Jak funguje 3D tisk?

Jednou z aditivních výrobních metod je 3D tisk. Je „aditivní“ v tom, že jednoduše skládá a spojuje vrstvy materiálu, aby vytvořil skutečné objekty, místo aby potřeboval blok materiálu nebo formu. Dokáže vytvořit komplikovanější geometrie než „konvenční“ technologie, je často rychlý, má levné fixní náklady na nastavení a pracuje se stále rostoucí škálou materiálů. Inženýrský sektor jej výrazně využívá, zejména při prototypování a vývoji lehkých geometrií.

Aditivní výroba a 3D tisk

Termín „3D tisk“ je často spojován s kulturou výrobců, amatéry a nadšenci, stolními tiskárnami, dostupnými tiskovými technikami, jako je FDM, a levnými materiály, jako je ABS a PLA. Částečně je to kvůli cenově dostupným stolním tiskárnám, které vzešly z hnutí RepRap, jako jsou původní MakerBot a Ultimaker, které přispěly k demokratizaci 3D tisku a boomu 3D tisku v roce 2009.

Technologie 3D tisku: Budoucnost inovativní výroby

3Dtiskdějiny

Produkty konceptu 3D tisku začaly v 70. letech minulého století. V roce 1981 japonský vědec Dr. Kodama, který jako první popsal způsob výroby tisku po vrstvách, vyzkoušel 3D tisk a osobně vytvořil technologii 3D tisku SLA (stereolitografie) – fotocitlivou pryskyřici polymerovanou ultrafialovým světlem.

O několik let později provedl hloubkový výzkum technologie SLA také americký vědec Charles Hull a v roce 1986 předložil první patent SLA. V roce 1988 založil 3D Systems a vydal svůj první komerční produkt, SLA-1. (obrázek níže)

Dá se říci, že SLA je nejdříve vyvinutá technologie 3D tisku, takže kdy byly SLS (Selective Laser Sintering) a FDM (Fused Deposition Modeling) později

V roce 1988 si Američan Carl Deckard patentoval na Texaské univerzitě technologii SLS, což je další technika 3D tisku, při které laser lokálně spojuje částice prášku dohromady a tiskne. Ve stejném roce Scott Crump, jeden ze zakladatelů společnosti Stratasys, požádal o patent na modelování fúzovaného depozice (FDM). Od roku 1980 do roku 1990 byly všechny tři hlavní technologie 3D tisku patentovány, což znamenalo začátek období rychlého rozvoje v tomto odvětví. .

V Evropě EOS GmbH vytvořila konstrukční systém pro 3D tisk: systém Stereos". Dnes se její 3D tištěné modely v průmyslovém sektoru používají po celém světě pro technologii SLS 3D tisku (Selective Laser Sintering) pro plasty a kovy uznávané v.

V roce 1992 byl patentem technologie 3D tisku FDM (Fused Deposition Modeling) schválen společností Stratasys, která vyvinula 3D tiskárny, které splňují různé potřeby mnoha profesionálů i jednotlivců.

Od roku 1993 do roku 1999 se v průmyslu 3D tisku objevily různé technologie. Současně bylo vyvíjeno stále více nového CAD softwaru a softwaru pro 3D modelování, například Sanders Prototype (nyní nazývaný Solidscape), který byl jedním z prvních vytvořených účastníků.

3D tisk multi-field aplikace

V roce 2008 vyšla první 3D tištěná protetika, která dále zvýšila podíl 3D tisku v médiích. Lidé zjistili, že 3D tisk může nejen tisknout tradiční díly, ale může být také použit při opravách lidského těla. Tento úžasný projekt lékařského 3D tisku kombinuje všechny části biologické končetiny a lze jej vytisknout „tak jak je“ bez jakékoli následné montáže. Dnes jsou v kombinaci s 3D skenováním, 3D tištěné lékařské protézy a ortézy stále levnější a rychlejší, aby vyhovovaly potřebám pacientů. Navíc jsou tyto protézy stále více optimalizovány a přizpůsobeny morfologii pacienta. 3D tisk přináší nové možnosti pro masovou personalizaci. (přidat obrázek)

Rok 2009 byl rokem, kdy patenty FDM vstoupily do oblasti hromadné spotřeby, což otevřelo novou cestu pro rozsáhlé inovace FDM 3D tiskáren. Jak cena stolních 3D tiskáren klesala, stále více lidí mohlo věnovat pozornost rozvoji odvětví 3D tisku.

V roce 2013 americký prezident Barack Obama zmínil 3D tisk ve svém projevu o stavu Unie jako hlavní způsob výroby budoucnosti, čímž se „3D tisk“ stal absolutním módním slovem. Nyní je jeho místo v mysli veřejnosti velmi prominentní. Stále více malých a středních firem využívá výhod nízkonákladového prototypování poskytovaného 3D tiskem a plně jej integruje do svých iteračních, inovačních a výrobních procesů.

3D tisk koncept auta

Pokud jde o stavební aplikace, 3D tištěné domy jsou nyní realitou. Lidé se do 3D tištěných domů nastěhovali poprvé v roce 2018. Dům má rozlohu 1022 čtverečních stop, což je velmi dobře obyvatelné. Tisk trval celkem dva dny.

Klasifikační systém 3D tisku na podobnosti a rozdíly mezi výrobou a 3D tiskem

Vezměte si jako příklad vydlabanou kouli. Na povrchu je více než tucet květin. Pokud se zpracovává tradičním obráběním, bude to velmi problematické a vzory se musí jeden po druhém upravovat. A pokud zvolíte 3D tisk, nedochází k plýtvání materiálem, proto má také název zvaný aditivní výroba, což znamená, že k výrobě fyzických dílů se používá metoda postupného hromadění materiálů. Tradiční metodou je nejprve vyrobit embryo, poté odstranit přebytečný materiál a zbývající materiál má požadovaný tvar. Pokud je zjištěn problém, je nutné formu otevřít a upravit; zatímco 3D tisk využívá postupně akumulaci materiálu, můžete rychle vidět hotový produkt.

Realizace technologie 3D tisku

Technologie 3D tisku se uplatňuje v průmyslové výrobě. To, co 3D tisk potřebuje, není fyzický objekt, ale digitální model. Pokud chcete 3D tisknout skutečný předmět před sebou, musíte k jeho modelování použít počítač, nebo použít 3D skener k digitalizaci skutečného předmětu, tedy 3D modelu, a věci si vytisknete už za patnáct minut. V současné době se technologie 3D tisku dělí do čtyř hlavních kategorií: FDM, DLP/SLA a SLS

SLS -- proces tváření laserovým slinováním

SLS je relativně high-tech prášek, který taje za vysokoteplotních podmínek laserového ozařování. Naneste vrstvu tenkého prášku na pracovní stůl a naskenujte průřez vrstvy laserovým paprskem, abyste zvýšili teplotu na bod tání, abyste realizovali slinování a lepení, opakujte nanášení prášku, slinování, broušení a sušení, dokud se nevytvoří model. Ve skutečnosti je 3D tisk 2D tisk znovu a znovu. Pokud nakrájíte předmět velmi tenký, zjistíte, že každý kousek má tvar. Pokud dáte všechny tvary dohromady, dostanete trojrozměrný objekt struktury. Ke kreslení grafiky tedy používáme lasery. Odolnost lisovaných dílů SLS vůči prostředí (teplota, vlhkost a chemická koroze) je podobná jako u termoplastických materiálů; zatímco odolnost SLA lisovaných dílů je relativně nízká, například SLA obrobky lisované epoxidovou pryskyřicí jsou náchylné na vlhkost a chemikálie. Koroze měkne a deformuje se v prostředí nad 38 °C, ale přesnost tvarování je vysoká.

SLA --stereolitografický lisovací proces

SLA je technologie vytvrzování světlem, která je v současné době v Číně poměrně rozvinutá. "Stereolitografie" je, když laserový paprsek narýsuje tvar první vrstvy předmětu na povrchu tekuté pryskyřice a poté se produkční platforma sníží o určitou vzdálenost (mezi 0,05-0,025 mm) a poté se ztuhlá vrstva ponoří do tekuté pryskyřice atd. Použitá pryskyřice je fotocitlivá pryskyřice, která po ozáření laserovým paprskem vytvoří pevné skupenství a model tváření je rychlý a přesný.

DLP -- proces stereolitografického lisování

Digitální zpracování světla DLP, známé jako technologie laserového tvarování. Technologie 3D tisku DLP má mnoho podobností s technologií 3D tisku SLA. Pokud je výroba přirovnána ke kreslení kruhu tužkou, pak je technologie SLA ekvivalentní kreslení vrstvu po vrstvě, zatímco DLP je ekvivalentní přímému ražení. Hromadná výroba, kterou sledujeme, má dva velmi důležité body, jedním je efektivita a druhým jsou materiálové náklady. Existuje 3D tiskárna, která dokáže tisknout stokrát rychleji než tradiční výroba, tedy technologie tváří v tvář, kterou vyvinula společnost v Shenzhenu, Light Prism Technology. Tisk duté koule pomocí tradičního FDM 3D tisku trvá 2–5 hodin a nejrychleji to trvá hodinu, ale tisk pomocí nejnovější technologie tváří v tvář zabere jen asi 10 minut. Rychlost tisku je úžasná. Jakmile bude tento 3D tisk na trhu, dopad na tradiční řemesla je stále velký.

FDM -- Proces tváření taveného nanášení

Ve srovnání s technologiemi DLP a SLS je technologie FDM relativně jednoduchá, takže má velké publikum a je snazší vstoupit do rodiny. Prototyp je přímo zkonstruován z 3D CAD dat pomocí termoplastického materiálu, který má být vytlačován do poloroztaveného vlákna, které je nanášeno vrstva po vrstvě. Výhody technologie FDM jsou jednoduchá mechanická struktura, snadný design, nízké výrobní náklady, náklady na údržbu a materiál a žádné znečištění životního prostředí. Proto je FDM také nejrozšířenější technologií v domácích stolních 3D tiskárnách. Jedná se o poměrně tradiční tiskovou metodu, která nepoužívá laser a má nízkou cenu, ale přesnost není vysoká a rychlost tisku je velmi pomalá. Jedná se o nejdostupnější metodu pro každého a obecně se používá na vzdělávacím trhu.

Vliv 3D tisku na výrobu a tradiční řemeslo

Výhody 3D tisku

(1) Přizpůsobení

Vezmeme-li jako příklad stomatologii, zuby každého jsou jiné, ale 3D tisk může vyřešit rozpor mezi zakázkovou výrobou a hromadnou výrobou a hromadná výroba přizpůsobených implantátů, rovnátek atd.

(2) vzorek v reálném čase

Kvůli vysoké rychlosti 3D tisku designér navrhne verzi produktu ráno a vedoucí může vidět hotový produkt v poledne a poté navrhne další verzi v 18 hodin a může vidět hotový produkt další ráno, což výrazně urychluje rychlost vývoje nových produktů. Pokud to není nijak zvlášť složité, 3D tisk dokáže vyrobit hotové produkty za 3 hodiny, zatímco tradiční nátisk trvá pokaždé 4–6 týdnů, takže se zlepšuje i celková rychlost průmyslového designu.

(3) Žádné znečištění

 Protože všechny vyrobené suroviny jsou šetrné k životnímu prostředí, celý výrobní proces je výroba bez znečištění. Nedochází k žádnému znečištění odpadních plynů a odpadních vod a žádnému plýtvání zbytkovými materiály.

(4) Dataizace

Až digitální stomatologie dospěje, technické požadavky na lékaře se výrazně sníží. Pacientům stačí přístroj použít ke skenování po dobu dvou minut v nemocnici a mohou znát příčiny a řešení všech zubních problémů.

Kromě toho lze 3D tisk použít také pro ortodoncii, tisk personalizovaných a přizpůsobených průhledných rovnátek. Měly by se při plastické operaci zuby posunout doleva nebo dopředu? O kolik milimetrů se posunout? V minulosti se stomatochirurgie spoléhala pouze na osobní zkušenosti lékaře, digitální stomatologie však zvýšila stabilitu operace a snížila technický práh pro lékaře.

(5) Rychle

 Ve srovnání s tradičními průmyslovými procesy nevyžaduje 3D tisk předběžné přípravy, jako je pracovní síla a doprava. Potřebuje jen stroje a suroviny a dá se rychle zavést do výroby.

(6) Automatizace

 Dá se říci, že mezi virtuální imaginací a tou skutečnou je pouze jedna 3D tiskárna. Jednoklíčová výroba 3D tisku šetří spoustu mzdových nákladů a lidských chyb.