне, строительстве, медицине 
и других. Помимо самих технологий и материалов печати рассматриваются характеристики различных 3D-принтеров, общие особенности 3D-моделей и методы их 
постобработки.
Благодаря многочисленным иллюстрациям читатель получает ёмкое представление о возможностях и ограничениях 3D-печати. Описание ряда проектных элементов 
представлено в удобной для восприятия табличной форме.
Издание адресовано широкому кругу специалистов, работа которых связана с изготовлением и использованием 3D-прототипов.

УДК 339.35, 004.35
ББК 30.61

Original English language edition published by 3D Hubs B.V., Amsterdam, The Netherlands. 
Copyright © 2017 3D Hubs B.V. Russian-language edition copyright © 2020 by DMK Press. All rights 
reserved.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой 
бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.

 
 Copyright © 2017 3D Hubs B.V. 
ISBN 978-5-97060-738-1 (рус.) 
© Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2020

Содержание

Благодарности ........................................................................................................11

Предисловие ...........................................................................................................12

Введение ..................................................................................................................13

Часть I. Технологии и материалы 3D-печати ..................................................21

Глава 1. Введение в 3D-печать ...........................................................................22

1.1. Классификация технологий 3D-печати .............................................................22
1.2. Группы материалов для печати .........................................................................24
1.2.1. Полимеры .....................................................................................................24
Термопластики ..................................................................................................25
Реактопласты .....................................................................................................25
1.2.2. Металл ...........................................................................................................26
1.2.3. Другие материалы ........................................................................................26

Глава 2. Экструзия материала – FFF ..................................................................28

2.1. Технологии экструзии материала ......................................................................28
2.1.1. Производство методом плавления нити (FFF) ...........................................28
2.2. Характеристики принтера ..................................................................................28
2.2.1. Параметры принтера ...................................................................................28
2.2.2. Искривление .................................................................................................30
2.2.3. Межслойная адгезия ....................................................................................31
2.2.4. Поддержки ....................................................................................................32
Растворимые поддержки ..................................................................................33
2.2.5. Заполнение ...................................................................................................34
2.3. Точная размерность ............................................................................................34
2.4. Материалы ...........................................................................................................35
2.5. Постобработка .....................................................................................................37
2.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................38
2.7. Промышленная и настольная FFF-печать .........................................................39
2.8. Типичные области применения .........................................................................41
Шаблоны для литья по выплавляемым моделям ............................................41
Корпусы для электроники .................................................................................42
Тестирование формы и соответствия ..............................................................43
Монтажные и установочные приспособления ................................................43
2.9. Новые разработки ...............................................................................................44
2.9.1. Непрерывное плавление нити – Markforged ..............................................44
2.9.2. Металлическая FFF-печать – Metal X от Markforged и Desktop  
Metal DM Studio ......................................................................................................45
2.9.3. Интеграция электронных схем – Voxel8 DK ...............................................46

 Содержание

Глава 3. Полимеризация в ванночке – SLA/DLP ............................................49
3.1. Технологии полимеризации в ванночке ...........................................................49
3.1.1. Стереолитография (SLA) ..............................................................................49
3.1.2. Цифровая светодиодная проекция (DLP) ...................................................50
3.1.3. SLA против DLP ............................................................................................51
3.2. Характеристики принтера ..................................................................................51
3.2.1. Параметры принтера ...................................................................................51
3.2.2. Снизу вверх и сверху вниз ...........................................................................52
Снизу вверх ........................................................................................................53
Сверху вниз ........................................................................................................55
3.2.3. Структуры поддержки .................................................................................58
3.3. Точность размеров ..............................................................................................58
3.4. Материалы ...........................................................................................................58
3.5. Постобработка .....................................................................................................59
3.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................61
3.7. Промышленная и настольная печать полимеризацией в ванночке ................61
3.8. Распространенные области применения ..........................................................63
Прототипы для промышленного литья ...........................................................63
Ювелирное дело (литье по выплавляемой модели) ........................................63
Стоматологическое применение ......................................................................63
Слуховые аппараты ...........................................................................................64
3.9. Новые разработки ...............................................................................................64
3.9.1. Непрерывная световая проекция – Carbon ................................................65

Глава 4. Плавка порошков (полимеры) – SLS .................................................66
4.1. Технологии плавки порошков ............................................................................66
4.1.1. Выборочное лазерное спекание (SLS) .........................................................66
4.2. Характеристики принтера ..................................................................................68
4.2.1. Параметры принтера ...................................................................................68
4.2.2. Наполнение лотков ......................................................................................68
4.2.3. Адгезия слоев ...............................................................................................69
4.3. Точность размеров ..............................................................................................71
4.4. Материалы ...........................................................................................................71
4.5. Постобработка .....................................................................................................72
4.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................73
4.7. Распространенные области применения ..........................................................75
Функциональные детали ..................................................................................75
Мелкосерийное производство изделий ...........................................................75
Сложные каналы (с полым профилем) ............................................................76
4.8. Новые разработки ...............................................................................................76
4.8.1. Мультиструйная плавка – HP ......................................................................76
4.8.2. Настольные SLS-принтеры – Shareboot SnowWhite, Sintarec,  
Sinterit и Formlabs Fuse 1 .......................................................................................77

Глава 5. Струйная 3D-печать – струйная 3D-печать, DOD ...........................79
5.1. Технологии струйной 3D-печати .......................................................................79
5.1.1. Струйная 3D-печать .....................................................................................79

Содержание  7

5.1.2. Подача по требованию .................................................................................80
5.2. Характеристики принтера ..................................................................................81
5.2.1. Параметры принтера ...................................................................................81
5.2.2. Поддержки ....................................................................................................82
5.2.3. Матовая и глянцевая печать ........................................................................83
5.3. Точность размеров ..............................................................................................85
5.4. Материалы ...........................................................................................................85
5.5. Постобработка .....................................................................................................86
5.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................88
5.7. Распространенные области применения ..........................................................89
Цветные визуальные прототипы .....................................................................89
Модели для медицины ......................................................................................89
Прототипы для литья по выплавляемым моделям .........................................89
Мелкосерийное литье по выплавляемым моделям ........................................89
5.8. Новые разработки ...............................................................................................91
5.8.1. Струйная 3D-печать наночастицами – XJet ...............................................91

Глава 6. Струйная печать связующим веществом .........................................92
6.1. Технологии струйной печати связующим веществом .....................................92
6.1.1. Струйная печать связующим веществом – песок ......................................92
Полноцветные модели ......................................................................................93
Песчаные стержни и формы для отливки ........................................................94
6.1.2. Струйная печать связующим веществом – металл ....................................94
Пропитывание ...................................................................................................95
Сплавление ........................................................................................................95
6.2. Характеристики принтера ..................................................................................95
6.2.1. Параметры принтера ...................................................................................95
6.2.2. Прочность изделий ......................................................................................96
6.2.3. Заполнение лотка для порошка ..................................................................96
6.3. Точность размеров ..............................................................................................96
6.4. Материалы ...........................................................................................................97
6.5. Постобработка .....................................................................................................97
6.6. Преимущества и ограничения ...........................................................................99
6.7. Распространенные области применения ..........................................................99
Полноцветные модели ......................................................................................99
Литье в песчаные формы ..................................................................................99
Функциональные металлические изделия ....................................................100

Глава 7. Плавка порошков (металлы) – DMLS/SLM, EBM ...........................102
7.1. Технологии плавки порошков ..........................................................................102
7.1.1. DMLS/SLM ....................................................................................................102
7.1.2. EBM ..............................................................................................................104
7.2. Характеристики принтера ................................................................................104
7.2.1. Параметры принтера .................................................................................104
7.2.2. Поддержки ..................................................................................................105
7.2.3. Качество поверхности ................................................................................105
7.3. Точность размеров ............................................................................................106
7.4. Материалы .........................................................................................................106

 Содержание

7.5. Постобработка ...................................................................................................107
7.6. Преимущества и ограничения ..........................................................................109
Плавка металлических порошков и струйная печать связующим  
веществом ........................................................................................................110
7.7. Распространенные области применения .........................................................110
Стоматологическое применение ....................................................................110
Медицинское применение .............................................................................110
Аэрокосмическая и автомобильная области применения ...........................111

Глава 8. Инструменты для принятия решений .............................................112
8.1. Сводная таблица технологий ...........................................................................112

Часть II. Проектирование для 3D-печати ......................................................116

Глава 9. Общие особенности проектирования для 3D-печати ................117
9.1. Толщина слоя .....................................................................................................117
9.2. Стягивание и искривление ...............................................................................119
9.2.1. Температура ...............................................................................................119
9.2.2. Облучение ...................................................................................................119
9.2.3. Предупреждение стягивания и искривления ..........................................119
9.3. Структуры поддержек .......................................................................................120
9.4. Скругления ........................................................................................................121

Глава 10. Описание элементов, изготовленных с помощью  
3D-печати ...............................................................................................................122

Глава 11. Проектирование для FFF-печати ...................................................125
11.1. Структуры поддержек и направление изделия .............................................125
11.1.1. Основы FFF-поддержек............................................................................126
11.1.2. Типы FFF-поддержек ...............................................................................128
11.1.3. Перемычки ...............................................................................................130
11.2. Анизотрофность ..............................................................................................131
11.3. Заполнение ......................................................................................................132
11.4. Отверстия ........................................................................................................134
11.5. Сводная таблица проектирования для FFF-печати ......................................136

Глава 12. Проектирование для SLA/DLP-печати .........................................138
12.1. Структуры поддержек и направление изделий ............................................138
12.1.1. Структуры поддержек для принтеров, печатающих сверху вниз .........139
12.2. Полые секции ..................................................................................................141
12.3. Сводная таблица проектирования для SLA/DLP-печати ..............................142

Глава 13. Проектирование для SLS-печати ...................................................144
13.1. Стягивание и искривление .............................................................................144
13.1.1. Направление изделия ..............................................................................144
13.1.2. Уменьшение массы изделия ....................................................................145
13.2. Избыточное спекание .....................................................................................145
13.3. Удаление порошка ...........................................................................................147

Содержание  9

13.3.1. Полые секции ...........................................................................................147
13.3.2. Глухие отверстия ......................................................................................147
13.3.3. Подвижные детали ...................................................................................148
13.4. Сравнение с литьем под давлением ..............................................................149
13.5. Ступенчатая поверхность ...............................................................................149
13.6. Проектные элементы при SLS-печати ...........................................................151

Глава 14. Проектирование для струйной 3D-печати ..................................153
14.1. Поддерживающие структуры и направление изделия .................................153
14.2. Полноцветная печать ......................................................................................154
14.3. Комбинирование материалов ........................................................................155
Смешанный лоток ...........................................................................................155
Цифровые материалы .....................................................................................155
Смешанные изделия .......................................................................................156
14.3.1. Проектирование из множества материалов ..........................................156
14.4. Проектные элементы в струйной 3D-печати ................................................158

Глава 15. Проектирование для печати связующим веществом ..............160
15.1. Связующее вещество ......................................................................................160
15.2. Сырое состояние .............................................................................................161
15.3. Полноцветные отпечатки ...............................................................................162
15.4. Пропитка и сплавление ..................................................................................164
15.4.1. Стойки .......................................................................................................164
15.5. Проектные элементы печати связующим веществом ..................................165

Глава 16. Проектирование для DMLS/SLM-печати .....................................167
16.1. Поддержки и направление изделий ..............................................................167
16.2. Полые секции ..................................................................................................169
16.3. Подложка .........................................................................................................169
16.4. Оболочка и наполнение ..................................................................................170
16.5. Типичные параметры проектирования ........................................................171
16.5.1. Каналы ......................................................................................................171
16.5.2. Скругления ................................................................................................171
16.5.3. Объем печати............................................................................................172
16.6. Таблица проектных элементов металлической печати ...............................173

Глава 17. Сводная таблица правил проектирования ..................................175

Часть III. Применение технологий 3D-печати ..............................................177

Глава 18. Инструменты для создания 3D-проектов ...................................178
18.1. CAD-проектирование ......................................................................................178
18.1.1. Объемное моделирование .......................................................................178
18.1.2. Поверхностное моделирование ..............................................................179
18.1.3. Скульптурное моделирование ................................................................180
18.1.4. CAD-проектирование ...............................................................................181
18.2. Топологическая оптимизация ........................................................................182
18.2.1. Параметры топологической оптимизации ............................................182

 Содержание

18.2.2. Преимущества и ограничения ................................................................184
18.3. Обратное проектирование .............................................................................184
18.3.1. 3D-сканирование .....................................................................................184
Лазерное сканирование ..................................................................................185
КТ-сканирование .............................................................................................185
18.3.2. Физическое измерение ............................................................................185
КИМ ..................................................................................................................186
Ручное измерение ...........................................................................................187
18.3.3. Сводная таблица .......................................................................................187

Глава 19. Применение технологий FFF-печати ............................................188
19.1. Монтажные и установочные приспособления ..............................................188
Практический пример – собственность Volkswagen и Ultimaker .................188
19.2. Конкурентоспособное мелкосерийное производство посредством FFF .....189
Практический пример – собственность Peak Additive ..................................189

Глава 20. Применение технологий SLA/DPL-печати ..................................194
20.1. Точные, индивидуальные хирургические стоматологические шаблоны ...194
Практический пример – собственность Formlabs .........................................194
20.2. Слуховые аппараты – самое успешное применение технологии  
3D-печати .................................................................................................................196
Практический пример – собственность EnvisionTEC ....................................196

Глава 21. Применение технологий SLS-печати ............................................199
21.1. Оригинальная панорамная камера ...............................................................199
Практический пример – собственность Kohlhaussen Camera ......................199
21.2. Аксессуар для велосипеда, который должен иметь каждый ........................200
Практический пример – собственность Rehook ............................................200

Глава 22. Применение технологий струйной 3D-печати ...........................204
22.1. Обучение следующего поколения докторов .................................................204
Практический пример – собственность Марка Тайена  
из Технологического университета Эйндховена...........................................204
22.2. Киборги становятся реальностью со струйной 3D-печатью ........................207
Практический пример – собственность Виталия Булгарова из Factor 31 ....207

Глава 23. Применение технологий печати связующим веществом .......210
23.1. Литье в песчаные формы позволяет производить устаревшие изделия ....210
Практический пример – собственность ExOne .............................................210

Глава 24. Применение технологий DMLS/SLM-печати  .............................213
24.1. 3D-печать объединяет 100 деталей антенны в одну .....................................213
Практический пример – собственность Concept Laser и Optisys LLC...........213
24.2. Оптимизация для кронштейна подвески гоночной машины .....................215
Практический пример – собственность Томаса ван де Хаута из Formula 
Student Team TU Delft, Нидерланды ...............................................................215

Предметный указатель .......................................................................................217

Благодарности

Эта книга не была бы завершена без самоотверженной работы и вклада невероятного количества специалистов производства, изготовителей и прежде всего наших 3D Hubs сообществ со всех концов света.
В первую очередь огромное спасибо тем людям, которые посвятили свое время рецензированию и комментированию текста этой книги: Майклу Молитх-Хау 
(Engineering.com), Саре Герке (3Dprint.com), Биллу Артли (Print Form), Алану Нгайену (Space Junk Co), д-ру Джошуа М. Пирсу (Michigan Tech), Ричарду Смиту (Oxford 
University), Андреасу Бастиану (Autodesk), Эрику де Брейну (Ultimaker), Флориану 
ван дер Херсту (Oceanz), Крису МакАлони (Proto3000), Тобиасу Туфентсаммер (ExOne) и д-ру Хишам Алкаби (EQT Aerospace & Defence).
За авторский компетентный вклад спасибо: Кортни Армстронг за проектирование для SLA/DLP, Перри Кейну за толщину слоя и поддержку FFF, Джеймсу Лоу за 
защелкивающиеся соединения, Бену Хадсону за проектирование для FFF, Алкайосу Варостис за классификацию различий между настольной и промышленной 
FFF-печатью, Дидрейку ван ден Срен за постобработку и сравнение настольной 
и промышленной SLA/DLP, Штефану Ходлингу за проектирование для SLS, Крису 
МакАлони за проектирование для струйной печати, Мартину Петраку за проектирование для DMLS/SLM, Джону Уоллу за проектирование корпусов, Биллу Артли за 
применение в автоиндустрии, Томасу ван де Хаут за топологическую оптимизацию, Жорису Пилзу за его когда бы то ни было доступную оценку, Джеку Дэйвису 
за его вклад в обратное проектирование и программное обеспечение для CAD, 
Робину Брокетеру за поверхностное моделирование и Джорджу Фишер-Уилсону 
за тематические исследования 3D-печати.
Большая благодарность также направляется следующим компаниям, которые 
предоставили нам первоклассные предметные исследования для третьей части 
этой книги: Ultimaker & Volkswagen AutoEuropa и PEAK Industries за применение 
в FFF, Formlabs и EnvisionTec за SLA/DLP, Paul Kohlhaussen Design и Rehook за SLS, 
Марку Тилену & Eindhoven University и Виталию Булгакову & Factor 31 за струйную печать, ExOne за струйную печать связующим веществом, Concept Laser и Томасу ван де Хаут за их предметные исследования в DMLS/SLM.
Особая благодарность выражается превосходной команде 3D Hubs за безустанное контрольное чтение версии за версией и постоянное указание улучшений на 
всем пути. Тому Дебицки за создание дизайн-проекта для книги, создание сотен 
версий иллюстраций и всей инфографики, Кену Зянгу за первоклассные фотографии. Без тебя мы бы не справились. Также отдельное спасибо Браму де Цварту за 
создание пространства внутри 3D Hubs для написания этой книги и за поддержку 
на каждом шаге.
И наконец, большая благодарность выражается проектной группе из Multitude 
за помощь в приведении проекта от идеи к реальности и за доведение этой книги 
до издания, не допуская компромиссов по качеству.

Предисловие

На дворе стоит лето 2001 года в Купертино в Калифорнии, и я смотрю на кусок 
поролона, какие-то легоподобные элементы механизма и на множество электродеталей, рассеянных по столу.
У меня было непростое задание: создать первый прототип нового продукта, на 
проектирование которого Apple со мной заключили контракт.
Проектным заданием было создать устройство, которое воплощало бы в себе современный Sony Walkman для поколения MP3. Оно стоило больших сил, десятков 
повторений и большого количества поролона, но все же было завершено. Создание, которое впоследствии станет первым прототипом iPod и десятками последующих его воплощений, которые в конечном счете эволюционировали до iPhone.
Создавая новые продукты, вы всегда стараетесь сделать нечто визуально 
и функционально гораздо лучшее, чем то, что имеется на данный момент. Проектируете ли вы аппаратные средства или программное обеспечение, основой 
этого является стремление создать нечто новое, революционное и впечатляющее. 
С настоящими инновациями появляется необходимость прототипирования; предыдущих вариантов нет, поэтому ваш первый продукт, вероятно, не станет тем, 
который будет выпущен на рынок. Повторение – вот что здесь нужно.
Способы проектирования, изготовления и модификации прототипов претерпели большие изменения со времен создания первого iPod в Apple. Общедоступное и бюджетное прототипирование посредством 3D-печати сегодня стало 
реальностью. Скорость, с которой вы можете воспроизводить идеи в физических 
объектах, теперь стала быстрее, чем когда-либо. Мы живем в мире, наполненном 
инструментами и ресурсами, которые позволяют нам с легкостью создавать и вводить новшества. Следующим шагом будет применение этих ресурсов в качестве 
движущей силы революций и перемен.
Это явно указывает на важность 3D-печати и на то, чем она полезна для всех, кто 
вовлечен в проектирование или изготовление физических объектов. Инновационный и сложный продукт нуждается в прототипировании. Это занимает время, но 
в итоге оно окажется тем инструментом, который позволит вам совершать важные 
решения. Все, что мы в те времена создавали в Apple, было новшеством в мире технологий, что означало, что нам приходилось постоянно совершенствоваться, для 
того чтобы находить верный путь. Часть этого совершенствования обозначила для 
других начала, перенятые для улучшения в дальнейшем нашей технологии.
«Пособие» будет сопровождать вас на вашем собственном пути по мере изучения эффективной 3D-печати и ее потенциала для создания ваших выдающихся 
продуктов, которые, я надеюсь, изменят мир. Каждый проектировщик и разработчик должен иметь 3D-печать под рукой, так как она выстилает вам путь к новым технологиям изготовления, которые будут пробуждать вашу творческую 
деятельность и раскрывать ваши идеи по мере претворения их в жизнь. Создание меняется, изготовление меняется, и проектирование меняется, переверните 
страницу – время быть на шаг впереди…

Тони Фаделл,
создатель iPod и основатель компании Nest

Введение

Для инженера зачастую определяющим явлением, которое нужно учитывать при 
проектировании деталей для изготовления, является метод изготовления. Проект 
может быть исполнен с применением ряда техник изготовления, каждая из которых обладает своими преимуществами и недостатками.
Это введение намерено обозначить те случаи, когда 3D-печать проявляет себя 
как метод изготовления, для отличия от более традиционных процессов, таких 
как ЧПУ, литьевое прессование и отливка. Данная секция обрисует вам самые 
распространенные методы изготовления и завершится кратким обзором обобщенного процесса 3D-печати. Подробное описание технологий изготовления за 
рамками 3D-печати не входит в поле зрения этой книги.

КлассифиКация техниК изготовления

Большинство техник изготовления можно отнести к трем группам, показанным 
на рис. 0.1. Упрощенно эти три группы можно описать следующим образом.
 
 Формативное изготовление: лучшим образом подходит для больших объемов производства одной и той же детали, требующего больших начальных 
вложений в оборудование (формы), но затем способного производить детали быстро и по низкой цене.
 
 Cубтрактивное изготовление: располагается между формативным и аддитивным, больше подходит для деталей со сравнительно простой геометрией, производимых в средних объемах, которые обычно сделаны из функциональных материалов (в частности, из металла).
 
 Аддитивное изготовление: лучше всего подходит для малых объемов, сложных проектов, которые невозможно осуществить формативными и субстрактивными методами, или когда требуется быстрое изготовление единственного прототипа.

формативные методы (литьевое прессование, отливКа, 

штамповКа и выКовКа)

Формативное изготовление обычно формирует материал в желаемую форму посредством нагрева и давления. Сырье может быть расплавлено и спрессовано 
в форме (литьевое прессование, отливка в формы), расплавлено и вылито в форму 
(отливка) или спрессовано либо вытянуто в нужную форму (штамповка / вакуумное формообразование / выковка). Формативные техники производят детали из 
широкого ряда материалов (и металла, и пластика). Для больших объемов производства формативное изготовление зачастую ни с чем не сравнимо по цене. 
Основное ограничение формативного изготовления – это необходимость изготовить оборудование (форму или заготовку) для формования детали. Оборудование обычно дорогостоящее и сложное в производстве, что увеличивает подготовительно-наладочное время и задерживает изготовление детали. Такие большие 

 Введение

стартовые инвестиции являются причиной тому, что формативное изготовление 
главным образом предлагает малозатратное производство в больших объемах.
Конструкция формативного оборудования усложнена необходимостью наличия таких элементов формы, как монтажные дуги и направляющие, для содействия формованию деталей. Также конструкция деталей, произведенных формативными методами, обусловлена такими ограничениями, как угол литейного 
уклона и однотипная толщина стенок.

Формативное изготовление

Субтрактивное изготовление

Аддитивное изготовление

Рис. 0.1  Схематичное сравнение того, как формативные (верх),  
субтрактивные (середина) и аддитивные (низ) техники изготовления  
производят детали

Аддитивное производство (3D-печать)  15

субтраКтивные методы (Чпу, обтаЧивание, сверление)

Субтрактивное изготовление начинается с блока цельного материала (заготовки) 
и продолжается применением режущих инструментов удаления (обработки) материала для получения конечной формы. ЧПУ, фрезеровка, обтачивание (на токарном станке) и такие машинные операции, как сверление и резка, являются 
примером субтрактивных техник.
Субтрактивное изготовление способно производить высокоточные детали 
с безуп речной обработкой поверхности. Почти все материалы поддаются машинной обработке. Для большинства конструкций субтрактивное изготовление является самым эффективным по цене решением.
Субтрактивное изготовление ограничено некоторыми факторами. Большинство конструкций нуждаются в системе автоматической технологической подготовки производства (англ. Computer Aided Manufacturing, сокр. CAM) для составления маршрутов инструмента и эффективного удаления материала. Это вызывает 
дополнительные задержки и затраты для процесса в целом. При проектировании 
деталей для субтрактивного изготовления необходимо учитывать доступ инструмента, так как инструмент резки должен иметь возможность доставать до всех 
поверхностей, чтобы удалить весь ненужный материал.
Но хотя такие машины, как 5-осевое ЧПУ, избавляют от некоторых из этих ограничений, положение сложных деталей придется менять в процессе обработки, 
еще более увеличивая затраты и время подготовки. Также субтрактивное изготовление считается нерациональным процессом благодаря большому количеству 
материала, который удаляется для изготовления конечной геометрии детали.

аддитивное производство (3D-пеЧать)

Аддитивное производство (более известное как 3D-печать) – это процесс последовательного составления детали слой за слоем. Существует целый ряд технологий 3D-печати, каждая из которых обладает своими преимуществами и ограничениями и способна напечатать детали из различных материалов.
Изготовляемые детали могут обладать почти любой геометрией, что является 
одним из основных преимуществ 3D-печати (хотя все равно в каждой из технологий есть соблюдаемые правила). Также 3D-печать не полагается на дорогостоящие инструменты, что означает практически отсутствие стартовых вложений. 
Преимуществом этого является скорое утверждение и разработка прототипов 
и деталей, производимых в малых объемах.
Одним из значительных ограничений 3D-печати является невозможность создать детали из материалов, подобных тем, которые применяются в субтрактивных и формативных техниках. Большинство технологий 3D-печати изготовляют 
детали, которые по природе анизотрофные или не полностью плотные. 3D-печать 
также ограничена в воспроизводимости, что означает, что детали будут иметь незначительные отличия из-за неравномерного охлаждения или деформации во 
время отверждения.

 Введение

сравнение по стоимости

Цена зачастую является определяющим фактором в решении того, как деталь 
будет изготовлена. Рисунок 0.2 дает общее представление о том, как стоимость 
изготовления (цена за единицу) различается в зависимости от количества производимых деталей.

Стоимость детали

Количество деталей

Формативное

Субтрактивное

Аддитивное

Рис. 0.2  В категориях экономии на масштабе большие объемы формативного 
изготовления являются наиболее экономичным решением. Фактором ограничения 
здесь является возможность формативного изготовления проекта

процесс 3D-пеЧати

Существует множество технологий 3D-печати, но следующая секция раскроет 
общий для них процесс изготовления от конструирования до конечной детали. 
И хотя каждый метод 3D-печати производит детали различным способом, эти основные пять шагов присутствуют во всех технологиях.

1. Создание 3D-файла
Создание цифровой модели является первым шагом в процессе 3D-печати. Самый распространенный метод создания 3D-модели (рис. 0.3) – это система 
компью терного проектирования (англ. Computer Aided Design, сокр. CAD). Обратное проектирование также можно применять для составления цифровой модели 
с помощью 3D-сканирования. И CAD-моделирование, и обратное проектирова