Com funciona la impressió 3D?

Un mètode de fabricació additiva és la impressió 3D. És "additiu", ja que simplement apila i fusiona capes de material per crear objectes reals en lloc de necessitar un bloc de material o un motlle. Pot construir geometries més complicades que les tecnologies "convencionals", sovint és ràpid, té costos de configuració fixos econòmics i funciona amb una gamma de materials cada cop més gran. El sector de l'enginyeria en fa un ús substancial, especialment a l'hora de crear prototips i desenvolupar geometries lleugeres.

Fabricació additiva i impressió 3D

El terme "impressió 3D" s'associa amb freqüència a la cultura del fabricant, aficionats i entusiastes, impressores d'escriptori, tècniques d'impressió accessibles com FDM i materials econòmics com ABS i PLA. Això es deu en part a les impressores d'escriptori assequibles sorgides del moviment RepRap, com ara MakerBot i Ultimaker originals, que van contribuir a la democratització de la impressió 3D i al boom de la impressió 3D del 2009.

Tecnologia d'impressió 3D: el futur de la fabricació innovadora

3Dimpressióhistòria

Els productes conceptuals d'impressió 3D van començar a la dècada de 1970. L'any 1981, el científic japonès Dr. Kodama, que va ser el primer a descriure el mètode de fabricació d'impressió capa per capa, va provar la impressió 3D i va crear personalment la tecnologia d'impressió 3D SLA (estereolitografia) resina fotosensible polimeritzada per llum ultraviolada.

Uns anys més tard, el científic nord-americà Charles Hull també va dur a terme una investigació en profunditat sobre la tecnologia de SLA i va presentar la primera patent de SLA el 1986. Va fundar 3D Systems i va llançar el seu primer producte comercial, el SLA-1, el 1988. (imatge a continuació)

Es pot dir que SLA és la tecnologia d'impressió 3D més primerenca desenvolupada, així que quan es van fer més tard SLS (sinterització làser selectiva) i FDM (modelació de deposició fusionada)

El 1988, el nord-americà Carl Deckard va patentar la tecnologia SLS a la Universitat de Texas, que és una altra tècnica d'impressió 3D en la qual un làser fusiona localment partícules de pols per imprimir. El mateix any, Scott Crump, un dels fundadors de Stratasys, va sol·licitar una patent per al modelatge de deposició fusionada (FDM). Entre 1980 i 1990, es van patentar les tres tecnologies principals d'impressió 3D, cosa que va marcar l'inici d'un període de ràpid desenvolupament en aquesta indústria. .

A Europa, EOS GmbH va crear un sistema de disseny per a la impressió 3D: el sistema Stereos. Avui dia, els seus models impresos en 3D al sector industrial s'utilitzen a tot el món per a la tecnologia d'impressió 3D SLS (Sinterització làser selectiva) per a plàstics i metalls reconeguts en.

L'any 1992, Stratasys va autoritzar la patent de tecnologia d'impressió 3D FDM (Fused Deposition Modeling), que va desenvolupar impressores 3D per satisfer les diferents necessitats de molts professionals i particulars.

Entre 1993 i 1999, van sorgir diverses tecnologies a la indústria de la impressió 3D. Paral·lelament, es van desenvolupar cada cop més programari CAD i programari de modelatge 3D, per exemple, Sanders Prototype (ara anomenat Solidscape) que va ser un dels primers participants creats.

Aplicacions d'impressió 3D multicamp

El 2008, va sortir la primera pròtesi impresa en 3D, que va augmentar encara més la quota de la impressió 3D als mitjans. La gent va descobrir que la impressió 3D no només pot imprimir peces tradicionals, sinó que també es pot aplicar a la reparació del cos humà. Aquest increïble projecte d'impressió 3D mèdica combina totes les parts d'una extremitat biològica i es pot imprimir "tal com és" sense cap muntatge posterior. Avui, combinades amb l'escaneig 3D, les pròtesis mèdiques impreses en 3D i les ortesis són cada cop més barates i ràpides per satisfer les necessitats dels pacients. A més, aquestes pròtesis estan cada cop més optimitzades i adaptades a la morfologia del pacient. La impressió 3D ofereix noves oportunitats per a la personalització massiva. (afegeix una imatge)

El 2009 va ser l'any en què les patents FDM van entrar en el camp del consum massiu, la qual cosa va obrir un nou camí per a la innovació àmplia de les impressores 3D FDM. A mesura que el preu de les impressores 3D d'escriptori va baixar, cada vegada més persones van poder prestar atenció al desenvolupament de la indústria de la impressió 3D.

El 2013, el president dels Estats Units, Barack Obama, va esmentar la impressió 3D en el seu discurs sobre l'estat de la Unió com el principal mode de producció del futur, fent de "impressió 3D" una paraula de moda absoluta. Ara, el seu lloc en la ment pública és molt destacat. Cada cop són més les petites i mitjanes empreses que aprofiten el prototipatge de baix cost que ofereix la impressió 3D, integrant-lo totalment en els seus processos d'iteració, innovació i producció.

Cotxe conceptual d'impressió 3D

Pel que fa a les aplicacions de construcció, les cases impreses en 3D són ara una realitat. La gent es va traslladar a cases impreses en 3D per primera vegada el 2018. La casa té una superfície de 1022 peus quadrats, que és molt habitable. Va trigar un total de dos dies a imprimir.

El sistema de classificació de la impressió 3D sobre les semblances i diferències entre la fabricació i la impressió 3D

Preneu com a exemple la bola buida. Hi ha més d'una dotzena de flors a la superfície. Si es processa mitjançant mecanitzat tradicional, serà molt problemàtic i els patrons s'han de modificar un per un. I si trieu la impressió 3D, no hi ha malbaratament de material, per la qual cosa també té un nom anomenat fabricació additiva, el que significa que el mètode d'acumulació gradual de materials s'utilitza per fabricar peces físiques. El mètode tradicional és fer primer l'embrió, després eliminar l'excés de material i el material restant té la forma necessària. Si es detecta un problema, cal obrir un motlle i modificar-lo; mentre que la impressió 3D utilitza poc a poc l'acumulació de material, podeu veure ràpidament el producte acabat.

Realització de tecnologia d'impressió 3D

La tecnologia d'impressió 3D s'aplica a la producció industrial. El que ha d'utilitzar la impressió 3D no és l'objecte físic, sinó el model digital. Si voleu imprimir en 3D l'objecte real que teniu davant, heu d'utilitzar un ordinador per modelar-lo, o utilitzar un escàner 3D per digitalitzar l'objecte real, és a dir, un model 3D, i podeu imprimir coses en tan sols quinze minuts. Actualment, la tecnologia d'impressió 3D es divideix en quatre categories principals: FDM, DLP/SLA i SLS.

SLS: procés d'emmotllament per sinterització làser

SLS és una pols relativament d'alta tecnologia que es fon en condicions d'alta temperatura d'irradiació làser. Esteneu una capa de pols prima al banc de treball i escanegeu la secció transversal de la capa amb el raig làser per augmentar la temperatura fins al punt de fusió, per tal d'aconseguir la sinterització i l'enllaç, repetiu la propagació de la pols, la sinterització, la mòlta i l'assecat fins que es formi el model. De fet, la impressió 3D és una impressió 2D una i altra vegada. Si talleu un objecte molt prim, trobareu que cada peça té una forma. Si ajunteu totes les formes, obteniu un objecte d'estructura tridimensional. Així que fem servir làsers per dibuixar gràfics. La resistència de les peces modelades SLS al medi ambient (temperatura, humitat i corrosió química) és similar a la dels materials termoplàstics; mentre que la resistència de les peces modelades SLA és relativament baixa, per exemple, les peces de treball SLA modelades amb resina epoxi són susceptibles a la humitat i als productes químics. La corrosió, s'estovarà i es deformarà en un entorn superior a 38 ° C, però la precisió de formació és alta.

SLA: procés d'emmotllament per estereolitografia

SLA és una tecnologia de fotopolimerització, que actualment està relativament desenvolupada a la Xina. "Estereolitografia" és quan el raig làser perfila la forma de la primera capa de l'objecte a la superfície de la resina líquida, i després la plataforma de producció es redueix a una certa distància (entre 0,05-0,025 mm), i després la capa solidificada s'immereix a la resina líquida, i així successivament. La resina utilitzada és una resina fotosensible, que formarà un estat sòlid després de ser irradiada pel raig làser, i el model de formació és ràpid i precís.

DLP: procés d'emmotllament per estereolitografia

Processament de llum digital DLP, conegut com a tecnologia de conformació làser. La tecnologia d'impressió 3D DLP té moltes similituds amb la tecnologia d'impressió 3D SLA. Si la producció s'assembla a dibuixar un cercle amb un llapis, aleshores la tecnologia SLA és equivalent a dibuixar capa per capa, mentre que DLP equival a estampar directament. La producció en massa que estem perseguint té dos punts molt importants, un és l'eficiència i l'altre és el cost del material. Hi ha una impressora 3D que pot imprimir centenars de vegades més ràpid que la fabricació tradicional, és a dir, la tecnologia cara a cara, que ha estat desenvolupada per una empresa de Shenzhen, Light Prism Technology. Es triga de 2 a 5 hores a imprimir una bola buida amb la impressió 3D FDM tradicional, i es triga una hora com a màxim, però només triguen uns 10 minuts a imprimir amb l'última tecnologia cara a cara. La velocitat d'impressió és increïble. Una vegada que aquesta impressió 3D estigui al mercat, l'impacte en l'artesania tradicional segueix sent gran.

FDM --Procés d'emmotllament per deposició per fusió

En comparació amb les tecnologies DLP i SLS, la tecnologia FDM és relativament senzilla, de manera que té una gran audiència i és més fàcil entrar a la família. El prototip es construeix directament a partir de les dades CAD 3D utilitzant el material termoplàstic que s'extrudeix en un filament semi-fos, que es diposita capa per capa. Els avantatges de la tecnologia FDM són una estructura mecànica senzilla, un disseny fàcil, un baix cost de fabricació, un cost de manteniment i un cost de material i sense contaminació per al medi ambient. Per tant, FDM també és la tecnologia més utilitzada a les impressores 3D d'escriptori domèstiques. És un mètode d'impressió relativament tradicional, que no utilitza làser i té un cost baix, però la precisió no és alta i la velocitat d'impressió és molt lenta. Aquest és el mètode més accessible per a tothom i s'utilitza generalment al mercat educatiu.

L'impacte de la impressió 3D en la fabricació i l'artesania tradicional

Avantatges de la impressió 3D

(1) Personalització

Prenent com a exemple l'odontologia, les dents de cadascú són diferents, però la impressió 3D pot resoldre la contradicció entre la producció personalitzada i la producció en massa, i la producció massiva d'implants, tirants, etc.

(2) mostra en temps real

A causa de la velocitat ràpida de la impressió 3D, el dissenyador dissenya una versió del producte al matí, i el líder pot veure el producte acabat al migdia, i després dissenya una altra versió a les 6 de la tarda, i pot veure el producte acabat l'endemà al matí, la qual cosa accelera molt la velocitat de desenvolupament de nous productes. Si no és especialment complicat, la impressió 3D pot produir productes acabats en 3 hores, mentre que la prova tradicional triga entre 4 i 6 setmanes cada vegada, de manera que també es millora la velocitat general del disseny industrial.

(3) Sense contaminació

 Com que les matèries primeres produïdes són totes respectuoses amb el medi ambient, tot el procés de producció és una producció lliure de contaminació. No hi ha contaminació de gasos residuals i aigües residuals, ni residus de materials sobrants.

(4) Dataització

Quan maduri l'odontologia digital, els requisits tècnics dels metges es reduiran molt. Els pacients només han d'utilitzar l'instrument per escanejar durant dos minuts a l'hospital, i poden conèixer les causes i solucions de tots els problemes dentals.

A més, la impressió 3D també es pot utilitzar per a l'ortodòncia, la impressió de tirants transparents personalitzats i personalitzats. Durant la cirurgia plàstica, les dents s'han de moure cap a l'esquerra o cap endavant? Quants mil·límetres cal moure? En el passat, la cirurgia dental es basava únicament en l'experiència personal del metge, però l'odontologia digital ha augmentat l'estabilitat de l'operació i ha rebaixat el llindar tècnic dels metges.

(5) Ràpid

 En comparació amb els processos industrials tradicionals, la impressió 3D no requereix preparacions prèvies com ara mà d'obra i transport. Només necessita màquines i matèries primeres, i es pot posar en producció ràpidament.

(6) Automatització

 Es pot dir que només hi ha una impressora 3D entre la imaginació virtual i la realitat. La producció d'una sola clau d'impressió 3D estalvia molts costos laborals i errors humans.