Як працуе 3D-друк?

Адным з метадаў адытыўнай вытворчасці з'яўляецца 3D-друк. Гэта "дабаўка" ў тым, што ён проста складвае і злівае пласты матэрыялу для стварэння сапраўдных аб'ектаў замест таго, каб мець патрэбу ў блоку матэрыялу або форме. Ён можа будаваць больш складаныя геаметрыі, чым "звычайныя" тэхналогіі, часта працуе хутка, мае танныя фіксаваныя выдаткі на ўстаноўку і працуе з пастаянна расце дыяпазонам матэрыялаў. Інжынерны сектар значна выкарыстоўвае яго, асабліва пры стварэнні прататыпаў і распрацоўцы палегчаных геаметрый.

Адытыўная вытворчасць і 3D-друк

Тэрмін "3D-друк" часта звязваюць з культурай вытворцы, аматарамі і энтузіястамі, настольнымі прынтарамі, даступнымі метадамі друку, такімі як FDM, і недарагімі матэрыяламі, такімі як ABS і PLA. Часткова гэта звязана з даступнымі настольнымі прынтарамі, якія з'явіліся ў выніку руху RepRap, такімі як арыгінальныя MakerBot і Ultimaker, якія спрыялі дэмакратызацыі 3D-друку і буму 3D-друку ў 2009 годзе.

Тэхналогія 3D-друку: будучыня інавацыйнай вытворчасці

3Dдрукгісторыі

Канцэпцыя 3D-друку пачалася ў 1970-х гадах. У 1981 годзе японскі вучоны доктар Кодама, які першым апісаў метад паслойнай друку, паспрабаваў 3D-друк і ўласнаручна стварыў тэхналогію 3D-друку SLA (стэрэалітаграфія) - фотаадчувальная смала, полимеризованная ультрафіялетавым святлом.

Некалькі гадоў пазней амерыканскі вучоны Чарльз Халл таксама правёў глыбокія даследаванні тэхналогіі SLA і прадставіў першы патэнт на SLA ў 1986 годзе. Заснаваў 3D Systems і выпусціў свой першы камерцыйны прадукт, SLA-1, у 1988 годзе. (малюнак ніжэй)

Можна сказаць, што SLA з'яўляецца самай ранняй распрацаванай тэхналогіяй 3D-друку, таму калі пазней з'явіліся SLS (селектыўнае лазернае спяканне) і FDM (мадэляванне плаўленым нанясеннем)

У 1988 годзе амерыканец Карл Дэкард запатэнтаваў у Тэхаскім універсітэце тэхналогію SLS, якая з'яўляецца яшчэ адной тэхналогіяй 3D-друку, пры якой лазер лакальна злівае часціцы парашка разам для друку. У тым жа годзе Скот Крамп, адзін з заснавальнікаў Stratasys, падаў заяўку на патэнт на мадэляванне плаўленага нанясення (FDM). З 1980 па 1990 гады ўсе тры асноўныя тэхналогіі 3D-друку былі запатэнтаваны, што паклала пачатак перыяду хуткага развіцця гэтай галіны. .

У Еўропе кампанія EOS GmbH стварыла сістэму праектавання для 3D-друку: сістэму Stereos". Сёння яе 3D-мадэлі ў прамысловым сектары выкарыстоўваюцца ва ўсім свеце для тэхналогіі 3D-друку SLS (Selective Laser Sintering) для пластмас і металаў, прызнаных у.

У 1992 годзе патэнт на тэхналогію 3D-друку FDM (Fused Deposition Modeling) быў дазволены кампаніяй Stratasys, якая распрацавала 3D-прынтары для задавальнення розных патрэб шматлікіх прафесіяналаў і прыватных асоб.

З 1993 па 1999 год у індустрыі 3D-друку з'явіліся розныя тэхналогіі. У той жа час распрацоўвалася ўсё больш і больш новага праграмнага забеспячэння САПР і праграмнага забеспячэння для 3D-мадэлявання, напрыклад, Sanders Prototype (цяпер называецца Solidscape), які быў адным з першых створаных удзельнікаў.

Шматпалявыя праграмы 3D-друку

У 2008 годзе выйшаў першы пратэз, надрукаваны на 3D, што яшчэ больш павялічыла долю 3D-друку ў СМІ. Людзі выявілі, што 3D-друк можа не толькі друкаваць традыцыйныя дэталі, але і прымяняцца для рамонту цела чалавека. Гэты дзіўны медыцынскі праект 3D-друку аб'ядноўвае ўсе часткі біялагічнай канечнасці і можа быць надрукаваны "як ёсць" без наступнай зборкі. Сёння ў спалучэнні з 3D-сканаваннем медыцынскія пратэзы і артапедычныя вырабы, надрукаваныя на 3D, становяцца ўсё танней і хутчэй, каб задаволіць патрэбы пацыентаў. Больш за тое, гэтыя пратэзы ўсё больш аптымізуюцца і адаптуюцца да марфалогіі пацыента. 3D-друк адкрывае новыя магчымасці для масавай персаналізацыі. (дадаць малюнак)

2009 год стаў годам, калі патэнты FDM увайшлі ў сферу масавага спажывання, што адкрыла новы шлях для шырокіх інавацый 3D-прынтараў FDM. Па меры падзення коштаў на настольныя 3D-прынтары ўсё больш і больш людзей змаглі звярнуць увагу на развіццё індустрыі 3D-друку.

У 2013 годзе прэзідэнт ЗША Барак Абама згадаў 3D-друк у сваёй прамове аб стане Саюза як асноўны спосаб вытворчасці будучыні, зрабіўшы «3D-друк» абсалютным модным словам. Цяпер яго месца ў грамадскай свядомасці вельмі прыкметнае. Усё больш і больш малых і сярэдніх кампаній карыстаюцца перавагамі недарагіх прататыпаў, якія забяспечвае 3D-друк, цалкам інтэгруючы іх у свае ітэрацыі, інавацыі і вытворчыя працэсы.

Канцэпт-кар 3D-друку

Што тычыцца прымянення ў будаўніцтве, 3D-друкаваныя дамы цяпер рэальнасць. Людзі ўпершыню пераехалі ў дамы, надрукаваныя на 3D, у 2018 годзе. Дом мае плошчу 1022 квадратных фута, што вельмі зручна для жыцця. Усяго друкавалася два дні.

Сістэма класіфікацыі 3D-друку на падабенства і адрозненні паміж вытворчасцю і 3D-друкам

Возьмем у якасці прыкладу выдзеўбаны мяч. На паверхні больш за дзясятак кветак. Калі яго апрацоўваць традыцыйнай механічнай апрацоўкай, гэта будзе вельмі клапотна, і ўзоры трэба змяняць адзін за адным. І калі вы выбіраеце 3D-друк, марнавання матэрыялу не будзе, таму яго таксама называюць адытыўнай вытворчасцю, што азначае, што метад паступовага назапашвання матэрыялаў выкарыстоўваецца для вытворчасці фізічных частак. Традыцыйны метад складаецца ў тым, каб спачатку зрабіць эмбрыён, затым выдаліць лішкі матэрыялу, а пакінуты матэрыял - неабходнай формы. Пры выяўленні праблемы неабходна адкрыць форму і змяніць яе; у той час як 3D-друк паступова назапашвае матэрыял, вы можаце хутка ўбачыць гатовы прадукт.

Рэалізацыя тэхналогіі 3D-друку

Тэхналогія 3D-друку прымяняецца ў прамысловай вытворчасці. 3D-друк павінен выкарыстоўваць не фізічны аб'ект, а лічбавую мадэль. Калі вы хочаце надрукаваць у 3D рэальны аб'ект перад вамі, вы павінны выкарыстоўваць камп'ютар, каб змадэляваць яго, або выкарыстаць 3D-сканер, каб алічбаваць рэальны аб'ект, гэта значыць 3D-мадэль, і вы зможаце раздрукаваць рэчы ўсяго за пятнаццаць хвілін. У цяперашні час тэхналогія 3D-друку дзеліцца на чатыры асноўныя катэгорыі: FDM, DLP/SLA і SLS

SLS-- працэс фармавання лазернага спякання

SLS - адносна высокатэхналагічны парашок, які плавіцца ў высокатэмпературных умовах лазернага апраменьвання. Раскладзеце пласт тонкага парашка на варштаце і праскануйце папярочны перасек пласта лазерным прамянём, каб павысіць тэмпературу да кропкі плаўлення, каб ажыццявіць спяканне і злучэнне, паўтарыце нанясенне парашка, спяканне, шліфоўку і сушку, пакуль не будзе сфарміравана мадэль. Фактычна, 3D-друк - гэта 2D-друк зноў і зноў. Калі нарэзаць прадмет вельмі тонка, вы ўбачыце, што кожны кавалак мае форму. Калі скласці ўсе фігуры разам, то атрымаецца аб'ект трохмернай структуры. Такім чынам, мы выкарыстоўваем лазеры для малявання графікі. Устойлівасць SLS-літых дэталяў да ўздзеяння навакольнага асяроддзя (тэмпературы, вільготнасці і хімічнай карозіі) падобная на ўстойлівасць тэрмапластычных матэрыялаў; у той час як устойлівасць SLA-літых дэталяў адносна нізкая, напрыклад, SLA-нарыхтоўкі, адлітыя з эпаксіднай смалы, успрымальныя да вільгаці і хімічных рэчываў. Карозія, яна размякчаецца і дэфармуецца ў асяроддзі вышэй за 38°C, але дакладнасць фармавання высокая.

SLA --працэс стэрэалітаграфічнага фармавання

SLA - гэта тэхналогія светлавога отвержденія, якая ў цяперашні час адносна развіта ў Кітаі. "Стэрэалітаграфія" - гэта калі лазерны прамень акрэслівае форму першага пласта аб'екта на паверхні вадкай смалы, а затым вытворчая платформа апускаецца на пэўную адлегласць (паміж 0,05-0,025 мм), а затым застылы пласт апускаецца ў вадкую смалу і г.д. Выкарыстоўваецца святлоадчувальная смала, якая ўтварае цвёрды стан пасля апраменьвання лазерным промнем, а мадэль фармавання хуткая і дакладная.

DLP-- працэс фармавання стэрэалітаграфіі

Лічбавая апрацоўка святла DLP, вядомая як тэхналогія лазернага фарміравання. Тэхналогія 3D-друку DLP мае шмат падабенства з тэхналогіяй 3D-друку SLA. Калі вытворчасць параўнаць з маляваннем круга алоўкам, то тэхналогія SLA эквівалентная нанясення пласта за пластом, а DLP - непасрэднаму штампоўцы. Масавая вытворчасць, якую мы праводзім, мае два вельмі важныя моманты: адна - эфектыўнасць, а другая - кошт матэрыялу. Існуе 3D-прынтар, які можа друкаваць у сотні разоў хутчэй, чым традыцыйная вытворчасць, гэта значыць тэхналогія тварам да твару, якая была распрацавана кампаніяй Light Prism Technology у Шэньчжэне. Каб надрукаваць полы шар з дапамогай традыцыйнага 3D-друку FDM, патрабуецца 2-5 гадзін, і гэта займае не больш за гадзіну, але гэта займае ўсяго каля 10 хвілін, каб раздрукаваць з дапамогай найноўшай тэхналогіі тварам да твару. Хуткасць друку дзіўная. Калі гэты 3D-друк з'явіцца на рынку, уплыў на традыцыйныя рамёствы па-ранейшаму вялікі.

FDM -- Працэс фармавання наплаўленым нанясеннем

У параўнанні з тэхналогіямі DLP і SLS тэхналогія FDM адносна простая, таму мае вялікую аўдыторыю і лягчэй уваходзіць у сям'ю. Прататып пабудаваны непасрэдна з дадзеных 3D CAD з выкарыстаннем тэрмапластычнага матэрыялу, які будзе экструдаваны ў паўрасплаўленую нітку, якая наносіцца пласт за пластом. Перавагамі тэхналогіі FDM з'яўляюцца простая механічная структура, лёгкая канструкцыя, нізкі кошт вытворчасці, кошт абслугоўвання і кошт матэрыялаў, а таксама адсутнасць забруджвання навакольнага асяроддзя. Такім чынам, FDM таксама з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўванай тэхналогіяй у бытавых настольных 3D-прынтарах. Гэта адносна традыцыйны метад друку, які не выкарыстоўвае лазер і мае нізкі кошт, але дакладнасць не высокая, а хуткасць друку вельмі нізкая. Гэта самы даступны спосаб для ўсіх, і ён звычайна выкарыстоўваецца на рынку адукацыі.

Уплыў 3D-друку на вытворчасць і традыцыйнае майстэрства

Перавагі 3D-друку

(1) Настройка

Прымаючы ў якасці прыкладу стаматалогію, зубы ва ўсіх розныя, але 3D-друк можа вырашыць супярэчнасць паміж індывідуальнай вытворчасцю і масавай вытворчасцю, і масава вырабляе персаналізаваныя імплантаты, брекеты і г.д.

(2) узор у рэжыме рэальнага часу

З-за высокай хуткасці 3D-друку дызайнер распрацоўвае версію прадукту раніцай, а кіраўнік можа ўбачыць гатовы прадукт апоўдні, а затым распрацоўвае іншую версію ў 6 вечара і можа ўбачыць гатовы прадукт на наступную раніцу, што значна паскарае хуткасць распрацоўкі новых прадуктаў. Калі гэта не асабліва складана, 3D-друк можа вырабіць гатовую прадукцыю за 3 гадзіны, у той час як традыцыйная праверка кожны раз займае 4-6 тыдняў, таму агульная хуткасць прамысловага дызайну таксама павышаецца.

(3) Няма забруджвання

 Паколькі вырабленая сыравіна з'яўляецца экалагічна чыстай, увесь вытворчы працэс з'яўляецца вытворчасцю без забруджванняў. Няма забруджвання адпрацаванымі газамі і сцёкавымі водамі, а таксама адходаў рэшткаў матэрыялаў.

(4) Dataization

Калі лічбавая стаматалогія разаўецца, тэхнічныя патрабаванні да лекараў будуць значна зніжаны. Пацыентам дастаткова выкарыстоўваць прыбор для сканавання на працягу двух хвілін у бальніцы, і яны змогуць ведаць прычыны і рашэнні ўсіх стаматалагічных праблем.

Акрамя таго, 3D-друк таксама можна выкарыстоўваць для артадантыі, друкуючы персаналізаваныя празрыстыя брекеты. Пры пластыцы зубы павінны ссоўвацца налева або наперад? На колькі міліметраў рухацца? У мінулым стаматалагічная хірургія абапіралася выключна на асабісты вопыт лекара, але лічбавая стаматалогія павысіла стабільнасць аперацыі і знізіла тэхнічны парог для лекараў.

(5) Хуткі

 У параўнанні з традыцыйнымі прамысловымі працэсамі, 3D-друк не патрабуе папярэдняй падрыхтоўкі, такой як працоўная сіла і транспарт. Яму патрэбны толькі машыны і сыравіна, і яго можна хутка запусціць у вытворчасць.

(6) Аўтаматызацыя

 Можна сказаць, што паміж віртуальным уяўленнем і рэальным ёсць толькі адзін 3D-прынтар. Вытворчасць 3D-друку з дапамогай аднаго ключа значна эканоміць працоўныя выдаткі і чалавечыя памылкі.