Hvernig virkar þrívíddarprentun?

Ein viðbótarframleiðsluaðferð er þrívíddarprentun. Það er „aukefni“ að því leyti að það staflar einfaldlega saman og blandar saman lögum af efni til að búa til raunverulega hluti í stað þess að þurfa efnisblokk eða mót. Það getur byggt upp flóknari rúmfræði en "hefðbundin" tækni, er oft fljótleg, hefur ódýran fastan uppsetningarkostnað og vinnur með sívaxandi úrval efna. Verkfræðigeirinn nýtir sér það verulega, sérstaklega við frumgerð og þróun léttar rúmfræði.

Aukaframleiðsla og þrívíddarprentun

Hugtakið „3D prentun“ er oft tengt við framleiðendamenningu, áhugamenn og áhugamenn, borðprentara, aðgengilega prenttækni eins og FDM og ódýrt efni eins og ABS og PLA. Þetta er að hluta til vegna hagkvæmra borðprentara sem komu fram úr RepRap hreyfingunni, svo sem upprunalega MakerBot og Ultimaker, sem stuðlaði að lýðræðisvæðingu þrívíddarprentunar og 2009 þrívíddarprentunaruppsveiflu.

Þrívíddarprentunartækni: Framtíð nýstárlegrar framleiðslu

3Dprentunsögu

Hugmyndavörur fyrir þrívíddarprentun hófust á áttunda áratugnum. Árið 1981 prófaði japanski vísindamaðurinn Dr. Kodama, sem var fyrstur til að lýsa lag-fyrir-lags prentunaraðferðinni, þrívíddarprentun og skapaði persónulega SLA (stereolithography) þrívíddarprentunartækni-ljósnæmt plastefni fjölliðað með útfjólubláu ljósi.

Nokkrum árum síðar gerði bandaríski vísindamaðurinn Charles Hull einnig ítarlegar rannsóknir á tækni SLA og lagði fram fyrsta einkaleyfið á SLA árið 1986. Stofnuðu 3D Systems og gáfu út sína fyrstu auglýsingavöru, SLA-1, árið 1988. (mynd að neðan)

Segja má að SLA sé elsta þróaða þrívíddarprentunartæknin, svo hvenær gerðu SLS (Selective Laser Sintering) og FDM (Fused Deposition Modeling) síðar

Árið 1988 fékk Bandaríkjamaðurinn Carl Deckard einkaleyfi á SLS tækni við háskólann í Texas, sem er önnur þrívíddarprentunartækni þar sem leysir sameinar duftagnir á staðnum til að prenta. Sama ár sótti Scott Crump, einn af stofnendum Stratasys, um einkaleyfi fyrir fused deposition modeling (FDM). Frá 1980 til 1990 voru þrjár helstu tækni þrívíddarprentunar öll með einkaleyfi, sem markar upphaf hraðrar þróunar í þessum iðnaði. .

Í Evrópu bjó EOS GmbH til hönnunarkerfi fyrir 3D prentun: Stereos" kerfið. Í dag eru 3D prentuð líkön þess í iðnaðargeiranum notuð um allan heim fyrir SLS 3D prentunartækni (Selective Laser Sintering) fyrir plast og málma sem viðurkennd eru í.

Árið 1992 var FDM (Fused Deposition Modeling) 3D prentunartækni einkaleyfi veitt af Stratasys, sem þróaði 3D prentara til að mæta mismunandi þörfum margra fagaðila og einstaklinga.

Frá 1993 til 1999 kom fram ýmis tækni í þrívíddarprentunariðnaðinum. Á sama tíma var þróaður sífellt fleiri nýr CAD hugbúnaður og þrívíddarlíkanahugbúnaður, til dæmis Sanders Prototype (nú kallaður Solidscape) sem var einn af fyrstu þátttakendum sem voru búnir til.

3D prentun fjölsviða forrit

Árið 2008 kom fyrsti þrívíddarprentaða stoðbúnaðurinn sem jók enn hlut þrívíddarprentunar í fjölmiðlum. Fólk komst að því að þrívíddarprentun er ekki aðeins hægt að prenta hefðbundna hluta heldur einnig hægt að nota til viðgerða á mannslíkamanum. Þetta ótrúlega læknisfræðilega þrívíddarprentunarverkefni sameinar alla hluta líffræðilegs útlims og hægt er að prenta það „eins og það er“ án nokkurrar síðari samsetningar. Í dag, ásamt þrívíddarskönnun, eru þrívíddarprentaðir læknisgervilir og hjálpartæki að verða ódýrari og hraðari til að mæta þörfum sjúklinga. Þar að auki eru þessi gervilið í auknum mæli fínstillt og aðlöguð að formgerð sjúklingsins. 3D prentun færir ný tækifæri til fjöldasérstillingar. (bæta við mynd)

Árið 2009 var árið sem FDM einkaleyfi komu inn á fjöldaneyslusviðið, sem opnaði nýja leið fyrir umfangsmikla nýsköpun á FDM 3D prenturum. Þegar verð á skrifborðs 3D prenturum lækkaði gátu fleiri og fleiri fylgst með þróun 3D prentunariðnaðarins.

Árið 2013 nefndi Barack Obama, forseti Bandaríkjanna, þrívíddarprentun í ríkisávarpi sínu sem aðal framleiðslumáta framtíðarinnar, sem gerði „þrívíddarprentun“ að algeru tískuorði. Nú er staður þess í huga almennings mjög áberandi. Sífellt fleiri lítil og meðalstór fyrirtæki nýta sér þá ódýru frumgerð sem þrívíddarprentun býður upp á og samþætta hana að fullu í endurtekningu, nýsköpun og framleiðsluferli.

Hugmyndabíll í þrívíddarprentun

Hvað byggingarumsóknir varðar eru þrívíddarprentuð hús núna að veruleika. Fólk flutti inn í þrívíddarprentuð hús í fyrsta skipti árið 2018. Húsið er 1022 fermetrar að flatarmáli, sem er mjög íbúðarhæft. Það tók alls tvo daga að prenta.

Flokkunarkerfi þrívíddarprentunar um líkindi og mun á framleiðslu og þrívíddarprentun

Tökum úthola boltann sem dæmi. Það eru meira en tugur blóma á yfirborðinu. Ef það er unnið með hefðbundinni vinnslu verður það mjög erfiður og verður að breyta mynstrinum eitt í einu. Og ef þú velur þrívíddarprentun er engin sóun á efni, svo það hefur líka nafn sem kallast aukefnaframleiðsla, sem þýðir að aðferðin við að safna efni smám saman er notuð til að framleiða efnishluta. Hefðbundin aðferð er að búa til fósturvísinn fyrst, fjarlægja síðan umfram efni og efnið sem eftir er er í nauðsynlegri lögun. Ef vandamál uppgötvast er nauðsynlegt að opna mót og breyta því; á meðan þrívíddarprentun notar smátt og smátt efnissöfnun geturðu fljótt séð fullunna vöru.

Framkvæmd þrívíddarprentunartækni

3D prentunartækni er beitt við iðnaðarframleiðslu. Það sem þrívíddarprentun þarf að nota er ekki efnislegi hluturinn, heldur stafræna líkanið. Ef þú vilt þrívíddarprenta raunverulegan hlut fyrir framan þig, þá verður þú að nota tölvu til að líkana hann, eða nota þrívíddarskanni til að stafræna hinn raunverulega hlut, það er að segja þrívíddarlíkan, og þú getur prentað hlutina út á allt að fimmtán mínútum. Sem stendur er þrívíddarprentunartækni skipt í fjóra meginflokka: FDM, DLP/SLA og SLS

SLS-- leysir sintrunarmótunarferli

SLS er tiltölulega hátækniduft sem bráðnar við háhitaskilyrði leysigeislunar. Dreifðu lagi af þunnu dufti á vinnubekkinn og skannaðu þversnið lagsins með leysigeislanum til að hækka hitastigið að bræðslumarki, til að átta sig á hertu og tengingu, endurtaktu duftdreifingu, hertu, mölun og þurrkun þar til líkanið er myndað. Í raun er þrívíddarprentun tvívíddarprentun aftur og aftur. Ef þú sneiðir hlut mjög þunnt, muntu komast að því að hver hluti hefur lögun. Ef þú setur öll formin saman færðu þrívítt byggingarhlut. Svo við notum leysir til að teikna grafík. Viðnám SLS mótaðra hluta við umhverfið (hitastig, raki og efnatæring) er svipað og hitaþjálu efni; en viðnám SLA mótaðra hluta er tiltölulega lélegt, til dæmis eru SLA vinnustykki mótuð með epoxýplastefni næm fyrir raka og efnum. Tæringu, það mun mýkjast og vinda í umhverfi yfir 38°C, en mótunarnákvæmni er mikil.

SLA --stereolithography mótunarferli

SLA er ljósherðandi tækni sem er tiltölulega þróuð í Kína um þessar mundir. "Stereolithography" er þegar leysigeislinn útlistar fyrsta lag lögun hlutarins á yfirborði fljótandi plastefnisins, og síðan er framleiðsluvettvangurinn lækkaður um ákveðna fjarlægð (á milli 0,05-0,025 mm), og síðan er storknað lagið sökkt í fljótandi plastefni, og svo framvegis. Plastefnið sem notað er er ljósnæmt plastefni, sem myndar fast ástand eftir að það hefur verið geislað af leysigeisla, og myndunarlíkanið er hratt og nákvæmt.

DLP - stereolithography mótunarferli

DLP stafræn ljósvinnsla, þekkt sem leysimótunartækni. DLP 3D prentunartækni hefur margt líkt með SLA 3D prentunartækni. Ef framleiðslu er líkt við að teikna hring með blýanti, þá jafngildir SLA tækni því að teikna lag fyrir lag, en DLP jafngildir stimplun beint. Fjöldaframleiðslan sem við erum að stunda hefur tvö mjög mikilvæg atriði, annað er skilvirkni og hitt er efniskostnaður. Það er til þrívíddarprentari sem getur prentað hundruð sinnum hraðar en hefðbundin framleiðsla, það er augliti til auglitis tækni, sem hefur verið þróuð af fyrirtæki í Shenzhen, Light Prism Technology. Það tekur 2-5 tíma að prenta holkúlu með hefðbundinni FDM þrívíddarprentun og tekur það hraðast klukkutíma en það tekur ekki nema um 10 mínútur að prenta með nýjustu augliti til auglitis tækni. Prenthraðinn er ótrúlegur. Þegar þessi þrívíddarprentun er komin á markaðinn eru áhrifin á hefðbundið handverk enn mikil.

FDM --Fused Deposition Molding Process

Í samanburði við DLP og SLS tækni er FDM tækni tiltölulega einföld, þannig að hún hefur stóran áhorfendahóp og er auðveldara að komast inn í fjölskylduna. Frumgerðin er smíðað beint úr 3D CAD gögnunum með því að nota hitaþjálu efnið sem á að pressa út í hálfbráðna þráð, sem er sett lag fyrir lag. Kostir FDM tækni eru einföld vélræn uppbygging, auðveld hönnun, lágur framleiðslukostnaður, viðhaldskostnaður og efniskostnaður og engin mengun fyrir umhverfið. Þess vegna er FDM einnig mest notaða tæknin í þrívíddarprenturum fyrir skrifborð til heimilisnota. Það er tiltölulega hefðbundin prentunaraðferð, sem notar ekki leysir og hefur lágan kostnað, en nákvæmni er ekki mikil og prenthraði er mjög hægur. Þetta er aðgengilegasta aðferðin fyrir alla og hún er almennt notuð á menntamarkaði.

Áhrif þrívíddarprentunar á framleiðslu og hefðbundið handverk

Kostir þrívíddarprentunar

(1) Sérsnið

Tökum tannlækningar sem dæmi þá eru tennur hvers og eins mismunandi en þrívíddarprentun getur leyst mótsögnina á milli sérsniðinnar framleiðslu og fjöldaframleiðslu og fjöldaframleiðir sérsniðnar ígræðslur, spelkur o.fl.

(2) sýnishorn í rauntíma

Vegna mikils hraða þrívíddarprentunar hannar hönnuðurinn útgáfu af vörunni á morgnana og leiðtoginn getur séð fullunna vöru á hádegi og hannar síðan aðra útgáfu klukkan 18 og getur séð fullunna vöru morguninn eftir, sem flýtir mjög fyrir þróun nýrra vara. Ef það er ekki sérstaklega flókið getur þrívíddarprentun framleitt fullunnar vörur á 3 klukkustundum, en hefðbundin prófun tekur 4-6 vikur í hvert skipti, þannig að heildarhraði iðnaðarhönnunar er einnig bættur.

(3) Engin mengun

 Þar sem hráefnin sem framleidd eru eru öll umhverfisvæn er allt framleiðsluferlið mengunarlaus framleiðsla. Það er engin mengun af úrgangsgasi og skólpsvatni og engin sóun á afgangsefnum.

(4) Gagnavæðing

Þegar stafrænar tannlækningar þroskast munu tæknilegar kröfur til lækna minnka til muna. Sjúklingar þurfa aðeins að nota tækið til að skanna í tvær mínútur á sjúkrahúsi og þeir geta þekkt orsakir og lausnir allra tannvandamála.

Að auki er einnig hægt að nota þrívíddarprentun fyrir tannréttingar, prenta persónulegar og sérsniðnar gagnsæjar spelkur. Á meðan á lýtaaðgerð stendur, eiga tennurnar að fara til vinstri eða fram? Hversu marga millimetra á að færa? Áður fyrr byggðu tannlækningar eingöngu á persónulegri reynslu læknisins en stafrænar tannlækningar hafa aukið stöðugleika starfseminnar og lækkað tæknilega þröskuld lækna.

(5) Hratt

 Í samanburði við hefðbundna iðnaðarferla þarf þrívíddarprentun ekki bráðabirgðaundirbúning eins og mannafla og flutninga. Það þarf aðeins vélar og hráefni og það er hægt að setja það í framleiðslu fljótt.

(6) Sjálfvirkni

 Það má segja að það sé aðeins einn þrívíddarprentari á milli sýndarímyndunar og alvöru. Ein lykilframleiðsla þrívíddarprentunar sparar mikinn launakostnað og mannleg mistök.