როგორ მუშაობს 3D ბეჭდვა?

დანამატის წარმოების ერთ-ერთი მეთოდია 3D ბეჭდვა. ის არის „დამატებითი“ იმით, რომ უბრალოდ აგროვებს და აერთიანებს მასალის ფენებს, რათა შექმნას რეალური ობიექტები, ნაცვლად იმისა, რომ საჭირო გახდეს მასალის ბლოკი ან ფორმა. მას შეუძლია შექმნას უფრო რთული გეომეტრიები, ვიდრე "ჩვეულებრივი" ტექნოლოგიები, ხშირად სწრაფია, აქვს იაფი ფიქსირებული დაყენების ხარჯები და მუშაობს მასალების მუდმივად მზარდ ასორტიმენტთან. საინჟინრო სექტორი მას არსებითად იყენებს, განსაკუთრებით პროტოტიპების შექმნისა და მსუბუქი გეომეტრიის შემუშავებისას.

დანამატის წარმოება და 3D ბეჭდვა

ტერმინი „3D ბეჭდვა“ ხშირად უკავშირდება მწარმოებლის კულტურას, მოყვარულებს და ენთუზიასტებს, დესკტოპის პრინტერებს, ხელმისაწვდომ ბეჭდვის ტექნიკას, როგორიცაა FDM და იაფ მასალებს, როგორიცაა ABS და PLA. ეს ნაწილობრივ განპირობებულია ხელმისაწვდომ დესკტოპის პრინტერებით, რომლებიც წარმოიშვა RepRap მოძრაობიდან, როგორიცაა ორიგინალური MakerBot და Ultimaker, რამაც ხელი შეუწყო 3D ბეჭდვის დემოკრატიზაციას და 2009 წლის 3D ბეჭდვის ბუმს.

3D ბეჭდვის ტექნოლოგია: ინოვაციური წარმოების მომავალი

3Dბეჭდვაისტორია

3D ბეჭდვის კონცეფციის პროდუქტები დაიწყო 1970-იან წლებში. 1981 წელს იაპონელმა მეცნიერმა დოქტორმა კოდამამ, რომელმაც პირველმა აღწერა ფენა-ფენა ბეჭდვის წარმოების მეთოდი, სცადა 3D ბეჭდვა და პირადად შექმნა SLA (სტერეოლითოგრაფია) 3D ბეჭდვის ტექნოლოგია, ფოტომგრძნობიარე ფისოვანი პოლიმერიზებული ულტრაიისფერი შუქით.

რამდენიმე წლის შემდეგ ამერიკელმა მეცნიერმა ჩარლზ ჰულმა ასევე ჩაატარა ღრმა კვლევა SLA ტექნოლოგიაზე და წარადგინა SLA-ს პირველი პატენტი 1986 წელს. დააარსა 3D Systems და გამოუშვა პირველი კომერციული პროდუქტი SLA-1 1988 წელს. (სურათი ქვემოთ)

შეიძლება ითქვას, რომ SLA არის 3D ბეჭდვის ყველაზე ადრე განვითარებული ტექნოლოგია, ასე რომ, როდის მოხდა მოგვიანებით SLS (Selective Laser Sintering) და FDM (Fused Deposition Modeling)

1988 წელს ამერიკელმა კარლ დეკარდმა დააპატენტა SLS ტექნოლოგია ტეხასის უნივერსიტეტში, რომელიც არის კიდევ ერთი 3D ბეჭდვის ტექნიკა, რომელშიც ლაზერი ადგილობრივად აერთიანებს ფხვნილის ნაწილაკებს დასაბეჭდად. იმავე წელს, სკოტ კრამპმა, Stratasys-ის ერთ-ერთმა დამფუძნებელმა, შეიტანა განაცხადი შერწყმული დეპოზიციის მოდელირების (FDM) პატენტზე. 1980 წლიდან 1990 წლამდე 3D ბეჭდვის სამი ძირითადი ტექნოლოგია დაპატენტებული იყო, რაც ამ ინდუსტრიის სწრაფი განვითარების პერიოდის დასაწყისია. .

ევროპაში EOS GmbH-მა შექმნა დიზაინის სისტემა 3D ბეჭდვისთვის: Stereos" სისტემა. დღეს მისი 3D ბეჭდური მოდელები სამრეწველო სექტორში გამოიყენება მთელ მსოფლიოში SLS 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიისთვის (Selective Laser Sintering) პლასტმასის და ლითონებისთვის აღიარებული.

1992 წელს, FDM (Fused Deposition Modeling) 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის პატენტი ავტორიზებული იქნა Stratasys-ის მიერ, რომელმაც შეიმუშავა 3D პრინტერები მრავალი პროფესიონალისა და ინდივიდუალური მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად.

1993 წლიდან 1999 წლამდე 3D ბეჭდვის ინდუსტრიაში გაჩნდა სხვადასხვა ტექნოლოგიები. ამავდროულად, უფრო და უფრო ახალი CAD პროგრამული უზრუნველყოფა და 3D მოდელირების პროგრამული უზრუნველყოფა შემუშავდა, მაგალითად, Sanders Prototype (ამჟამად უწოდებენ Solidscape), რომელიც იყო ერთ-ერთი პირველი მონაწილე.

3D ბეჭდვის მრავალ სფეროს აპლიკაციები

2008 წელს გამოვიდა პირველი 3D ბეჭდვითი პროთეზი, რამაც კიდევ უფრო გაზარდა 3D ბეჭდვის წილი მედიაში. ხალხმა დაადგინა, რომ 3D ბეჭდვას შეუძლია არა მხოლოდ ტრადიციული ნაწილების დაბეჭდვა, არამედ ადამიანის სხეულის შეკეთებაშიც გამოყენება. ეს საოცარი სამედიცინო 3D ბეჭდვის პროექტი აერთიანებს ბიოლოგიური კიდურის ყველა ნაწილს და შეიძლება დაიბეჭდოს "როგორც არის" ყოველგვარი შემდგომი შეკრების გარეშე. დღეს, 3D სკანირებასთან ერთად, 3D პრინტიანი სამედიცინო პროთეზები და ორთოტიკები უფრო იაფი და სწრაფი ხდება პაციენტების საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად. უფრო მეტიც, ეს პროთეზები სულ უფრო ოპტიმიზებულია და ადაპტირებულია პაციენტის მორფოლოგიასთან. 3D ბეჭდვას ახალი შესაძლებლობები მოაქვს მასობრივი პერსონალიზაციისთვის. (დაამატე სურათი)

2009 წელი იყო, როდესაც FDM პატენტები შევიდა მასობრივი მოხმარების სფეროში, რამაც გახსნა ახალი გზა FDM 3D პრინტერების ფართო ინოვაციებისთვის. როგორც დესკტოპის 3D პრინტერების ფასი დაეცა, სულ უფრო მეტმა ადამიანმა შეძლო ყურადღების მიქცევა 3D ბეჭდვის ინდუსტრიის განვითარებაზე.

2013 წელს აშშ-ს პრეზიდენტმა ბარაკ ობამამ თავის მიმართვაში ახსენა 3D ბეჭდვა, როგორც მომავლის წარმოების მთავარი საშუალება, რითაც „3D ბეჭდვა“ აბსოლუტურ სიტყვად აქცია. ახლა მისი ადგილი საზოგადოების გონებაში ძალიან თვალსაჩინოა. სულ უფრო მეტი მცირე და საშუალო კომპანია სარგებლობს 3D ბეჭდვით უზრუნველყოფილი დაბალფასიანი პროტოტიპებით, სრულყოფილად აერთიანებს მას თავის გამეორებაში, ინოვაციურ და წარმოების პროცესებში.

3D ბეჭდვის კონცეფცია მანქანა

რაც შეეხება სამშენებლო აპლიკაციებს, 3D დაბეჭდილი სახლები ახლა რეალობაა. ხალხი 3D ბეჭდურ სახლებში პირველად 2018 წელს გადავიდა საცხოვრებლად. სახლის ფართობი 1022 კვადრატული ფუტია, რაც ძალიან მოსახერხებელია. დაბეჭდვას სულ ორი დღე დასჭირდა.

3D ბეჭდვის კლასიფიკაციის სისტემა წარმოებასა და 3D ბეჭდვას შორის მსგავსებისა და განსხვავებების შესახებ

აიღეთ ჩაღრმავებული ბურთი, როგორც მაგალითი. ზედაპირზე ათზე მეტი ყვავილია. თუ იგი დამუშავდება ტრადიციული დამუშავებით, ძალიან პრობლემური იქნება და შაბლონები სათითაოდ უნდა შეიცვალოს. და თუ აირჩევთ 3D ბეჭდვას, არ არის მასალის ნარჩენები, ამიტომ მას ასევე აქვს სახელი, რომელსაც ეწოდება დანამატის წარმოება, რაც ნიშნავს, რომ მასალების თანდათანობითი დაგროვების მეთოდი გამოიყენება ფიზიკური ნაწილების დასამზადებლად. ტრადიციული მეთოდია ჯერ ემბრიონის დამზადება, შემდეგ ზედმეტი მასალის მოცილება, დარჩენილი მასალა კი საჭირო ფორმისაა. თუ პრობლემა გამოვლინდა, აუცილებელია ყალიბის გახსნა და მისი მოდიფიცირება; მაშინ როცა 3D ბეჭდვა იყენებს ნელ-ნელა მასალის დაგროვებას, თქვენ შეგიძლიათ სწრაფად ნახოთ მზა პროდუქტი.

3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის რეალიზაცია

3D ბეჭდვის ტექნოლოგია გამოიყენება სამრეწველო წარმოებაში. 3D ბეჭდვისთვის საჭიროა არა ფიზიკური ობიექტი, არამედ ციფრული მოდელი. თუ გსურთ თქვენს წინაშე არსებული რეალური ობიექტის 3D ბეჭდვა, მაშინ უნდა გამოიყენოთ კომპიუტერი მის მოდელირებისთვის, ან გამოიყენოთ 3D სკანერი რეალური ობიექტის, ანუ 3D მოდელის დიგიტალიზაციისთვის და შეგიძლიათ ამობეჭდოთ ნივთები სულ რაღაც თხუთმეტ წუთში. ამჟამად, 3D ბეჭდვის ტექნოლოგია დაყოფილია ოთხ ძირითად კატეგორიად: FDM, DLP/SLA და SLS.

SLS-- ლაზერული აგლომერაციის ჩამოსხმის პროცესი

SLS არის შედარებით მაღალტექნოლოგიური ფხვნილი, რომელიც დნება ლაზერული დასხივების მაღალი ტემპერატურის პირობებში. დაასხით სამუშაო მაგიდაზე თხელი ფხვნილის ფენა და ლაზერის სხივით დაასკანირეთ ფენის განივი მონაკვეთი, რომ ტემპერატურა აიწიოს დნობის წერტილამდე, რათა მოხდეს შედუღება და შეკვრა, გაიმეორეთ ფხვნილის გავრცელება, შედუღება, დაფქვა და გაშრობა მოდელის ფორმირებამდე. სინამდვილეში, 3D ბეჭდვა არის 2D ბეჭდვა უსასრულოდ. თუ საგანს ძალიან წვრილად დაჭრით, აღმოაჩენთ, რომ თითოეულ ნაწილს აქვს ფორმა. თუ ყველა ფორმას ერთად დააკავშირებთ, მიიღებთ სამგანზომილებიანი სტრუქტურის ობიექტს. ასე რომ, ჩვენ ვიყენებთ ლაზერებს გრაფიკის დასახატავად. SLS ჩამოსხმული ნაწილების წინააღმდეგობა გარემოს მიმართ (ტემპერატურა, ტენიანობა და ქიმიური კოროზია) მსგავსია თერმოპლასტიკური მასალების წინააღმდეგ; მაშინ როდესაც SLA ჩამოსხმული ნაწილების წინააღმდეგობა შედარებით დაბალია, მაგალითად, ეპოქსიდური ფისით ჩამოსხმული SLA სამუშაო ნაწილები მგრძნობიარეა ტენიანობისა და ქიმიკატების მიმართ. კოროზიის დროს, ის რბილდება და ირბილდება 38°C-ზე მაღალ გარემოში, მაგრამ ფორმირების სიზუსტე მაღალია.

SLA --სტერეოლითოგრაფიული ჩამოსხმის პროცესი

SLA არის სინათლის გამწმენდი ტექნოლოგია, რომელიც შედარებით განვითარებულია ჩინეთში ამჟამად. „სტერეოლითოგრაფია“ არის, როდესაც ლაზერის სხივი ასახავს ობიექტის პირველ ფენის ფორმას თხევადი ფისის ზედაპირზე, შემდეგ კი წარმოების პლატფორმა ქვეითდება გარკვეული მანძილით (0,05-0,025 მმ-ს შორის), შემდეგ კი გამაგრებული ფენა ჩაეფლო თხევად ფისში და ა.შ. გამოყენებული ფისი არის ფოტომგრძნობიარე ფისი, რომელიც ლაზერის სხივით დასხივების შემდეგ წარმოქმნის მყარ მდგომარეობას, ხოლო ფორმირების მოდელი არის სწრაფი და ზუსტი.

DLP-- სტერეოლითოგრაფიული ჩამოსხმის პროცესი

DLP ციფრული სინათლის დამუშავება, რომელიც ცნობილია როგორც ლაზერული ფორმირების ტექნოლოგია. DLP 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიას ბევრი მსგავსება აქვს SLA 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიასთან. თუ წარმოება შედარებულია ფანქრით წრის დახატვასთან, მაშინ SLA ტექნოლოგია ექვივალენტურია ფენით დახატვის, ხოლო DLP პირდაპირ შტამპის ტოლფასია. მასობრივ წარმოებას, რომელსაც ჩვენ ვატარებთ, აქვს ორი ძალიან მნიშვნელოვანი წერტილი, ერთი არის ეფექტურობა და მეორე არის მატერიალური ღირებულება. არსებობს 3D პრინტერი, რომელსაც შეუძლია ასობით ჯერ უფრო სწრაფად დაბეჭდოს, ვიდრე ტრადიციული წარმოება, ანუ პირისპირ ტექნოლოგია, რომელიც შეიმუშავა შენჟენში მდებარე კომპანიამ, Light Prism Technology. ღრუ ბურთის დაბეჭდვას ტრადიციული FDM 3D ბეჭდვით სჭირდება 2-5 საათი, ხოლო უსწრაფესად ერთი საათი, მაგრამ უახლესი პირისპირ ტექნოლოგიით დაბეჭდვას მხოლოდ 10 წუთი სჭირდება. ბეჭდვის სიჩქარე საოცარია. როგორც კი ეს 3D ბეჭდვა ბაზარზე გამოვა, გავლენა ტრადიციულ ხელნაკეთობებზე კვლავ დიდია.

FDM --Fused Deposition Moulding პროცესი

DLP და SLS ტექნოლოგიებთან შედარებით, FDM ტექნოლოგია შედარებით მარტივია, ამიტომ მას დიდი აუდიტორია ჰყავს და უფრო ადვილია ოჯახში შესვლა. პროტოტიპი უშუალოდ აგებულია 3D CAD მონაცემებიდან, თერმოპლასტიკური მასალის გამოყენებით ნახევრად გამდნარ ძაფში გადასატანად, რომელიც დეპონირდება ფენა-ფენაზე. FDM ტექნოლოგიის უპირატესობებია მარტივი მექანიკური სტრუქტურა, მარტივი დიზაინი, წარმოების დაბალი ღირებულება, შენარჩუნების ღირებულება და მასალის ღირებულება და გარემოს დაბინძურების გარეშე. ამიტომ, FDM ასევე არის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ტექნოლოგია საყოფაცხოვრებო დესკტოპის 3D პრინტერებში. ეს არის შედარებით ტრადიციული ბეჭდვის მეთოდი, რომელიც არ იყენებს ლაზერს და აქვს დაბალი ღირებულება, მაგრამ სიზუსტე არ არის მაღალი და ბეჭდვის სიჩქარე ძალიან დაბალია. ეს ყველასთვის ყველაზე ხელმისაწვდომი მეთოდია და ის ზოგადად გამოიყენება განათლების ბაზარზე.

3D ბეჭდვის გავლენა წარმოებასა და ტრადიციულ ხელოსნობაზე

3D ბეჭდვის უპირატესობები

(1) პერსონალიზაცია

სტომატოლოგიის მაგალითისთვის, ყველას კბილები განსხვავებულია, მაგრამ 3D ბეჭდვას შეუძლია გადაჭრას წინააღმდეგობა მორგებულ წარმოებასა და მასობრივ წარმოებას შორის, და მასობრივად აწარმოებს მორგებულ იმპლანტებს, ბრეკეტებს და ა.შ.

(2) ნიმუში რეალურ დროში

3D ბეჭდვის სწრაფი სიჩქარის გამო, დიზაინერი აყალიბებს პროდუქტის ვერსიას დილით, ხოლო ლიდერს შეუძლია ნახოს მზა პროდუქტი შუადღისას, შემდეგ კი შეიმუშავებს სხვა ვერსიას საღამოს 6 საათზე და შეუძლია ნახოს მზა პროდუქტი მეორე დილით, რაც მნიშვნელოვნად აჩქარებს ახალი პროდუქტების განვითარებას. თუ ეს განსაკუთრებით რთული არ არის, 3D ბეჭდვას შეუძლია მზა პროდუქციის წარმოება 3 საათში, ხოლო ტრადიციული კორექტირებას ყოველ ჯერზე 4-6 კვირა სჭირდება, ამიტომ სამრეწველო დიზაინის საერთო სიჩქარეც გაუმჯობესებულია.

(3) არ არის დაბინძურება

 ვინაიდან წარმოებული ნედლეული ყველა ეკოლოგიურად სუფთაა, წარმოების მთელი პროცესი არის დაბინძურებისგან თავისუფალი წარმოება. არ არის ნარჩენი გაზისა და ჩამდინარე წყლების დაბინძურება და ნარჩენი მასალების ნარჩენები.

(4) მონაცემთა მოწყობა

როდესაც ციფრული სტომატოლოგია მომწიფდება, ექიმების ტექნიკური მოთხოვნები მნიშვნელოვნად შემცირდება. პაციენტებს სჭირდებათ მხოლოდ ორი წუთის განმავლობაში სკანირების ინსტრუმენტის გამოყენება საავადმყოფოში და მათ შეუძლიათ იცოდნენ ყველა სტომატოლოგიური პრობლემის მიზეზები და გადაწყვეტილებები.

გარდა ამისა, 3D ბეჭდვა ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორთოდონტიისთვის, პერსონალიზებული და მორგებული გამჭვირვალე ბრეკეტების დასაბეჭდად. პლასტიკური ქირურგიის დროს კბილები მარცხნივ უნდა გადავიდეს თუ წინ? რამდენი მილიმეტრით გადაადგილება? წარსულში სტომატოლოგიური ქირურგია ეყრდნობოდა მხოლოდ ექიმის პირად გამოცდილებას, მაგრამ ციფრულმა სტომატოლოგიამ გაზარდა ოპერაციის სტაბილურობა და შეამცირა ექიმების ტექნიკური ბარიერი.

(5) სწრაფი

 ტრადიციულ სამრეწველო პროცესებთან შედარებით, 3D ბეჭდვა არ საჭიროებს წინასწარ მომზადებას, როგორიცაა ცოცხალი ძალა და ტრანსპორტი. მას მხოლოდ მანქანები და ნედლეული ესაჭიროება და მისი წარმოებაში სწრაფად გაშვება შეიძლება.

(6) ავტომატიზაცია

 შეიძლება ითქვას, რომ ვირტუალურ ფანტაზიასა და რეალურს შორის მხოლოდ ერთი 3D პრინტერია. 3D ბეჭდვის ერთი გასაღების წარმოება დაზოგავს უამრავ შრომის ხარჯებს და ადამიანურ შეცდომებს.