Ինչպե՞ս է աշխատում 3D տպագրությունը:

Հավելանյութերի արտադրության մեթոդը 3D տպագրությունն է: Այն «հավելում» է նրանով, որ նյութի բլոկի կամ կաղապարի կարիք ունենալու փոխարեն պարզապես կուտակում և միաձուլում է նյութի շերտերը՝ իրական առարկաներ ստեղծելու համար: Այն կարող է կառուցել ավելի բարդ երկրաչափություններ, քան «սովորական» տեխնոլոգիաները, հաճախ արագ է, ունի էժան ֆիքսված տեղադրման ծախսեր և աշխատում է անընդհատ աճող նյութերի շարքով: Ինժեներական ոլորտը էականորեն օգտագործում է այն, հատկապես թեթև երկրաչափություններ նախատիպեր պատրաստելիս և մշակելիս:

Հավելանյութերի արտադրություն և 3D տպագրություն

«3D տպագրություն» տերմինը հաճախ կապվում է արտադրողների մշակույթի, սիրողականների և էնտուզիաստների, աշխատասեղանի տպիչների, մատչելի տպագրության տեխնիկայի, օրինակ՝ FDM-ի և էժան նյութերի, ինչպիսիք են ABS-ը և PLA-ն: Սա մասամբ պայմանավորված է RepRap շարժումից առաջացած մատչելի սեղանադիր տպիչներով, ինչպիսիք են օրիգինալ MakerBot-ը և Ultimaker-ը, որոնք նպաստեցին 3D տպագրության դեմոկրատացմանը և 2009թ. 3D տպագրության բումին:

3D տպագրության տեխնոլոգիա. նորարարական արտադրության ապագան

3Dտպագրությունպատմությունը

3D տպագրության հայեցակարգային արտադրանքը սկսվել է 1970-ականներին: 1981 թվականին ճապոնացի գիտնական դոկտոր Կոդաման, ով առաջինն էր, ով նկարագրեց շերտ առ շերտ տպագրության արտադրության մեթոդը, փորձեց 3D տպագրությունը և անձամբ ստեղծեց SLA (ստերեոլիթոգրաֆիա) 3D տպագրության տեխնոլոգիան՝ ֆոտոզգայուն խեժը պոլիմերացված ուլտրամանուշակագույն լույսով:

Մի քանի տարի անց ամերիկացի գիտնական Չարլզ Հալը նույնպես խորը հետազոտություն անցկացրեց SLA-ի տեխնոլոգիայի վերաբերյալ և ներկայացրեց SLA-ի առաջին արտոնագիրը 1986 թվականին: Հիմնադրեց 3D Systems-ը և թողարկեց իր առաջին առևտրային արտադրանքը՝ SLA-1-ը, 1988 թվականին: (ստորև նկարը)

Կարելի է ասել, որ SLA-ն ամենավաղ զարգացած 3D տպագրության տեխնոլոգիան է, հետևաբար, ե՞րբ են ավելի ուշ SLS (Selective Laser Sintering) և FDM (Fused Deposition Modeling):

1988 թվականին ամերիկացի Կառլ Դեկարդը արտոնագրեց SLS տեխնոլոգիան Տեխասի համալսարանում, որը 3D տպագրության ևս մեկ տեխնիկա է, որտեղ լազերը տեղային կերպով միացնում է փոշի մասնիկները՝ տպելու համար: Նույն թվականին Stratasys-ի հիմնադիրներից մեկը՝ Սքոթ Քրամփը, դիմեց միաձուլված նստվածքների մոդելավորման (FDM) արտոնագրի համար։ 1980-ից 1990 թվականներին 3D տպագրության երեք հիմնական տեխնոլոգիաները բոլորն էլ արտոնագրվել են՝ նշանավորելով այս արդյունաբերության արագ զարգացման շրջանի սկիզբը: .

Եվրոպայում EOS GmbH-ը ստեղծեց 3D տպագրության դիզայնի համակարգ՝ Stereos» համակարգը: Այսօր արդյունաբերության ոլորտում նրա 3D տպագրված մոդելները օգտագործվում են ամբողջ աշխարհում SLS 3D տպագրության տեխնոլոգիայի համար (Selective Laser Sintering) պլաստիկների և մետաղների համար ճանաչված:

1992 թվականին FDM (Fused Deposition Modeling) 3D տպագրության տեխնոլոգիայի արտոնագիրը տրվել է Stratasys-ի կողմից, որը մշակել է 3D տպիչներ՝ բազմաթիվ մասնագետների և անհատների տարբեր կարիքները բավարարելու համար:

1993-1999 թվականներին 3D տպագրության ոլորտում ի հայտ են եկել տարբեր տեխնոլոգիաներ: Միևնույն ժամանակ, մշակվեցին ավելի ու ավելի շատ նոր CAD ծրագրակազմեր և 3D մոդելավորման ծրագրեր, օրինակ՝ Sanders Prototype (այժմ կոչվում է Solidscape), որը ստեղծվել է առաջին մասնակիցներից:

3D տպագրության բազմաֆունկցիոնալ ծրագրեր

2008 թվականին հայտնվեց առաջին 3D տպագրությամբ պրոթեզը, որն էլ ավելի մեծացրեց 3D տպագրության տեսակարար կշիռը լրատվամիջոցներում։ Մարդիկ պարզել են, որ 3D տպագրությունը կարող է ոչ միայն տպել ավանդական մասեր, այլև կիրառել մարդու մարմնի վերանորոգման համար: Բժշկական 3D տպագրության այս զարմանահրաշ նախագիծը միավորում է կենսաբանական վերջույթի բոլոր մասերը և կարող է տպվել «ինչպես կա», առանց որևէ հետագա հավաքման: Այսօր, 3D սկանավորման հետ համատեղ, 3D տպագրված բժշկական պրոթեզները և օրթեզները դառնում են ավելի էժան և արագ՝ բավարարելու հիվանդների կարիքները: Ավելին, այս պրոթեզները գնալով ավելի են օպտիմիզացվում և հարմարեցվում հիվանդի մորֆոլոգիային: 3D տպագրությունը նոր հնարավորություններ է տալիս զանգվածային անհատականացման համար: (ավելացնել նկար)

2009 թվականն այն տարին էր, երբ FDM արտոնագրերը մտան զանգվածային սպառման դաշտ, ինչը նոր ճանապարհ բացեց FDM 3D տպիչների լայնածավալ նորարարության համար: Քանի որ աշխատասեղանի 3D տպիչների գինը իջավ, ավելի ու ավելի շատ մարդիկ կարողացան ուշադրություն դարձնել 3D տպագրության ոլորտի զարգացմանը:

2013 թվականին ԱՄՆ նախագահ Բարաք Օբաման իր ելույթում նշել է 3D տպագրությունը որպես ապագա արտադրության հիմնական եղանակ՝ դարձնելով «3D տպագրությունը» բացարձակ բառ: Այժմ դրա տեղը հասարակական գիտակցության մեջ շատ ակնառու է: Ավելի ու ավելի շատ փոքր և միջին ընկերություններ օգտվում են 3D տպագրության էժան նախատիպերից՝ ամբողջությամբ ինտեգրելով այն իրենց կրկնվող, նորարարական և արտադրական գործընթացներին:

3D տպագրության հայեցակարգային մեքենա

Ինչ վերաբերում է շինարարական ծրագրերին, ապա 3D տպագրությամբ տներն այժմ իրականություն են: Մարդիկ առաջին անգամ տեղափոխվել են 3D տպագրությամբ տներ 2018 թվականին։ Տունը ունի 1022 քառակուսի ոտնաչափ տարածք, որը շատ բնակելի է։ Ընդհանուր առմամբ տպագրվել է երկու օր։

3D տպագրության դասակարգման համակարգը արտադրության և 3D տպագրության նմանությունների և տարբերությունների վրա

Որպես օրինակ վերցրեք փորված գնդակը: Մակերեւույթում կան ավելի քան մեկ տասնյակ ծաղիկներ: Եթե ​​այն մշակվի ավանդական հաստոցներով, ապա դա շատ անհանգիստ կլինի, և նախշերը պետք է մեկ առ մեկ փոփոխվեն: Իսկ եթե ընտրում եք 3D տպագրությունը, ապա նյութի վատնում չկա, ուստի այն ունի նաև անվանում՝ հավելումների արտադրություն, ինչը նշանակում է, որ ֆիզիկական մասերի արտադրության համար օգտագործվում է նյութերի աստիճանական կուտակման մեթոդը։ Ավանդական մեթոդը սկզբում սաղմը պատրաստելն է, հետո ավելորդ նյութը հեռացնելը, իսկ մնացած նյութը պահանջվող ձևն է: Եթե ​​խնդիր է հայտնաբերվում, ապա անհրաժեշտ է բացել կաղապարը և փոփոխել այն; մինչդեռ 3D տպագրությունը քիչ-քիչ օգտագործում է նյութի կուտակում, դուք կարող եք արագ տեսնել պատրաստի արտադրանքը:

3D տպագրության տեխնոլոգիայի իրականացում

Արդյունաբերական արտադրության մեջ կիրառվում է 3D տպագրության տեխնոլոգիա։ Այն, ինչ պետք է օգտագործել 3D տպագրությունը, ոչ թե ֆիզիկական օբյեկտն է, այլ թվային մոդելը: Եթե ​​ցանկանում եք 3D տպել ձեր առջև գտնվող իրական օբյեկտը, ապա պետք է օգտագործեք համակարգիչ՝ այն մոդելավորելու համար, կամ օգտագործեք 3D սկաներ՝ իրական առարկան, այսինքն՝ 3D մոդելը թվայնացնելու համար, և դուք կարող եք տպել իրերը ընդամենը տասնհինգ րոպեում: Ներկայումս 3D տպագրության տեխնոլոգիան բաժանված է չորս հիմնական կատեգորիաների՝ FDM, DLP/SLA և SLS:

SLS-- լազերային սինթրինգի ձուլման գործընթաց

SLS-ը համեմատաբար բարձր տեխնոլոգիական փոշի է, որը հալվում է լազերային ճառագայթման բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում: Բարակ փոշու շերտը տարածեք աշխատասեղանի վրա և լազերային ճառագայթով սկանավորեք շերտի խաչմերուկը, որպեսզի ջերմաստիճանը բարձրացվի մինչև հալման կետը, որպեսզի հասցնենք սինթինգը և կապը, կրկնել փոշի փռելը, փռելը, մանրացնելը և չորացնելը մինչև մոդելի ձևավորումը: Իրականում, 3D տպագրությունը 2D տպագրություն է նորից ու նորից: Եթե ​​առարկան շատ բարակ կտրատեք, ապա կտեսնեք, որ յուրաքանչյուր կտոր ունի իր ձևը: Եթե ​​բոլոր ձևերը միասին հավաքեք, կստանաք եռաչափ կառուցվածքի օբյեկտ: Այսպիսով, մենք օգտագործում ենք լազերներ գրաֆիկա նկարելու համար: SLS կաղապարված մասերի դիմադրությունը շրջակա միջավայրին (ջերմաստիճան, խոնավություն և քիմիական կոռոզիա) նման է ջերմապլաստիկ նյութերի դիմադրությանը. մինչդեռ SLA ձևավորված մասերի դիմադրությունը համեմատաբար վատ է, օրինակ, էպոքսիդային խեժով ձուլված SLA աշխատանքային մասերը ենթակա են խոնավության և քիմիական նյութերի: Կոռոզիայից, այն կփափկի և կծկվի 38°C-ից բարձր միջավայրում, բայց ձևավորման ճշգրտությունը բարձր է:

SLA - ստերեոլիթոգրաֆիայի կաղապարման գործընթաց

SLA-ն լուսամշակման տեխնոլոգիա է, որը ներկայումս համեմատաբար զարգացած է Չինաստանում: «Ստերեոլիթոգրաֆիան» այն է, երբ լազերային ճառագայթը հեղուկ խեժի մակերևույթի վրա ուրվագծում է առարկայի առաջին շերտի ձևը, այնուհետև արտադրական հարթակն իջեցվում է որոշակի հեռավորությամբ (0,05-0,025 մմ), այնուհետև ամրացված շերտը ընկղմվում է հեղուկ խեժի մեջ և այլն։ Օգտագործված խեժը ֆոտոզգայուն խեժ է, որը լազերային ճառագայթով ճառագայթվելուց հետո կձևավորվի պինդ վիճակ, և ձևավորման մոդելը արագ և ճշգրիտ է:

DLP-- ստերեոլիթոգրաֆիայի կաղապարման գործընթաց

DLP թվային լույսի մշակում, որը հայտնի է որպես լազերային ձևավորման տեխնոլոգիա: DLP 3D տպագրության տեխնոլոգիան շատ նմանություններ ունի SLA 3D տպագրության տեխնոլոգիայի հետ: Եթե ​​արտադրությունը նմանեցվում է մատիտով շրջան նկարելուն, ապա SLA տեխնոլոգիան համարժեք է շերտ առ շերտ նկարելուն, մինչդեռ DLP-ն համարժեք է ուղղակիորեն դրոշմելուն: Զանգվածային արտադրությունը, որը մենք հետապնդում ենք, ունի երկու շատ կարևոր կետ՝ մեկը արդյունավետությունն է, մյուսը՝ նյութական ծախսերը։ Գոյություն ունի 3D տպիչ, որը կարող է հարյուրավոր անգամ ավելի արագ տպել, քան ավանդական արտադրությունը, այսինքն՝ դեմ առ դեմ տեխնոլոգիան, որը մշակվել է Շենժենի մի ընկերության կողմից՝ Light Prism Technology: Ավանդական FDM 3D տպագրությամբ սնամեջ գնդակը տպելու համար տևում է 2-5 ժամ, իսկ ամենաարագը՝ մեկ ժամ, բայց դեմ առ դեմ վերջին տեխնոլոգիայով տպելու համար տևում է ընդամենը 10 րոպե: Տպման արագությունը զարմանալի է: Երբ այս 3D տպագրությունը շուկայում հայտնվի, ավանդական արհեստների վրա ազդեցությունը դեռ մեծ է:

FDM - Fused Deposition Molding Process

Համեմատած DLP և SLS տեխնոլոգիաների հետ՝ FDM տեխնոլոգիան համեմատաբար պարզ է, ուստի այն ունի մեծ լսարան և ավելի հեշտ է մտնել ընտանիք: Նախատիպը ուղղակիորեն կառուցված է 3D CAD տվյալների հիման վրա՝ օգտագործելով ջերմապլաստիկ նյութը, որը պետք է արտամղվի կիսահալած թելիկի մեջ, որը տեղադրվում է շերտ առ շերտ: FDM տեխնոլոգիայի առավելություններն են պարզ մեխանիկական կառուցվածքը, հեշտ դիզայնը, արտադրության ցածր արժեքը, պահպանման ծախսերը և նյութական ծախսերը և շրջակա միջավայրի աղտոտումը: Հետևաբար, FDM-ը նաև կենցաղային սեղանադիր 3D տպիչների մեջ ամենաշատ կիրառվող տեխնոլոգիան է: Դա համեմատաբար ավանդական տպագրության մեթոդ է, որը չի օգտագործում լազերային և ունի ցածր ինքնարժեք, սակայն ճշգրտությունը բարձր չէ, իսկ տպման արագությունը շատ դանդաղ է: Սա ամենահասանելի մեթոդն է բոլորի համար, և այն հիմնականում կիրառվում է կրթական շուկայում։

3D տպագրության ազդեցությունը արտադրության և ավանդական արհեստագործության վրա

3D տպագրության առավելությունները

(1) Անհատականացում

Ստոմատոլոգիան որպես օրինակ՝ բոլորի ատամները տարբեր են, բայց 3D տպագրությունը կարող է լուծել հակասությունը հարմարեցված արտադրության և զանգվածային արտադրության միջև, և զանգվածային արտադրում է հարմարեցված իմպլանտներ, բրեկետներ և այլն:

(2) նմուշ իրական ժամանակում

Եռաչափ տպագրության արագ արագության պատճառով դիզայները նախագծում է արտադրանքի տարբերակը առավոտյան, իսկ առաջատարը կարող է տեսնել պատրաստի արտադրանքը կեսօրին, իսկ հետո նախագծում է մեկ այլ տարբերակ՝ երեկոյան 6-ին, և կարող է տեսնել պատրաստի արտադրանքը հաջորդ առավոտ, ինչը մեծապես արագացնում է նոր արտադրանքի մշակման արագությունը: Եթե ​​դա առանձնապես բարդ չէ, 3D տպագրությունը կարող է պատրաստի արտադրանք արտադրել 3 ժամում, մինչդեռ ավանդական սրբագրումը յուրաքանչյուր անգամ տևում է 4-6 շաբաթ, ուստի արդյունաբերական դիզայնի ընդհանուր արագությունը նույնպես բարելավվում է:

(3) Ոչ աղտոտվածություն

 Քանի որ արտադրվող հումքը բոլորն էլ էկոլոգիապես մաքուր են, ամբողջ արտադրական գործընթացը աղտոտվածությունից զերծ արտադրություն է: Չկա արտանետվող գազի և կեղտաջրերի աղտոտում, ինչպես նաև մնացորդային նյութերի թափոններ:

(4) Տվյալների մշակում

Երբ թվային ստոմատոլոգիան հասունանա, բժիշկներին ներկայացվող տեխնիկական պահանջները զգալիորեն կկրճատվեն։ Հիվանդներին միայն անհրաժեշտ է օգտագործել գործիքը հիվանդանոցում երկու րոպե սկանավորելու համար, և նրանք կարող են իմանալ ատամնաբուժական բոլոր խնդիրների պատճառներն ու լուծումները:

Բացի այդ, 3D տպագրությունը կարող է օգտագործվել նաև օրթոդոնտիայի, անհատականացված և հարմարեցված թափանցիկ բրեկետների տպագրության համար: Պլաստիկ վիրահատության ժամանակ ատամները պետք է շարժվեն դեպի ձախ, թե՞ առաջ: Քանի միլիմետր շարժվել: Նախկինում ատամնաբուժությունը հիմնվում էր բացառապես բժշկի անձնական փորձի վրա, սակայն թվային ստոմատոլոգիան բարձրացրել է վիրահատության կայունությունը և իջեցրել բժիշկների տեխնիկական շեմը։

(5) Արագ

 Համեմատած ավանդական արդյունաբերական գործընթացների հետ՝ 3D տպագրությունը չի պահանջում նախնական նախապատրաստական ​​աշխատանքներ, ինչպիսիք են աշխատուժը և փոխադրումը: Նրան միայն մեքենաներ և հումք է պետք, և այն կարելի է արագ արտադրության մեջ դնել։

(6) Ավտոմատացում

 Կարելի է ասել, որ վիրտուալ երևակայության և իրականի միջև կա միայն մեկ 3D տպիչ։ 3D տպագրության մեկ բանալի արտադրությունը խնայում է շատ աշխատուժի ծախսեր և մարդկային սխալներ: