Введение в аддитивные технологии. Т. 1. Обзор основных технологий 3D-печати

Москва 2023

МИ НИ С Т ЕРС Т ВО НА УКИ  И  ВЫС ШЕГО ОБРА З ОВА НИ Я РФ

УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ МИСИС

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК

Кафедра автоматизированного проектирования и дизайна

М.В. Канищев
Л.М. Ульев

ВВЕДЕНИЕ В АДДИТИВНЫЕ 
ТЕХНОЛОГИИ

Том 1 
ОБЗОР ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 3D-ПЕЧАТИ

Учебник

Рекомендовано редакционно-издательским  
советом университета

№ 4674

УДК  004.9 

К19

Р е ц е н з е н т 

д-р экон. наук, доц., заслуженный работник  

Санкт-Петербургского горного университета Е.И. Рейшахрит;

д-р техн. наук, проф., профессор кафедры АСУ  

Университета МИСИС В.В. Куприянов

Канищев, Максим Викторович.

К19   Введение в аддитивные технологии. Т. 1. Обзор ос-

новных технологий 3D-печати : учебник / М.В. Кани-
щев, Л.М. Ульев. – Москва : Издательский Дом НИТУ 
«МИСиС», 2023. – 352 с.

ISBN978-5-907560-37-6

Учебник посвящен быстро развивающимся технологиям адди-

тивного производства и 3D-печати. Кратко рассмотрены возникновение 
и история развития аддитивных технологий, а также их 
значение для технологического развития современного общества. 
С помощью технологии аддитивного производства автоматически 
производятся компоненты из различных материалов, таких как 
пластмассы, металлы и сплавы, биоматериалы и керамика. Вот 
уже несколько десятилетий методы 3D-печати используются в дизайне, 
строительстве и на транспорте, а также в аэрокосмической, 
производственной и медицинской отраслях. В учебнике помимо 
описания основных технологий 3D-печати рассмотрены характеристики 
используемых при 3D-печати материалов, общие особенности 
напечатанных моделей и методы их постобработки.

Будет полезен промышленным экспертам, предпринимателям, 

профессорам и студентам университетов, исследователям.

УДК 004.9


Канищев М.В.,  
Ульев Л.М.,  2023

ISBN978-5-907560-37-6

НИТУ МИСИС, 2023

Содержание

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Основные сокращения и обозначения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Введение и аналитический обзор: Индустрия 4.0  
и аддитивное производство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

В.1. Выгоды и риски Индустрии 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
В.2. Технические аспекты Индустрии 4.0 и облачного 
производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

В.2.1. Критерии прогресса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
В.2.2. Концепции Индустрии 4.0  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

В.3. Облачное производство. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

В.3.1. Определение, концепция и технологии  
облачного производства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
В.3.2. Текущее состояние исследований  
новой парадигмы облачного производства  . . . . . . . . . . . 38

В.4. Сравнительный анализ облачного производства  
и Индустрии 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
В.5. Роль аддитивного производства в эпоху нового 
технологического уклада –  
Индустрии 4.0  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

В.5.1. Организация «умных фабрик» . . . . . . . . . . . . . . . 45
В.5.2. Материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
В.5.3. Процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
В.5.4. Проектирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
В.5.5. Недостатки и будущее аддитивного  
производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

ГЛАВА 1. Этапы становления аддитивного производства . . . .63

1.1. История появления аддитивных технологий . . . . . . . 63
1.2. История становления 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

1.2.1. Зарождение идеи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
1.2.2. Доступность 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

1.3. 3D-печать сегодня . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

1.3.1. Дальнейшее развитие 3D-печати  . . . . . . . . . . . . . 74

Содержание

1.4. Будущее. 4D-печать: новые материалы, меняющие 
характеристики и форму . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

1.4.1. Память формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

ГЛАВА 2. Знакомство с технологией 3D-печати  . . . . . . . . . . 86

2.1. Классификация технологий,  
применяемых в производстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

2.2.1. Формовочные методы (литьевое прессование, 
отливка, штамповка, выковка) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.1.2. Субтрактивные методы (станки с ЧПУ, 
обтачивание, сверление)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.1.3. Аддитивное производство (3D-печать) . . . . . . . . . 89
2.1.4. Сравнение по стоимости  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

2.2. Процесс 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

2.2.1. Создание 3D-файла  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.2.2. Создание STL-файла и операции над ним . . . . . . . 93
2.2.3. Печать . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.2.4. Удаление напечатанного . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.2.5. Постобработка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

ГЛАВА 3. Введение в методы 3D-печати  
и их классификация  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.1. Классификация технологий 3D-печати . . . . . . . . . . . . 99
3.2. Материалы, применяемые в 3D-печати . . . . . . . . . . . 105

3.2.1. Полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.2.2. Металл  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.2.3. Другие материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

ГЛАВА 4. Экструзионные методы 3D-печати  . . . . . . . . . . . 109

4.1. Экструзия материала – FFF (FDM)  . . . . . . . . . . . . . . 109

4.1.1. Технологии экструзии филамента. 3D-печать 
методом послойного наплавления (FFF/FDM) . . . . . . . 110
4.1.2. Конструкция и характеристики принтеров 
для FDM 3D-печати. Параметры этих принтеров . . . . . 110

Содержание

4.2. Аддитивное производство с помощью шнековой 
экструзии гранулированного материала  . . . . . . . . . . . . . 146

4.2.1. Некоторые ограничения, присущие 3D-печати 
с помощью экструзии филамента  . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.2.2. Устройство полимерного экструдера  . . . . . . . . . 147
4.2.3. Качественный анализ работы 
полимерного экструдера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.2.4. Современное состояние 3D-печати 
методом экструзии из гранул . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

ГЛАВА 5. Особенности FFF/FDM печати . . . . . . . . . . . . . . . 161

5.1. Искривление слоев при FFF/FDM печати . . . . . . . . . 161
5.2. Межслойная адгезия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
5.3. Поддержки для печатаемых деталей  
на FFF/FDM-принтерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
5.4. Растворимые поддержки при FFF-печати . . . . . . . . . 165
5.5. Заполнение области печати  
в FFF/FDM-технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.6. Точность FFF-печати  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.7. Материалы для FFF/FDM-печати  . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.8. Свойства филаментов, применяемых  
для FFF/FDM-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.9. Свойства наиболее популярных пластмассовых 
филаментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
5.9. Полимерные материалы с наполнителем  
ля экструзии материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.10. Постобработка деталей после FFF-печати . . . . . . . . 175
5.11. Преимущества и ограничения FFF/FDM-печати  . . . .178
5.12. Промышленная и настольная FFF-печать . . . . . . . . 178
5.13. Типичные области применения  
FFF/FDM-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.14. Новые разработки в технологии  
FFF/FDM-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Содержание

5.15. Металлическая FFF/FDM-печать – Metal X 
от Markforged и Desktop Metal DM Studio  . . . . . . . . . . . . 186
5.16. Интеграция электронных схем – Voxel8 DK . . . . . . 188
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

ГЛАВА 6. Полимеризация в резервуаре (ванночке) – 
 SLA/DLP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

6.1. Технологии полимеризации в резервуаре . . . . . . . . . 191

6.1.1. Стереолитография (SLA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.1.2. Цифровая светодиодная проекция (DLP) . . . . . . 194
6.1.3. SLA против DLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

6.2. Характеристики SLA/DLP-принтеров  . . . . . . . . . . . 196

6.2.1. Параметры принтера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
6.2.2. Печать в направлениях снизу вверх  
и сверху вниз. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
6.2.2.1. Печать снизу вверх  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

6.3. Структуры поддержки при SLA-печати  . . . . . . . . . . 204
6.4. Точность размеров при SLA/DLP печати. . . . . . . . . . 204
6.5. Материалы, использующиеся  
для SLA/DLP-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
6.6. Постобработка моделей, изготовленных  
на SLA/DLP принтерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
6.7. Преимущества и ограничения  
SLA/DLP-печати  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
6.8. Промышленная и настольная печать 
полимеризацией в резервуаре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
6.9. Распространенные области применения  
SLA/DLP-технологии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
6.10. Новые разработки в SLA/DLP-технологиях . . . . . . 213
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

ГЛАВА 7. Технология плавки порошков 
(полимеры) – SLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

7.1. Технологии плавки порошков,  
изготовленных из полимеров  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Содержание

7.2. Характеристики SLS-принтеров  . . . . . . . . . . . . . . . . 219

7.2.1. Параметры SLS-принтера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.2.2. Наполнение лотков в SLS-принтерах . . . . . . . . . 220
7.2.3. Адгезия слоев при SLS-печати  . . . . . . . . . . . . . . 221

7.3. Точность размеров при SLS-печати . . . . . . . . . . . . . . 222
7.4. Материалы, применяемые при SLS-печати . . . . . . . . 223
7.5. Постобработка изделий, полученных  
при SLS-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
7.6. Преимущества и ограничения при SLS-печати . . . . . 227
7.7. Наиболее распространенные области  
применения SLS-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

7.7.1. Изготовление функциональных деталей . . . . . . 228
7.7.2. Особенности мелкосерийного  
производства изделий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
7.7.3. Печать сложных каналов (с полым профилем) . . . .229

7.8. Перспективы новых разработок  
в SLS-технологиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
7.9. Печать с помощью мультиструйной плавки – НР . . . .230
7.10. Настольные SLS-принтеры Shareboot SnowWhite, 
Sintarec, Sinterit и Formlabs Fuse 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

ГЛАВА 8. Краткое описание технологии струйной  
3D-печати (DOD)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

8.1. Технологии струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . 235
8.2. Метод печати – подача по требованию . . . . . . . . . . . . 237
8.3. Параметры принтеров, применяемых  
при струйной 3D-печати  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
8.4. Поддержки при струйной печати . . . . . . . . . . . . . . . . 239
8.5. Матовая и глянцевая струйная печать  . . . . . . . . . . . 240
8.6. Соблюдение точности размеров при струйной  
3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
8.7. Основные материалы, используемые при струйной 
3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

Содержание

8.8. Особенности постобработки  
в струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
8.9. Основные преимущества и ограничения струйной 
3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
8.10. Наиболее распространенные области применения 
струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
8.11. Новые разработки для технологии  
струйной печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

ГЛАВА 9. Технология струйной печати связующим 
веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

9.1. Технологии струйной печати  
связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

9.1.1. Струйная печать связующим веществом  
с песком . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.1.2. Полноцветные модели при струйной печати 
связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
9.1.3. Печать песчаных стержней и форм  
для отливки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
9.1.4. Струйная печать связующим веществом  
с металлом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

9.2. Характеристики принтеров для струйной печати 
связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

9.2.1. Основные параметры принтера для струйной 
печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
9.2.2. Прочность изделий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
9.2.3. Заполнение лотка для порошка  . . . . . . . . . . . . . 257

9.3. Точность размеров при струйной печати  
связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
9.4. Наиболее распространенные материалы, 
использующиеся при струйной печати  
связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
9.5. Постобработка после струйной печати  
связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Содержание

9.6. Основные преимущества и недостатки струйной  
печати связующим веществом  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
9.7. Наиболее распространенные области применения 
струйной печати связующим веществом  . . . . . . . . . . . . . 261

9.7.1. Полноцветные модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
9.7.2. Струйная печать связующим веществом  
песчаных форм для литья  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
9.7.3. Функциональные металлические изделия . . . . . 263

Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

ГЛАВА 10. 3D-печать металлических изделий . . . . . . . . . . 265

10.1. Технологии плавки металлических порошков . . . . 265

10.1.1. Аддитивное производство и дизайн 
металлических прототипов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
10.1.2. Влияние технологических параметров  
на аддитивное производство и маршрутизация 
производства металлических компонентов  . . . . . . . . . 267
10.1.3. Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) 
и выборочная лазерная плавка (SLM) . . . . . . . . . . . . . . 271
10.1.4. Электронно-лучевая плавка (ЕВМ) . . . . . . . . . . 274

10.2. Характеристики принтера для плавки  
металлических порошков  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

10.2.1. Параметры принтера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
10.2.2. Поддержки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
10.2.3. Управление качеством поверхности изделий 
при печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

10.3. Соблюдение точности размеров  
в DMLS/SLM-технологиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
10.4. Материалы для 3D-печати плавкой  
металлических порошков  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
10.5. Особенности постобработки изделий 
 после DMLS/SLM-технологий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
10.6. Основные преимущества и недостатки  
DMLS/SLM-технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

10.6.1. Общие особенности методов  
DMLS/SLM 3D-печати  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

Содержание

10.6.2. Плавка металлических порошков  
или струйная печать связующим веществом . . . . . . . . 283

10.7. Распространенные области применения  
технологий DMLS/SLM  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

10.7.1. Стоматологическое применение . . . . . . . . . . . . 284
10.7.2. Медицинское применение . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
10.7.3. Аэрокосмическая и автомобильная  
области применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

10.8. Электродуговое наращивание  . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

10.8.1. DED-технология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
10.8.2. WAAM-принтер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

ГЛАВА 11. Основные правила для правильного  
выбора технологии 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

Заключение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

Библиографический список  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

Глоссарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

Предметный указатель  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время человечество вступает в период нового 

технологического уклада, который получил название Индустрия 
4.0. Основной чертой Индустрии 4.0 является создание 
и интеграция интеллектуальных производственных систем 
и информационных технологий, которые проникают во все 
структуры производства и могут обеспечить эффективное решение 
проблем, с которыми сталкивается промышленность. 
Аддитивное производство считается важным компонентом 
этого нового механизма. 

Настоящий учебник представляет собой введение в техно-

логии 3D-печати, которая является основной частью и базисом 
аддитивных технологий. 

Во введении основное внимание уделяется описанию осо-

бенностей Индустрии 4.0. Приводится ее определение и рассмотрены 
основные присущие ей факторы – широкое применение 
киберфизических систем, Интернета вещей, Интернета 
услуг, Интернета людей и облачных вычислений, коротко рассмотрена 
концепция облачного производства. Показана важность 
аддитивного производства при переходе на новый технологический 
уклад – Индустрию 4.0. Также выполнен 
аналитический обзор последних научных и технических достижений 
в этом направлении.

В первой главе рассматривается история появления и 

становления аддитивных технологий, а также развитие 
3D-печати от ранних систем быстрого прототипирования до современных 
технологий, 3D-принтеров и используемых материалов 
для 3D-печати. Также кратко рассмотрены возможные 
направления развития 3D-печати.

Во второй главе приведена классификация технологий, 

применяемых для изготовления материальных ценностей. 
Кратко рассмотрены этапы 3D-печати от создания начального 
CAD-файла или образа 3D-сканирования, его обработки, создание 
слайсер-модели и непосредственно 3D-печать прототипа 
детали, а также ее постобработка.

Предисловие

В третьей главе приводится классификация технологий 

3D-печати и материалов, которые применяются при 3D-печати. 
Рассмотрены также свойства этих материалов.

Четвертая глава посвящена технологии послойного на-

плавления полимерной нити (филамента) – fuse filament fab-
rication (FFF) или fuse deposition modelling (FDM). Кратко рассмотрены 
принципы FDM-печати и представлены основные 
характеристики FDM-принтеров. Рассмотрены основные элементы 
FDM-принтеров, такие как экструдер, фидер, печатающая 
головка, камера плавления, нагревательный блок и сопло. 
Также анализируется устройство платформы и различных 
кинематических систем, рассмотрены различные конструкции 
FFF/FDM-принтеров. Это самая большая глава по объему 
из-за того, что экструзионные методы 3D-печати получили 
наибольшее распространение в мире.

В пятой главе рассмотрены особенности FFF/FDM-печати 

и дана характеристика наиболее популярных материалов, 
из которых производятся филаменты.

Шестая глава посвящена обзору технологии 3D-печати с по-

мощью фотополимеризации полимера в ванночке, которая известна 
под названием стереолитография (SLA). Рассмотрены 
различные варианты 3D-печати с помощью стереолитографии и 
различные устройства 3D-принтеров для стереолитографии. 

Технология плавки полимерных порошков рассматрива-

ется в седьмой главе. Приведены особенности конструкции 
принтеров для спекания порошков и характеристики применяемых 
материалов для 3D-печати с помощью плавления полимерных 
порошков и особенности постобработки при стере-
олитографии. Кратко дана характеристика мультиструйной 
плавки.

В восьмой главе рассмотрен процесс струйной 3D-печати и 

его особенности. Также представлены конструкция и характеристики 
3D-принтера для струйной печати. Приведен список 
материалов, который может быть использован при струйной 
3D-печати, и разобраны особенности постобработки моделей, 
получаемых при струйной 3D-печати.

Предисловие

В девятой главе рассматривается струйная печать связую-

щим веществом. Обсуждается технология струйной 3D-печати 
связующим веществом, ее особенности, такие как прочность 
получаемых изделий и их применимость. Также рассматриваются 
устройство принтеров, которые используются в этой технологии, 
и материалы для этой печати.

Десятая 
глава 
посвящена 
рассмотрению 
технологий 

3D-печати металлических изделий. Рассматриваются технологии 
прямого лазерного спекания, выборочная лазерная 
плавка материала, металлическая струйная печать связующим 
веществом, технология одновременной подачи металлического 
порошка и энергии в оплавляемую область и технология 
электродугового наращивания металлической проволоки. 
Показаны принципиальные конструкции некоторых принтеров 
для 3D-печати металлом. Представлены различные металлические 
изделия, полученные с помощью рассмотренных 
технологий.

В одиннадцатой главе приведена сводная таблица особен-

ностей различных технологий 3D-печати, с помощью которой 
можно выбрать подходящую для стоящей задачи технологию 
3D-печати.

Авторы благодарят организацию ООО «АТ 2050» за предо-

ставленные материалы и возможность написать данную книгу. 
Авторы также благодарят Национальный центр промышленного 
дизайна и инноваций 2050.ЛАБ за предоставленную 
возможность ознакомиться с работой 3D-принтеров, печатающих 
металлические детали. Отдельную благодарность авторы 
выражают сотрудникам ООО «2050» М.А. Васильеву, 
А.И. Сотневу, и К. Силантьеву, а также сотруднику 2050.ЛАБ 
М. Чащину.

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

АМП – аддитивное металличе-

ское производство.

АП – аддитивное производство.

ВЧиМ – взаимодействие челове-

ка и машины.

ВВП – внутренний валовый про-

дукт.

ИВ – Интернет вещей.

ИКТ – информационно-компью-

терные технологии.

ИПл – Интернет платформ.

ИПс – Интернет пользователей.

ИУ – Интернет услуг.

ИУст – Интернет устройств.

КФПС – киберфизическая про-

мышленная система.

КФС – киберфизическая си-

стема.

МСП – малые и средние пред-

приятия.

НИОКР – научно-исследова-

тельские и опытно-конструкторские 
разработки.

ПВА – поливинилацетатный 

клей.

ПдАП – проектирование для 

аддитивного производства.

ПО – программное обеспечение.

ППФ – полимеры с памятью 

формы.

САПР – система автоматическо-

го проектирования.

СП – субтрактивное произ-

водство.

СПФ – сплавы с памятью фор-

мы.

СУП – система управления про-

изводством.

ТО – топологическая оптими-

зация.

УФ – ультрафиолет.

ФСИ – фонд содействия иннова-

циям.

ЧПУ – числовое программное 

управление.

ABA – cополимер акрилонитри-

ла, бутадиена и акрилата.

ABS – cополимер акрилони-

трила, бутадиена и стирола 
(АБС-сополимер).

ADAM – atomic diffusion 

additive manufacturing 
(атомно-диффузионное аддитивное 
производство).

AF – additive fabrication (адди-

тивное производство).

ALM – additive layer 

manufacturing (технология 
аддитивного слоя).

AM – additive manufacturing 

(аддитивное производство).

ASTM – American Society for 

Testing and Materials (Американское 
общество тестирования 
и материалов).

основные сокращения и обозначения

Big Data – аналитика больших 

данных.

BJ – binder jetting (струйная 

печать связующим материалом).


CAM – computer aided 

manufactu ring (автоматическое 
производство).

CDLP – continuous direct light 

processing (непрерывная 
прямая световая проекция).

CFF – continuous filament 

fabrication (непрерывное 
плавление нити).

CLIP – continuous liquid 

interface production (непрерывная 
проекционная 
печать с жидким интерфейсом).


DED – direct energy deposition 

(прямой подвод энергии).

DLP – digital light processing 

(световая светодиодная проекция).


DMD – digital micromirror 

device (система микро-
зеркал).

DMLS – direct metal laser 

sintering (прямое лазерное 
спекание).

DOD – drop on demand (подача 

по требованию).

DTM – desk top manufacturing 

(настольное производство).

EBM – electron beam melting 

(электронно-лучевая  
плавка).

EBSD – electron back scatter 

diffraction (электронная 
дифракция обратного рассеяния).


FDM – fused deposition 

modelling (моделирование 
методом послойного наплав-
ления).

FFF – fused filament fabrication 

(производство методом плавления 
нити).

FGF – fused granula fabrication 

(производство расплавленными 
гранулами).

FLM – fused layer modelling 

(моделирование расплавленного 
слоя).

FPM – fused pellet modelling 

(моделирование расплавом 
гранул).

GSM – graded structural material 

(градиентный структурированный 
материал).

HAZ – heat affected zone (зона 

термического влияния).

HDMR – hybrid deposition and 

subsequent micro-rolling 
(гибридное напыление и последующая 
микропрокатка).

HIPS – ударопрочный поли-

стирол.

IN100 – суперсплав на никеле-

вой основе.

Основные сокращения и обозначения

LAAM – laser assisted additive 

manufacturing (аддитивное 
производство с помощью 
лазера).

LAM – laser additive manufactu-

ring (лазерное аддитивное 
производство).

LAMZ – laser additive 

manufactured zone (зона 
аддитивного лазерного  
производства).

LBMD – laser based metal 

deposition (выборочное лазерное 
нанесение  
мате риала).

LENS – laser engineering net 

sharping (технология сетевого 
лазерного плавления).

LS – laser sinterinu (лазерное 

спекание).

MJ – material jetting (струйная 

3D-печать).

MJF – mulyi jet fusion (мульти-

струйная плавка).

NPJ – nanoparticle jetting 

(струйная печать металлическими 
наночастицами).

PA – полиамид.

PA 12 – полиамид 12.

PA 6 – полиамид 6.

PAM – polymer additive 

manufac turing (полимерное 
аддитивное производство).

PC – поликарбонат.

PE – полиэтилен.

PEEK – полиэфирэфиркетон.

PEI – полиэфиримид.

PETG – полиэтилентерефталат-

гликоль.

PLA – полилактид, полимолоч-

ная кислота, биоразлагаемый 
термопластичный алифатический 
полиэфир, мономером 
которого является молочная 
кислота.

PMMA – полиметилметакри-

лат, сополимеры метилме-
такрилата.

PP – полипропилен.

PPE – полифениленэфир, тер-

мопластичный материал 
с низкой плотностью.

PS – полистирол, полистироль-

ные пластики.

PVA – поливинилацетат.

PVC – поливинилхлорид.

RepRap – replication rapid 

prototype (быстрое изготовление 
прототипов).

SLA – stereolithography (то же, 

что и STL, стереолитогра-
фия, фотополимеризация 
жидкого полимера с использованием 
ультрафиолетового 
лазера, светодиодов).

SLM – selective laser melting 

(выборочная лазерная  
плавка).

SLS – selective laser sintering 

(селективное лазерное спекание).

основные сокращения и обозначения

SPJ – single pass jetting (плавка 

металлического порошка 
с распылением связующего).

STL – stereolithography (то же, 

что и SLA, стереолитогра-
фия, фотополимеризация 
жидкого полимера с использованием 
ультрафиолетового 
лазера, светодиодов).

TC11 – титановый сплав.

TPU – термопластичный поли-

уретан.

UAM – ultrasonic additive 

manufacturing (ультразвуковое 
аддитивное изготовление).


WAAM – wire and additive 

manufacturing (аддитивное 
производство с помощью 
электродуговой наплавки).

WAX – полимерный воск.

WSZ – wrought substrate zone 

(зона деформируемой подложки).

ВВЕДЕНИЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР: 

ИНДУСТРИЯ 4.0 И АДДИТИВНОЕ 

ПРОИЗВОДСТВО

В.1. Выгоды и риски Индустрии 4.0

В течение последних 200 лет технологии играли домини-

рующую роль в повышении производительности труда, что 
отразилось в трех промышленных революциях, т.е. механизации (
механизмы приводятся в действие паровыми двигателями 
в XIX веке), затем в массовом производстве (механизмы 
приводятся в действие электричеством, был введен в действие 
сборочный конвейер в начале XX века) и автоматизации (применение 
компьютеров в конце XX века) [1].

Одной из главных составляющих особенностей совре-

менного цивилизационного развития человечества является 
переход всего мирового мегасообщества на новый технологический 
уклад – Индустрию 4.0. Переход на новый уровень осуществляется 
в условиях глобализации, усиления тенденций 
десуверенизации государственных образований, актуализации 
проблем всех типов идентичности (от уровня индивидов 
до национально-государственной идентичности) и на основе 
так называемых сингулярных технологий, связанных с воздействием 
на человеческое сознание. Соответственно почти все 
государства мира, которые хотят быть субъектами, а не объектами 
мировой геополитики, сталкиваются со всеобъемлющими 
задачами модернизации в области экономики, политики, 
общественного сознания (прежде всего в переходных государствах, 
в которых все виды инициатив исходят в основном 
от правящих элит). В целом под модернизацией понимаются 
сложные процессы перехода устоявшихся общественных образований 
и традиционных обществ к современным обществам.

Сверхзадачи модернизации требуют новых научно-практи-

ческих разработок, которые включали бы анализ феноменов 
внешнего и внутреннего информационно-технологического,