Como funciona a impresión 3D?

Un método de fabricación aditiva é a impresión 3D. É "aditivo", xa que simplemente apila e funde capas de material para crear obxectos reais en lugar de necesitar un bloque de material ou un molde. Pode construír xeometrías máis complicadas que as tecnoloxías "convencionais", moitas veces é rápido, ten custos fixos de configuración baratos e funciona cunha gama de materiais cada vez maior. O sector da enxeñaría fai un uso substancial dela, especialmente á hora de realizar prototipos e desenvolver xeometrías lixeiras.

Fabricación aditiva e impresión 3D

O termo "impresión 3D" adoita relacionarse coa cultura do fabricante, afeccionados e entusiastas, impresoras de escritorio, técnicas de impresión accesibles como FDM e materiais económicos como ABS e PLA. Isto débese en parte ás impresoras de escritorio asequibles que xurdiron do movemento RepRap, como MakerBot e Ultimaker orixinais, que contribuíron á democratización da impresión 3D e ao boom da impresión 3D de 2009.

Tecnoloxía de impresión 3D: o futuro da fabricación innovadora

3Dimpresiónhistoria

Os produtos de concepto de impresión 3D comezaron na década de 1970. En 1981, o científico xaponés Dr. Kodama, que foi o primeiro en describir o método de fabricación de impresión capa por capa, intentou a impresión 3D e creou persoalmente a tecnoloxía de impresión 3D SLA (estereolitografía) resina fotosensible polimerizada pola luz ultravioleta.

Uns anos máis tarde, o científico estadounidense Charles Hull tamén realizou unha investigación en profundidade sobre a tecnoloxía de SLA e presentou a primeira patente de SLA en 1986. Fundou 3D Systems e lanzou o seu primeiro produto comercial, o SLA-1, en 1988. (Imaxe abaixo)

Pódese dicir que SLA é a tecnoloxía de impresión 3D desenvolvida máis antigamente, entón cando se fixeron SLS (sinterización selectiva con láser) e FDM (modelado de deposición fundida) máis tarde

En 1988, o estadounidense Carl Deckard patentou a tecnoloxía SLS na Universidade de Texas, que é outra técnica de impresión 3D na que un láser fusiona localmente partículas de po para imprimir. O mesmo ano, Scott Crump, un dos fundadores de Stratasys, solicitou unha patente para o modelado de deposición fundida (FDM). De 1980 a 1990, as tres tecnoloxías principais de impresión 3D foron patentadas, o que supuxo o inicio dun período de rápido desenvolvemento nesta industria. .

En Europa, EOS GmbH creou un sistema de deseño para a impresión 3D: o sistema Stereos". Hoxe, os seus modelos impresos en 3D no sector industrial utilízanse en todo o mundo para a tecnoloxía de impresión 3D SLS (Sinterización láser selectiva) para plásticos e metais recoñecidos en.

En 1992, a patente da tecnoloxía de impresión 3D FDM (Fused Deposition Modeling) foi autorizada por Stratasys, que desenvolveu impresoras 3D para satisfacer as diferentes necesidades de moitos profesionais e particulares.

De 1993 a 1999, xurdiron varias tecnoloxías na industria da impresión 3D. Ao mesmo tempo, desenvolvéronse cada vez máis software CAD e software de modelado 3D, por exemplo, Sanders Prototype (agora chamado Solidscape) que foi un dos primeiros participantes creados.

Aplicacións multicampo de impresión 3D

En 2008, saíu a primeira prótesis impresa en 3D, o que aumentou aínda máis a participación da impresión 3D nos medios. A xente descubriu que a impresión 3D non só pode imprimir pezas tradicionais senón que tamén se pode aplicar á reparación do corpo humano. Este incrible proxecto médico de impresión 3D combina todas as partes dunha extremidade biolóxica e pódese imprimir "tal cual" sen montaxe posterior. Hoxe, combinado coa dixitalización en 3D, as próteses médicas impresas en 3D e as ortesis son cada vez máis baratas e rápidas para satisfacer as necesidades dos pacientes. Ademais, estas próteses están cada vez máis optimizadas e adaptadas á morfoloxía do paciente. A impresión 3D ofrece novas oportunidades de personalización masiva. (engadir imaxe)

2009 foi o ano no que as patentes FDM entraron no campo do consumo masivo, o que abriu un novo camiño para unha ampla innovación das impresoras 3D FDM. A medida que baixou o prezo das impresoras 3D de escritorio, máis e máis persoas puideron prestar atención ao desenvolvemento da industria da impresión 3D.

En 2013, o presidente dos Estados Unidos, Barack Obama, mencionou a impresión 3D no seu discurso sobre o Estado da Unión como o principal modo de produción do futuro, convertendo a "impresión 3D" nunha palabra de moda absoluta. Agora, o seu lugar na mente pública é moi destacado. Cada vez son máis as pequenas e medianas empresas que aproveitan a creación de prototipos de baixo custo que proporciona a impresión 3D, integrándoa plenamente nos seus procesos de iteración, innovación e produción.

Concepto de coche de impresión 3D

No que se refire ás aplicacións de construción, as casas impresas en 3D son agora unha realidade. A xente mudouse a casas impresas en 3D por primeira vez en 2018. A casa ten unha superficie de 1022 metros cadrados, que é moi habitable. Tardou un total de dous días en imprimir.

O sistema de clasificación da impresión 3D sobre as semellanzas e diferenzas entre a fabricación e a impresión 3D

Tome como exemplo a bola baleirada. Hai máis dunha ducia de flores na superficie. Se se procesa mediante mecanizado tradicional, será moi problemático e os patróns deben ser modificados un por un. E se elixes a impresión 3D, non hai desperdicio de material, polo que tamén ten un nome chamado fabricación aditiva, o que significa que o método de acumulación gradual de materiais utilízase para fabricar pezas físicas. O método tradicional é facer primeiro o embrión, despois eliminar o exceso de material e o material restante ten a forma necesaria. Se se detecta algún problema, é necesario abrir un molde e modificalo; mentres que a impresión 3D utiliza pouco a pouco a acumulación de material, podes ver rapidamente o produto acabado.

Realización de tecnoloxía de impresión 3D

A tecnoloxía de impresión 3D aplícase á produción industrial. O que necesita a impresión 3D non é o obxecto físico, senón o modelo dixital. Se queres imprimir en 3D o obxecto real que estás diante, debes usar unha computadora para modelala, ou usar un escáner 3D para dixitalizar o obxecto real, é dicir, un modelo 3D, e podes imprimir cousas en tan só quince minutos. Na actualidade, a tecnoloxía de impresión 3D divídese en catro categorías principais: FDM, DLP/SLA e SLS.

SLS: proceso de moldeo por sinterización láser

SLS é un po relativamente de alta tecnoloxía que se funde en condicións de alta temperatura de irradiación con láser. Estender unha capa de po fino no banco de traballo e escanear a sección transversal da capa co raio láser para elevar a temperatura ata o punto de fusión, para realizar a sinterización e a unión, repita o espallamento do po, a sinterización, a moenda e o secado ata que se forme o modelo. De feito, a impresión 3D é unha impresión 2D unha e outra vez. Se cortas un obxecto moi fino, verás que cada peza ten unha forma. Se xuntas todas as formas, obtén un obxecto de estrutura tridimensional. Así que usamos láseres para debuxar gráficos. A resistencia das pezas moldeadas SLS ao ambiente (temperatura, humidade e corrosión química) é semellante á dos materiais termoplásticos; mentres que a resistencia das pezas moldeadas SLA é relativamente pobre, por exemplo, as pezas SLA moldeadas con resina epoxi son susceptibles á humidade e aos produtos químicos. Corrosión, suavizarase e deformarase nun ambiente superior a 38 °C, pero a precisión de formación é alta.

SLA: proceso de moldeo por estereolitografía

SLA é unha tecnoloxía de fotopolimerización, que está relativamente desenvolvida na China na actualidade. A "estereolitografía" é cando o raio láser delinea a forma da primeira capa do obxecto na superficie da resina líquida e, a continuación, a plataforma de produción redúcese a unha certa distancia (entre 0,05-0,025 mm), e despois a capa solidificada está inmersa na resina líquida, etc. A resina utilizada é unha resina fotosensible, que formará un estado sólido despois de ser irradiada polo raio láser, e o modelo de formación é rápido e preciso.

DLP: proceso de moldeo por estereolitografía

Procesamento de luz dixital DLP, coñecido como tecnoloxía de modelado láser. A tecnoloxía de impresión 3D DLP ten moitas semellanzas coa tecnoloxía de impresión 3D SLA. Se a produción se compara a debuxar un círculo cun lapis, entón a tecnoloxía SLA é equivalente a debuxar capa por capa, mentres que DLP equivale a estampación directa. A produción en masa que estamos a perseguir ten dous puntos moi importantes, un é a eficiencia e o outro é o custo do material. Hai unha impresora 3D que pode imprimir centos de veces máis rápido que a fabricación tradicional, é dicir, a tecnoloxía cara a cara, que foi desenvolvida por unha empresa de Shenzhen, Light Prism Technology. Leva entre 2 e 5 horas imprimir unha bola oca coa impresión 3D FDM tradicional, e leva unha hora como máximo, pero só leva uns 10 minutos imprimir coa última tecnoloxía cara a cara. A velocidade de impresión é incrible. Unha vez que esta impresión 3D está no mercado, o impacto na artesanía tradicional segue sendo grande.

FDM - Proceso de moldeo por deposición fundida

En comparación coas tecnoloxías DLP e SLS, a tecnoloxía FDM é relativamente sinxela, polo que ten unha gran audiencia e é máis fácil entrar na familia. O prototipo constrúese directamente a partir dos datos CAD 3D utilizando o material termoplástico para ser extruído nun filamento semifundido, que se deposita capa por capa. As vantaxes da tecnoloxía FDM son unha estrutura mecánica sinxela, un deseño sinxelo, un baixo custo de fabricación, un custo de mantemento e un custo de material e non contaminar o medio ambiente. Polo tanto, FDM é tamén a tecnoloxía máis utilizada nas impresoras 3D de escritorio domésticas. É un método de impresión relativamente tradicional, que non usa láser e ten un custo baixo, pero a precisión non é alta e a velocidade de impresión é moi lenta. Este é o método máis accesible para todos e úsase xeralmente no mercado educativo.

O impacto da impresión 3D na fabricación e na artesanía tradicional

Vantaxes da impresión 3D

(1) Personalización

Tomando como exemplo a odontoloxía, os dentes de todos son diferentes, pero a impresión 3D pode resolver a contradición entre a produción personalizada e a produción en masa, e produce en masa implantes personalizados, aparatos ortopédicos, etc.

(2) mostra en tempo real

Debido á alta velocidade da impresión 3D, o deseñador deseña unha versión do produto pola mañá, e o líder pode ver o produto acabado ao mediodía, e despois deseña outra versión ás 18:00 horas, e pode ver o produto acabado á mañá seguinte, o que acelera moito a velocidade de desenvolvemento de novos produtos. Se non é particularmente complicado, a impresión 3D pode producir produtos acabados en 3 horas, mentres que a proba tradicional leva entre 4 e 6 semanas cada vez, polo que tamén se mellora a velocidade global do deseño industrial.

(3) Sen contaminación

 Dado que as materias primas producidas son todas respectuosas co medio ambiente, todo o proceso de produción é unha produción libre de contaminación. Non hai contaminación de gases residuais e augas residuais, nin desperdicio de materiais sobrantes.

(4) Dataización

Cando a odontoloxía dixital madure, os requisitos técnicos dos médicos reduciranse moito. Os pacientes só precisan utilizar o instrumento para escanear durante dous minutos no hospital e poden coñecer as causas e solucións de todos os problemas dentais.

Ademais, a impresión 3D tamén se pode utilizar para ortodoncia, imprimindo brackets transparentes personalizados e personalizados. Durante a cirurxía plástica, os dentes deben moverse cara á esquerda ou cara adiante? Cantos milímetros mover? No pasado, a cirurxía dental dependía unicamente da experiencia persoal do médico, pero a odontoloxía dixital aumentou a estabilidade da operación e baixou o limiar técnico para os médicos.

(5) Rápido

 En comparación cos procesos industriais tradicionais, a impresión 3D non require preparacións previas como man de obra e transporte. Só necesita máquinas e materias primas, e pódese poñer en produción rapidamente.

(6) Automatización

 Pódese dicir que só hai unha impresora 3D entre a imaxinación virtual e a real. A produción dunha única tecla da impresión 3D aforra moitos custos laborais e erros humanos.