Kako funkcionira 3D printanje?

Jedna od metoda aditivne proizvodnje je 3D ispis. To je "aditivno" utoliko što jednostavno slaže i spaja slojeve materijala kako bi stvorio stvarne objekte umjesto da treba blok materijala ili kalup. Može izgraditi složenije geometrije od "konvencionalnih" tehnologija, često je brz, ima jeftine fiksne troškove postavljanja i radi sa sve većim rasponom materijala. Inženjerski sektor to uvelike koristi, posebno pri izradi prototipova i razvoju laganih geometrija.

Aditivna proizvodnja i 3D ispis

Pojam "3D ispis" često se povezuje s kulturom proizvođača, amaterima i entuzijastima, stolnim pisačima, pristupačnim tehnikama ispisa poput FDM-a i jeftinim materijalima poput ABS-a i PLA-a. To je djelomično zbog pristupačnih stolnih pisača koji su proizašli iz RepRap pokreta, kao što su originalni MakerBot i Ultimaker, koji su pridonijeli demokratizaciji 3D ispisa i procvatu 3D ispisa 2009. godine.

Tehnologija 3D ispisa: Budućnost inovativne proizvodnje

3Dtiskanjepovijesti

Koncept proizvoda 3D ispisa započeo je 1970-ih. Godine 1981. japanski znanstvenik dr. Kodama, koji je prvi opisao proizvodnu metodu printanja sloj po sloj, isprobao je 3D printanje i osobno kreirao SLA (stereolithography) tehnologiju 3D printanja - fotoosjetljive smole polimerizirane ultraljubičastim svjetlom.

Nekoliko godina kasnije, američki znanstvenik Charles Hull također je proveo dubinsko istraživanje tehnologije SLA, te prijavio prvi patent SLA 1986. Osnovao 3D Systems i izdao svoj prvi komercijalni proizvod, SLA-1, 1988. (slika dolje)

Može se reći da je SLA najranije razvijena tehnologija 3D ispisa, pa kada su se kasnije pojavili SLS (Selective Laser Sintering) i FDM (Fused Deposition Modeling)

Godine 1988. Amerikanac Carl Deckard patentirao je SLS tehnologiju na Sveučilištu u Teksasu, što je još jedna tehnika 3D ispisa u kojoj laser lokalno spaja čestice praha zajedno za ispis. Iste je godine Scott Crump, jedan od osnivača Stratasysa, prijavio patent za modeliranje taloženja (FDM). Od 1980. do 1990. patentirane su sve tri glavne tehnologije 3D ispisa, označavajući početak razdoblja brzog razvoja u ovoj industriji. .

EOS GmbH je u Europi stvorio sustav dizajna za 3D ispis: sustav Stereos". Danas se njegovi 3D ispisani modeli u industrijskom sektoru koriste diljem svijeta za tehnologiju SLS 3D ispisa (Selective Laser Sintering) za plastiku i metale koji su prepoznati u.

Stratasys je 1992. godine odobrio FDM (Fused Deposition Modeling) patent tehnologije 3D ispisa, koji je razvio 3D pisače kako bi zadovoljio različite potrebe mnogih profesionalaca i pojedinaca.

Od 1993. do 1999. u industriji 3D ispisa pojavile su se različite tehnologije. U isto vrijeme, razvijalo se sve više i više novog CAD softvera i softvera za 3D modeliranje, na primjer, Sandersov prototip (sada nazvan Solidscape) koji je bio jedan od prvih stvorenih sudionika.

3D ispis aplikacija za više polja

2008. godine izašla je prva 3D printana protetika, što je dodatno povećalo udio 3D printanja u medijima. Ljudi su otkrili da 3D ispis ne samo da može ispisati tradicionalne dijelove, već se može primijeniti i na popravak ljudskog tijela. Ovaj nevjerojatni projekt medicinskog 3D ispisa kombinira sve dijelove biološkog uda i može se ispisati "kakav jest" bez naknadnog sastavljanja. Danas, u kombinaciji s 3D skeniranjem, 3D tiskane medicinske proteze i ortotika postaju sve jeftinije i brže kako bi zadovoljile potrebe pacijenata. Štoviše, te se proteze sve više optimiziraju i prilagođavaju morfologiji pacijenta. 3D printanje donosi nove mogućnosti masovne personalizacije. (dodaj sliku)

2009. bila je godina u kojoj su FDM patenti ušli u područje masovne potrošnje, što je otvorilo novi put za opsežne inovacije FDM 3D pisača. Kako su cijene stolnih 3D pisača padale, sve je više ljudi moglo obratiti pozornost na razvoj industrije 3D ispisa.

Godine 2013. američki predsjednik Barack Obama spomenuo je 3D ispis u svom govoru o stanju Unije kao glavni način proizvodnje budućnosti, čime je "3D ispis" postao apsolutna poštapalica. Sada je njegovo mjesto u svijesti javnosti vrlo istaknuto. Sve više malih i srednjih tvrtki iskorištava prednosti jeftine izrade prototipa koju pruža 3D ispis, potpuno ga integrirajući u svoje iteracijske, inovacijske i proizvodne procese.

3D printanje koncept automobila

Što se tiče građevinskih aplikacija, 3D tiskane kuće sada su stvarnost. Ljudi su se prvi put uselili u 3D tiskane kuće 2018. godine. Kuća ima površinu od 1022 četvorna metra, što je vrlo pogodno za život. Tiskanje je trajalo ukupno dva dana.

Klasifikacijski sustav 3D printanja o sličnostima i razlikama između proizvodnje i 3D printanja

Uzmimo za primjer izdubljenu loptu. Na površini je više od desetak cvjetova. Ako se obrađuje tradicionalnom strojnom obradom, to će biti vrlo problematično, a uzorci se moraju mijenjati jedan po jedan. A ako se odlučite za 3D ispis, nema rasipanja materijala, pa ima i naziv aditivna proizvodnja, što znači da se metodom postupnog gomilanja materijala izrađuju fizički dijelovi. Tradicionalna metoda je da se prvo napravi embrij, zatim se ukloni višak materijala, a preostali materijal je potrebnog oblika. Ako se otkrije problem, potrebno je otvoriti kalup i modificirati ga; dok 3D ispis koristi malo po malo akumulacije materijala, možete brzo vidjeti gotov proizvod.

Realizacija tehnologije 3D printanja

Tehnologija 3D ispisa primjenjuje se u industrijskoj proizvodnji. Ono što 3D ispis treba koristiti nije fizički objekt, već digitalni model. Ako želite 3D isprintati pravi objekt koji je ispred vas, onda morate koristiti računalo da ga modelirate ili 3D skenerom digitalizirati pravi objekt, odnosno 3D model, i možete isprintati stvari za samo petnaestak minuta. Trenutačno je tehnologija 3D ispisa podijeljena u četiri glavne kategorije: FDM, DLP/SLA i SLS

SLS-- laserski proces kalupljenja sinteriranjem

SLS je relativno visokotehnološki prah koji se topi u uvjetima visoke temperature laserskog zračenja. Raširite sloj tankog praha na radni stol, skenirajte presjek sloja laserskom zrakom kako biste podigli temperaturu do tališta, kako bi se ostvarilo sinteriranje i spajanje, ponovite nanošenje praha, sinterovanje, brušenje i sušenje dok se model ne formira. Zapravo, 3D printanje je uvijek iznova 2D printanje. Ako narežete predmet vrlo tanko, vidjet ćete da svaki komad ima oblik. Ako spojite sve oblike zajedno, dobit ćete trodimenzionalni objekt strukture. Stoga koristimo lasere za crtanje grafike. Otpornost SLS oblikovanih dijelova na okoliš (temperatura, vlaga i kemijska korozija) slična je otpornosti termoplastičnih materijala; dok je otpornost SLA lijevanih dijelova relativno slaba, na primjer, SLA obradaci lijevani epoksidnom smolom osjetljivi su na vlagu i kemikalije. Korozija, omekšat će i iskriviti se u okolini iznad 38°C, ali je točnost oblikovanja visoka.

SLA --stereolitografski proces kalupljenja

SLA je tehnologija polimeriziranja svjetlom, koja je trenutno relativno razvijena u Kini. "Stereolitografija" je kada laserska zraka ocrtava oblik prvog sloja predmeta na površini tekuće smole, a zatim se proizvodna platforma spušta za određenu udaljenost (između 0,05-0,025 mm), a zatim se skrutnuti sloj uranja u tekuću smolu, i tako dalje. Korištena smola je fotoosjetljiva smola, koja će nakon ozračivanja laserskom zrakom formirati čvrsto stanje, a model oblikovanja je brz i precizan.

DLP-- stereolitografski postupak kalupljenja

DLP digitalna obrada svjetla, poznata kao tehnologija laserskog oblikovanja. DLP 3D tehnologija ispisa ima mnogo sličnosti sa SLA 3D tehnologijom ispisa. Ako se proizvodnja usporedi s crtanjem kruga olovkom, tada je SLA tehnologija ekvivalentna crtanju sloj po sloj, dok je DLP ekvivalent izravnom žigosanju. Masovna proizvodnja kojoj težimo ima dvije vrlo važne točke, jedna je učinkovitost, a druga cijena materijala. Postoji 3D printer koji može ispisivati ​​stotine puta brže od tradicionalne proizvodnje, odnosno tehnologije licem u lice, koju je razvila tvrtka u Shenzhenu, Light Prism Technology. Za ispis šuplje lopte s tradicionalnim FDM 3D ispisom potrebno je 2-5 sati, a najbrže jedan sat, ali za ispis s najnovijom tehnologijom licem u lice potrebno je samo 10 minuta. Brzina ispisa je nevjerojatna. Nakon što je ovaj 3D ispis na tržištu, utjecaj na tradicionalne obrte i dalje je velik.

FDM -- Proces taloženog kalupljenja

U usporedbi s DLP i SLS tehnologijama, FDM tehnologija je relativno jednostavna, pa ima veliku publiku i lakše ulazi u obitelj. Prototip je izravno konstruiran iz 3D CAD podataka upotrebom termoplastičnog materijala koji se ekstrudira u polutaljenu nit, koja se nanosi sloj po sloj. Prednosti FDM tehnologije su jednostavna mehanička struktura, jednostavan dizajn, niski troškovi proizvodnje, troškovi održavanja i troškovi materijala, te nema zagađenja okoliša. Stoga je FDM također najraširenija tehnologija u kućnim stolnim 3D pisačima. To je relativno tradicionalna metoda ispisa, koja ne koristi laser i ima niske cijene, ali točnost nije velika i brzina ispisa je vrlo spora. Ovo je svima najpristupačnija metoda, a općenito se koristi na tržištu obrazovanja.

Utjecaj 3D ispisa na proizvodnju i tradicionalnu izradu

Prednosti 3D printanja

(1) Prilagodba

Uzimajući stomatologiju kao primjer, svačiji su zubi različiti, ali 3D printanje može riješiti kontradikciju između prilagođene proizvodnje i masovne proizvodnje, a masovna proizvodnja prilagođenih implantata, aparatića itd.

(2) uzorak u stvarnom vremenu

Zbog velike brzine 3D printanja, dizajner ujutro dizajnira verziju proizvoda, a voditelj može vidjeti gotov proizvod u podne, zatim dizajnira drugu verziju u 18 sati, te može vidjeti gotov proizvod sljedeće jutro, što uvelike ubrzava brzinu razvoja novih proizvoda. Ako nije posebno komplicirano, 3D printanje može proizvesti gotove proizvode za 3 sata, dok tradicionalna provjera svaki put traje 4-6 tjedana, tako da je ukupna brzina industrijskog dizajna također poboljšana.

(3) Nema zagađenja

 Budući da su sve proizvedene sirovine ekološki prihvatljive, cijeli proizvodni proces je proizvodnja bez zagađenja. Nema onečišćenja otpadnim plinovima i otpadnim vodama, niti otpada otpadnih materijala.

(4) Dataizacija

Kada digitalna stomatologija sazrije, tehnički zahtjevi za liječnike bit će znatno smanjeni. Pacijenti trebaju samo dvije minute koristiti instrument za skeniranje u bolnici i mogu znati uzroke i rješenja svih stomatoloških problema.

Osim toga, 3D ispis se također može koristiti za ortodonciju, ispis personaliziranih i prilagođenih prozirnih aparatića. Trebaju li se tijekom plastične operacije zubi pomaknuti ulijevo ili prema naprijed? Koliko milimetara pomaknuti? U prošlosti se dentalna kirurgija oslanjala isključivo na osobno iskustvo liječnika, no digitalna stomatologija povećala je stabilnost operacije i snizila tehnički prag za liječnike.

(5) Brzo

 U usporedbi s tradicionalnim industrijskim procesima, 3D ispis ne zahtijeva prethodne pripreme poput radne snage i transporta. Potrebni su mu samo strojevi i sirovine, a može se brzo pustiti u proizvodnju.

(6) Automatizacija

 Može se reći da postoji samo jedan 3D printer između virtualne mašte i stvarne stvari. Proizvodnja 3D printanja jednim ključem štedi puno troškova rada i ljudskih pogrešaka.