Hvordan fungerer 3D-print?

En additiv fremstillingsmetode er 3D-print. Det er "additivt" ved, at det simpelthen stabler og sammensmelter lag af materiale for at skabe faktiske objekter i stedet for at have brug for en blok af materiale eller en form. Den kan bygge mere komplicerede geometrier end "konventionelle" teknologier, er ofte hurtig, har billige faste opsætningsomkostninger og arbejder med et stadigt voksende udvalg af materialer. Ingeniørsektoren gør stor brug af det, især ved prototyper og udvikling af letvægtsgeometrier.

Additiv fremstilling og 3D-print

Udtrykket "3D-print" er ofte forbundet med producentkultur, amatører og entusiaster, desktopprintere, tilgængelige printteknikker som FDM og billige materialer som ABS og PLA. Dette skyldes til dels de overkommelige desktopprintere, der opstod fra RepRap-bevægelsen, såsom den originale MakerBot og Ultimaker, som bidrog til demokratiseringen af ​​3D-printning og 3D-udskrivningsboomet i 2009.

3D-printteknologi: Fremtiden for innovativ fremstilling

3Dtrykninghistorie

3D-printkonceptprodukter startede i 1970'erne. I 1981 prøvede den japanske videnskabsmand Dr. Kodama, som var den første til at beskrev fremstillingsmetoden til lag-for-lag-udskrivning, 3D-print og personligt skabte SLA (stereolitografi) 3D-printteknologi-lysfølsom harpiks polymeriseret af ultraviolet lys.

Et par år senere foretog den amerikanske videnskabsmand Charles Hull også dybdegående forskning i SLA-teknologien og indsendte det første patent på SLA i 1986. Grundlagde 3D Systems og udgav deres første kommercielle produkt, SLA-1, i 1988. (billedet nedenfor)

SLA kan siges at være den tidligst udviklede 3D-printteknologi, så hvornår kom SLS (Selective Laser Sintering) og FDM (Fused Deposition Modeling) senere

I 1988 patenterede amerikanske Carl Deckard SLS-teknologi ved University of Texas, som er en anden 3D-printteknik, hvor en laser lokalt smelter pulverpartikler sammen for at printe. Samme år ansøgte Scott Crump, en af ​​grundlæggerne af Stratasys, om et patent på fused deposition modeling (FDM). Fra 1980 til 1990 blev de tre hovedteknologier inden for 3D-print alle patenteret, hvilket markerede begyndelsen på en periode med hurtig udvikling i denne industri. .

I Europa har EOS GmbH skabt et designsystem til 3D-print: Stereos"-systemet. I dag bruges dets 3D-printede modeller i den industrielle sektor over hele verden til SLS 3D-printteknologi (Selective Laser Sintering) for plast og metaller, der er anerkendt i.

I 1992 blev FDM (Fused Deposition Modeling) 3D-printteknologi-patentet godkendt af Stratasys, som udviklede 3D-printere til at imødekomme de forskellige behov hos mange fagfolk og enkeltpersoner.

Fra 1993 til 1999 dukkede forskellige teknologier op i 3D-printindustrien. Samtidig blev der udviklet mere og mere ny CAD-software og 3D-modelleringssoftware, for eksempel Sanders Prototype (nu kaldet Solidscape), som var en af ​​de første deltagere, der blev skabt.

3D-print multi-field applikationer

I 2008 udkom den første 3D-printede protese, hvilket yderligere øgede andelen af ​​3D-print i medierne. Folk fandt ud af, at 3D-print ikke kun kan udskrive traditionelle dele, men også anvendes til reparation af menneskekroppen. Dette fantastiske medicinske 3D-printprojekt kombinerer alle dele af et biologisk lem og kan printes "som det er" uden efterfølgende montering. I dag, kombineret med 3D-scanning, bliver 3D-printede medicinske proteser og orthotics billigere og hurtigere for at imødekomme patienternes behov. Desuden bliver disse proteser i stigende grad optimeret og tilpasset patientens morfologi. 3D-print bringer nye muligheder for massepersonalisering. (tilføj billede)

2009 var året, hvor FDM-patenter kom ind på masseforbrugsområdet, hvilket åbnede en ny vej for omfattende innovation af FDM 3D-printere. Efterhånden som prisen på stationære 3D-printere faldt, var flere og flere mennesker i stand til at være opmærksomme på udviklingen af ​​3D-printindustrien.

I 2013 nævnte den amerikanske præsident, Barack Obama, 3D-print i sin State of the Union-tale som fremtidens vigtigste produktionsmåde, hvilket gjorde "3D-print" til et absolut buzzword. Nu er dens plads i offentligheden meget fremtrædende. Flere og flere små og mellemstore virksomheder drager fordel af den billige prototyping, der leveres af 3D-print, og integrerer det fuldt ud i deres iteration, innovation og produktionsprocesser.

3D-print konceptbil

Hvad angår byggeansøgninger, er 3D-printede huse nu en realitet. Folk flyttede ind i 3D-printede huse for første gang i 2018. Huset har et areal på 1022 kvadratmeter, hvilket er meget beboeligt. Det tog i alt to dage at printe.

Klassifikationssystemet for 3D-print om ligheder og forskelle mellem fremstilling og 3D-print

Tag den udhulede kugle som eksempel. Der er mere end et dusin blomster på overfladen. Bearbejdes det ved traditionel bearbejdning, vil det være meget besværligt, og mønstrene skal modificeres én efter én. Og vælger du 3D-print, er der intet spild af materiale, så det har også et navn, der hedder additiv fremstilling, hvilket betyder, at metoden med gradvist at ophobe materialer bruges til at fremstille fysiske dele. Den traditionelle metode er at fremstille embryonet først, derefter fjerne det overskydende materiale, og det resterende materiale er den nødvendige form. Hvis der opdages et problem, er det nødvendigt at åbne en form og ændre den; mens 3D-printning bruger lidt efter lidt materialeophobning, kan du hurtigt se det færdige produkt.

Realisering af 3D-printteknologi

3D-printteknologi anvendes til industriel produktion. Det, 3D-print skal bruge, er ikke det fysiske objekt, men den digitale model. Hvis du vil 3D-printe det rigtige objekt foran dig, så skal du bruge en computer til at modellere det, eller bruge en 3D-scanner til at digitalisere det rigtige objekt, altså en 3D-model, og du kan printe tingene ud på så lidt som et kvarter. På nuværende tidspunkt er 3D-printteknologi opdelt i fire hovedkategorier: FDM, DLP/SLA og SLS

SLS - lasersintringsstøbningsproces

SLS er et relativt højteknologisk pulver, der smelter under høje temperaturforhold med laserbestråling. Spred et lag tyndt pulver på arbejdsbordet, og scan lagets tværsnit med laserstrålen for at hæve temperaturen til smeltepunktet, for at realisere sintring og binding, gentag pulverspredning, sintring, slibning og tørring, indtil modellen er dannet. Faktisk er 3D-print 2D-print igen og igen. Hvis du skærer en genstand meget tynde, vil du opdage, at hvert stykke har en form. Hvis du sætter alle figurerne sammen, får du et tredimensionelt strukturobjekt. Så vi bruger lasere til at tegne grafik. SLS-støbte deles modstandsdygtighed over for miljøet (temperatur, fugtighed og kemisk korrosion) svarer til termoplastiske materialers; mens modstanden af ​​SLA-støbte dele er relativt dårlig, for eksempel, er SLA-emner støbt med epoxyharpiks modtagelige for fugt og kemikalier. Korrosion, det vil blødgøre og deformeres i et miljø over 38°C, men formningsnøjagtigheden er høj.

SLA -- Stereolitografi støbeproces

SLA er en lyshærdende teknologi, som på nuværende tidspunkt er relativt udviklet i Kina. "Stereolitografi" er, når laserstrålen skitserer objektets første lagform på overfladen af ​​den flydende harpiks, og derefter sænkes produktionsplatformen med en vis afstand (mellem 0,05-0,025 mm), og derefter nedsænkes det størknede lag i den flydende harpiks, og så videre. Den anvendte harpiks er en lysfølsom harpiks, som vil danne en fast tilstand efter at være blevet bestrålet af laserstrålen, og formningsmodellen er hurtig og præcis.

DLP - stereolitografi støbeproces

DLP digital lysbehandling, kendt som laser shaping-teknologi. DLP 3D printteknologi har mange ligheder med SLA 3D printteknologi. Hvis produktion sammenlignes med at tegne en cirkel med en blyant, så svarer SLA-teknologi til at tegne lag for lag, mens DLP svarer til direkte stempling. Den masseproduktion, vi forfølger, har to meget vigtige punkter, det ene er effektivitet, og det andet er materialeomkostninger. Der findes en 3D-printer, der kan printe hundredvis af gange hurtigere end traditionel fremstilling, altså ansigt-til-ansigt-teknologien, som er udviklet af en virksomhed i Shenzhen, Light Prism Technology. Det tager 2-5 timer at printe en hul kugle med traditionel FDM 3D-print, og det tager hurtigst en time, men det tager kun cirka 10 minutter at printe med den nyeste face-to-face-teknologi. Udskrivningshastigheden er fantastisk. Når først denne 3D-print er på markedet, er indvirkningen på traditionelt håndværk stadig stor.

FDM --Fused Deposition Molding Process

Sammenlignet med DLP- og SLS-teknologier er FDM-teknologien forholdsvis enkel, så den har et stort publikum og er nemmere at komme ind i familien. Prototypen er direkte konstrueret ud fra 3D CAD-data ved at bruge det termoplastiske materiale, der skal ekstruderes til en semi-smeltet filament, som aflejres på et lag-for-lag basis. Fordelene ved FDM-teknologi er enkel mekanisk struktur, let design, lave fremstillingsomkostninger, vedligeholdelsesomkostninger og materialeomkostninger og ingen forurening af miljøet. Derfor er FDM også den mest udbredte teknologi i husholdnings desktop 3D printere. Det er en relativt traditionel udskrivningsmetode, som ikke bruger laser og har lave omkostninger, men nøjagtigheden er ikke høj, og udskrivningshastigheden er meget langsom. Dette er den mest tilgængelige metode for alle, og den bruges generelt på uddannelsesmarkedet.

Indvirkningen af ​​3D-print på produktion og traditionelt håndværk

Fordele ved 3D-print

(1) Tilpasning

Tager man tandpleje som eksempel, er alles tænder forskellige, men 3D-print kan løse modsætningen mellem kundetilpasset produktion og masseproduktion, og masseproducerer skræddersyede implantater, bøjler mv.

(2) prøve i realtid

På grund af den høje hastighed af 3D-printning designer designeren en version af produktet om morgenen, og lederen kan se det færdige produkt ved middagstid, og designer derefter en anden version kl. 18.00 og kan se det færdige produkt næste morgen, hvilket i høj grad accelererer udviklingen af ​​nye produkters hastighed. Hvis det ikke er specielt kompliceret, kan 3D-print producere færdige produkter på 3 timer, mens traditionel korrektur tager 4-6 uger hver gang, så den overordnede hastighed af industrielt design er også forbedret.

(3) Ingen forurening

 Da de producerede råvarer alle er miljøvenlige, er hele produktionsprocessen en forureningsfri produktion. Der er ingen forurening af spildegas og spildevand, og ingen spild af restmaterialer.

(4) Dataisering

Når den digitale tandpleje modnes, vil de tekniske krav til læger blive stærkt reduceret. Patienterne skal kun bruge instrumentet til at scanne i to minutter på hospitalet, og de kan kende årsagerne til og løsningerne på alle tandproblemer.

Derudover kan 3D-print også bruges til tandregulering, udskrivning af personlige og tilpassede transparente seler. Skal tænderne under plastikkirurgi bevæge sig til venstre eller fremad? Hvor mange millimeter skal man flytte? Tidligere var tandkirurgi udelukkende baseret på lægens personlige erfaring, men digital tandpleje har øget stabiliteten i operationen og sænket den tekniske tærskel for læger.

(5) Hurtigt

 Sammenlignet med traditionelle industrielle processer kræver 3D-print ikke indledende forberedelser såsom mandskab og transport. Den behøver kun maskiner og råvarer, og den kan hurtigt sættes i produktion.

(6) Automatisering

 Man kan sige, at der kun er én 3D-printer mellem den virtuelle fantasi og den ægte vare. Den ene-nøgle produktion af 3D-print sparer mange arbejdsomkostninger og menneskelige fejl.