Nola funtzionatzen du 3D inprimaketak?

Fabrikazio gehigarriko metodo bat 3D inprimatzea da. "Gehigarria" da, material geruzak pilatu eta fusionatzen dituelako benetako objektuak sortzeko, material bloke bat edo molde bat behar izan beharrean. Teknologia "ohiko" baino geometria konplikatuagoak eraiki ditzake, bizkorra da askotan, konfigurazio kostu finko merkeak ditu eta gero eta material sorta handiagoarekin lan egiten du. Ingeniaritza-sektoreak erabilera nabarmena egiten du, batez ere geometria arinak prototipatzen eta garatzen direnean.

Fabrikazio gehigarria eta 3D inprimaketa

"3D inprimaketa" terminoa maiz lotzen da sortzaileen kulturarekin, zaletuekin eta zaleekin, mahaigaineko inprimagailuekin, FDM bezalako inprimatze-teknik eskuragarriekin eta ABS eta PLA bezalako material merkeekin. Neurri batean, RepRap mugimendutik sortu ziren mahaigaineko inprimagailu merkeengatik gertatzen da, hala nola jatorrizko MakerBot eta Ultimaker, 3D inprimaketaren demokratizazioan eta 2009ko 3D inprimaketaren boom-a lagundu zutenak.

3D inprimatzeko teknologia: fabrikazio berritzailearen etorkizuna

3Dinprimatzeahistoria

3D inprimatzeko produktu kontzeptualak 1970eko hamarkadan hasi ziren. 1981ean, Kodama zientzialari japoniarrak, geruzaz geruza inprimatzeko fabrikazio-metodoa deskribatu zuen lehena izan zena, 3D inprimatzen saiatu zen, eta pertsonalki sortu zuen SLA (estereolitografia) 3D inprimaketa-teknologiako erretxina fotosentikorra argi ultramorearen bidez polimerizatua.

Urte batzuk geroago, Charles Hull zientzialari estatubatuarrak ere ikerketa sakona egin zuen SLAren teknologiari buruz, eta SLAren lehen patentea aurkeztu zuen 1986an. 3D Systems sortu eta bere lehen produktu komertziala, SLA-1, kaleratu zuen 1988an. (beheko irudia)

SLA 3D inprimatzeko teknologia garatuena dela esan daiteke, beraz, noiz egin zuten geroago SLS (Selective Laser Sintering) eta FDM (Fused Deposition Modeling).

1988an, Carl Deckard estatubatuarrak SLS teknologia patentatu zuen Texaseko Unibertsitatean, hau da, 3D inprimatzeko beste teknika bat, non laser batek hauts partikulak lokalean fusionatzen dituen inprimatzeko. Urte berean, Scott Crumpek, Stratasys-en sortzaileetako batek, deposizio fusionatuaren modelizazioa (FDM) patente bat eskatu zuen. 1980tik 1990era, 3D inprimaketaren hiru teknologia nagusiak patentatu ziren, industria honen garapen azkarreko garai baten hasiera markatuz. .

Europan, EOS GmbH-ek 3D inprimatzeko diseinu-sistema bat sortu zuen: Stereos" sistema. Gaur egun, industria-sektorean dituen 3D inprimatutako ereduak mundu osoan erabiltzen dira SLS 3D inprimatzeko teknologiarako (Selective Laser Sintering) urtean aitortutako plastiko eta metaletarako.

1992an, FDM (Fused Deposition Modeling) 3D inprimaketa-teknologiaren patentea baimendu zuen Stratasys-ek, 3D inprimagailuak garatu baitzituen profesional eta pertsona askoren behar ezberdinei erantzuteko.

1993tik 1999ra, 3D inprimaketaren industrian hainbat teknologia sortu ziren. Aldi berean, gero eta CAD software berri gehiago eta 3D modelatzeko software gehiago garatu ziren, adibidez, Sanders Prototype (gaur egun Solidscape izenekoa) sortu zen lehen parte-hartzaileetako bat izan zena.

3D inprimatzeko eremu anitzeko aplikazioak

2008an, 3D bidez inprimatutako lehen protesikoa atera zen, eta horrek komunikabideetan 3D inprimaketaren kuota areagotu zuen. Jendeak aurkitu zuen 3D inprimaketak pieza tradizionalak inprimatzeaz gain, giza gorputzaren konponketetan ere aplika daitekeela. 3D inprimaketa medikoko proiektu harrigarri honek gorputz-adar biologiko baten atal guztiak konbinatzen ditu eta "dagoen moduan" inprima daiteke, ondorengo muntaketarik gabe. Gaur egun, 3D eskaneatzearekin batera, 3D inprimatutako protesi medikoak eta ortesiak gero eta merkeagoak eta azkarragoak dira pazienteen beharrak asetzeko. Gainera, protesi hauek gero eta optimizatuagoak eta pazientearen morfologiara egokitzen dira. 3D inprimatzeak masa pertsonalizatzeko aukera berriak dakartza. (argazkia gehitu)

2009a izan zen FDM patenteak kontsumo masiboaren eremuan sartu ziren urtea, eta horrek bide berri bat ireki zuen FDM 3D inprimagailuen berrikuntza zabalerako. Mahaigaineko 3D inprimagailuen prezioa jaitsi ahala, gero eta jende gehiagok arreta jarri ahal izan zion 3D inprimaketaren industriaren garapenari.

2013an, Barack Obama AEBetako presidenteak 3D inprimaketa aipatu zuen Batasunaren Estatuaren hitzaldian etorkizuneko produkzio modu nagusi gisa, eta "3D inprimaketa" erabateko hitza bihurtu zen. Orain, bere lekua oso nabarmena da publikoaren gogoan. Gero eta enpresa txiki eta ertain gehiagok 3D inprimaketak eskaintzen duen kostu baxuko prototipoa aprobetxatzen ari dira, haien iterazio, berrikuntza eta ekoizpen prozesuetan guztiz integratuz.

3D inprimatzeko auto kontzeptuala

Eraikuntza aplikazioei dagokienez, 3D inprimatutako etxeak errealitate bat dira gaur egun. Jendea 3D inprimatutako etxeetara joan zen lehen aldiz 2018an. Etxeak 1022 metro koadroko azalera du, oso bizigarria dena. Guztira bi egun behar izan ditu inprimatzeko.

3D inprimaketaren sailkapen sistema fabrikazioaren eta 3D inprimaketaren arteko antzekotasun eta desberdintasunei buruz

Hartu zulotutako bola adibide gisa. Azalean dozena bat lore baino gehiago daude. Mekanizazio tradizionalez prozesatzen bada, oso zaila izango da, eta ereduak banan-banan aldatu behar dira. Eta 3D inprimaketa aukeratzen baduzu, ez dago material alferrik, beraz, fabrikazio gehigarri izeneko izena ere badu, hau da, materialak pixkanaka pilatzeko metodoa erabiltzen da pieza fisikoak fabrikatzeko. Metodo tradizionala lehenik enbrioia egitea da, gero gehiegizko materiala kentzea, eta gainerako materiala behar den forma da. Arazoren bat hautematen bada, beharrezkoa da molde bat ireki eta aldatzea; 3D inprimatzeak apurka-apurka material metaketa erabiltzen duen bitartean, azkar ikusi ahal izango duzu amaitutako produktua.

3D inprimaketa teknologiaren gauzatzea

3D inprimatzeko teknologia industria-ekoizpenean aplikatzen da. 3D inprimaketak erabili behar duena ez da objektu fisikoa, eredu digitala baizik. Zure aurrean dagoen objektu erreala 3D inprimatu nahi baduzu, orduan ordenagailu bat erabili behar duzu hura modelatzeko, edo 3D eskaner bat erabili benetako objektua digitalizatzeko, hau da, 3D eredu bat, eta gauzak hamabost minutu eskasean inprima ditzakezu. Gaur egun, 3D inprimatzeko teknologia lau kategoria nagusitan banatzen da: FDM, DLP/SLA eta SLS.

SLS -- laser bidezko sinterizazio prozesua

SLS goi-teknologiako hauts samarra da, laser irradiazioaren tenperatura altuko baldintzetan urtzen dena. Zabaldu hauts mehe geruza bat lan-mahaian, eta eskaneatu geruzaren ebakidura laser izpiarekin tenperatura urtze-puntura igotzeko, sinterizazioa eta lotura egiteko, errepikatu hautsaren hedapena, sinterizazioa, artezketa eta lehortzea eredua osatu arte. Izan ere, 3D inprimatzea 2D inprimatzea da behin eta berriz. Objektu bat oso mehe mozten baduzu, pieza bakoitzak forma bat duela ikusiko duzu. Forma guztiak elkartuz gero, hiru dimentsioko egitura objektu bat lortuko duzu. Beraz, laserrak erabiltzen ditugu grafikoak marrazteko. SLS moldatutako piezen erresistentzia ingurunearekiko (tenperatura, hezetasuna eta korrosio kimikoa) material termoplastikoen antzekoa da; SLA moldatutako piezen erresistentzia nahiko eskasa den bitartean, adibidez, epoxi erretxinaz moldatutako SLA piezak hezetasuna eta produktu kimikoak jasaten dituzte. Korrosioa, leundu eta okertuko da 38 °C-tik gorako ingurune batean, baina konformazio-zehaztasuna handia da.

SLA --estereolitografia moldatzeko prozesua

SLA argi sendatzeko teknologia bat da, gaur egun Txinan nahiko garatuta dagoena. "Estereolitografia" laser izpiak erretxina likidoaren gainazalean objektuaren lehen geruzaren forma markatzen duenean da, eta, ondoren, ekoizpen-plataforma distantzia jakin batean jaisten da (0,05-0,025 mm artean), eta gero solidotutako geruza erretxina likidoan murgiltzen da, eta abar. Erabilitako erretxina erretxina fotosentikorra da, laser izpiak irradiatu ondoren egoera solidoa osatuko duena, eta konformazio eredua azkarra eta zehatza da.

DLP-- estereolitografia moldatzeko prozesua

DLP argi digital prozesatzea, laser konformazio teknologia bezala ezagutzen dena. DLP 3D inprimatzeko teknologiak antzekotasun asko ditu SLA 3D inprimatzeko teknologiarekin. Ekoizpena zirkulu bat arkatz batekin marraztearekin alderatzen bada, SLA teknologia geruzaz geruza marraztearen baliokidea da, eta DLP zuzenean estanpatzearen baliokidea da. Lortzen ari garen ekoizpen masiboak bi puntu oso garrantzitsu ditu, bata eraginkortasuna eta bestea materialaren kostua. Badago fabrikazio tradizionala baino ehunka aldiz azkarrago inprima dezakeen 3D inprimagailu bat, hau da, aurrez aurreko teknologia, Shenzhen-ko enpresa batek, Light Prism Technology, garatu duena. 2-5 ordu behar dira bola huts bat inprimatzeko FDM 3D inprimaketa tradizionalarekin, eta ordubete behar da azkarren, baina 10 minutu inguru besterik ez dira behar aurrez aurre azken teknologiarekin inprimatzeko. Inprimatzeko abiadura harrigarria da. Behin 3D inprimaketa hau merkatuan dagoenean, eskulan tradizionalen eragina handia da oraindik.

FDM --Fused Deposition Moldeatze-prozesua

DLP eta SLS teknologiekin alderatuta, FDM teknologia nahiko sinplea da, beraz, audientzia handia du eta errazagoa da familian sartzea. Prototipoa 3D CAD datuetatik zuzenean eraikitzen da, erdi-urtutako harizpi batean estruituko den material termoplastikoa erabiliz, geruzaz geruza metatzen dena. FDM teknologiaren abantailak egitura mekaniko sinplea, diseinu erraza, fabrikazio-kostu baxua, mantentze-kostua eta material-kostua eta ingurumenerako kutsadurarik ez izatea dira. Hori dela eta, FDM etxeko mahaigaineko 3D inprimagailuetan gehien erabiltzen den teknologia ere bada. Inprimatzeko metodo nahiko tradizionala da, laserra erabiltzen ez duena eta kostu baxua duena, baina zehaztasuna ez da handia eta inprimatzeko abiadura oso motela da. Hau da guztientzako metodorik eskuragarriena, eta, oro har, hezkuntza-merkatuan erabiltzen da.

3D inprimaketaren eragina fabrikazioan eta artisautza tradizionalean

3D inprimaketaren abantailak

(1) Pertsonalizazioa

Odontologia adibidetzat hartuta, guztion hortzak desberdinak dira, baina 3D inprimatzeak ekoizpen pertsonalizatuaren eta ekoizpen masiboaren arteko kontraesana konpon dezake, eta masan ekoizten ditu pertsonalizatutako inplanteak, giltza, etab.

(2) laginketa denbora errealean

. Bereziki konplikatua ez bada, 3D inprimaketak amaitutako produktuak 3 ordutan ekoitzi ditzake, eta proba tradizionalak 4-6 aste irauten ditu bakoitzean, beraz, diseinu industrialaren abiadura orokorra ere hobetzen da.

(3) Kutsadurarik ez

 Ekoiztutako lehengaiak guztiak ingurumena errespetatzen dutenez, ekoizpen prozesu osoa kutsadurarik gabeko ekoizpena da. Ez dago hondakin-gasen eta hondakin-uren kutsadurarik, eta ez da hondakin-materialen hondakinik.

(4) Dataizazioa

Odontologia digitala heltzen denean, medikuen eskakizun teknikoak asko murriztuko dira. Gaixoek instrumentua soilik erabili behar dute ospitalean bi minutu eskaneatzeko, eta hortz arazo guztien arrazoiak eta irtenbideak ezagutu ditzakete.

Horrez gain, 3D inprimaketa ortodontziarako ere erabil daiteke, giltza garden pertsonalizatuak eta pertsonalizatuak inprimatzeko. Kirurgia plastikoan, hortzak ezkerrera ala aurrera mugitu behar dira? Zenbat milimetro mugitu? Iraganean, hortz-kirurgia medikuaren esperientzia pertsonalean oinarritzen zen soilik, baina odontologia digitalak ebakuntzaren egonkortasuna areagotu du eta medikuen atalase teknikoa jaitsi du.

(5) Azkar

 Prozesu industrial tradizionalekin alderatuta, 3D inprimaketak ez du aldez aurretiko prestaketarik behar, esate baterako, eskulana eta garraioa. Makinak eta lehengaiak baino ez ditu behar, eta azkar jar daiteke ekoizpenean.

(6) Automatizazioa

 Irudimen birtualaren eta gauza errealaren artean 3D inprimagailu bakarra dagoela esan daiteke. 3D inprimaketaren gako bakarreko ekoizpenak lan-kostu eta giza akats asko aurrezten ditu.