Kaip veikia 3D spausdinimas?

Vienas iš papildomų gamybos būdų yra 3D spausdinimas. Jis yra „priedas“ tuo, kad paprasčiausiai sukrauna ir sulieja medžiagos sluoksnius, kad sukurtų tikrus objektus, o ne tam, kad būtų reikalingas medžiagos blokas ar forma. Jis gali sukurti sudėtingesnes geometrijas nei „įprastos“ technologijos, dažnai yra greitas, turi pigių fiksuotų sąrankos išlaidų ir veikia su vis didėjančiu medžiagų asortimentu. Inžinerijos sektorius tuo labai naudojasi, ypač kurdamas prototipus ir kuriant lengvąsias geometrijas.

Priedų gamyba ir 3D spausdinimas

Terminas „3D spausdinimas“ dažnai siejamas su kūrėjų kultūra, mėgėjais ir entuziastais, staliniais spausdintuvais, prieinamomis spausdinimo technikomis, tokiomis kaip FDM, ir nebrangiomis medžiagomis, tokiomis kaip ABS ir PLA. Iš dalies taip yra dėl įperkamų stalinių spausdintuvų, atsiradusių iš RepRap judėjimo, tokių kaip originalus MakerBot ir Ultimaker, kurie prisidėjo prie 3D spausdinimo demokratizavimo ir 2009 m. 3D spausdinimo bumo.

3D spausdinimo technologija: novatoriškos gamybos ateitis

3Dspausdinimasistorija

3D spausdinimo koncepcijos produktai buvo pradėti kurti aštuntajame dešimtmetyje. 1981 metais japonų mokslininkas daktaras Kodama, pirmasis aprašęs sluoksninio spausdinimo gamybos metodą, išbandė 3D spausdinimą ir asmeniškai sukūrė SLA (stereolitografijos) 3D spausdinimo technologija – šviesai jautrią dervą, polimerizuotą ultravioletiniais spinduliais.

Po kelerių metų amerikiečių mokslininkas Charlesas Hullas taip pat atliko nuodugnius SLA technologijos tyrimus ir 1986 m. pateikė pirmąjį SLA patentą. 1988 m. įkūrė 3D sistemas ir išleido pirmąjį komercinį produktą SLA-1. (nuotrauka žemiau)

Galima sakyti, kad SLA yra anksčiausiai sukurta 3D spausdinimo technologija, taigi kada vėliau atsirado SLS (selektyvus lazerinis sukepinimas) ir FDM (lydyto nusodinimo modeliavimas).

1988 m. amerikietis Carlas Deckardas Teksaso universitete užpatentavo SLS technologiją, kuri yra dar viena 3D spausdinimo technika, kai lazeris lokaliai sulieja miltelių daleles, kad spausdintų. Tais pačiais metais Scottas Crumpas, vienas iš Stratasys įkūrėjų, kreipėsi dėl lydyto nusodinimo modeliavimo (FDM) patento. 1980–1990 metais visos trys pagrindinės 3D spausdinimo technologijos buvo patentuotos, o tai žymi spartaus šios pramonės plėtros laikotarpio pradžią. .

Europoje EOS GmbH sukūrė projektavimo sistemą 3D spausdinimui: Stereos" sistemą. Šiandien jos 3D spausdinti modeliai pramonės sektoriuje naudojami visame pasaulyje SLS 3D spausdinimo technologijai (Selective Laser Sintering), skirtai plastikams ir metalams pripažinti.

1992 m. FDM (Fused Deposition Modeling) 3D spausdinimo technologijos patentą patvirtino Stratasys, kuris sukūrė 3D spausdintuvus, kad patenkintų įvairius daugelio specialistų ir asmenų poreikius.

1993–1999 metais 3D spausdinimo pramonėje atsirado įvairių technologijų. Tuo pačiu metu buvo sukurta vis daugiau naujos CAD programinės įrangos ir 3D modeliavimo programinės įrangos, pavyzdžiui, Sanders Prototype (dabar vadinamas Solidscape), kuris buvo vienas pirmųjų dalyvių.

3D spausdinimo kelių laukų programos

2008 metais pasirodė pirmasis 3D spausdinimo protezas, kuris dar labiau padidino 3D spausdinimo dalį žiniasklaidoje. Žmonės pastebėjo, kad 3D spausdinimas gali ne tik spausdinti tradicines dalis, bet ir pritaikyti žmogaus kūno remontui. Šis nuostabus medicininio 3D spausdinimo projektas sujungia visas biologinės galūnės dalis ir gali būti spausdinamas „toks, koks yra“ be jokio tolesnio surinkimo. Šiandien kartu su 3D skenavimu 3D spausdinti medicininiai protezai ir ortopedija vis pigėja ir greičiau patenkina pacientų poreikius. Be to, šie protezai vis labiau optimizuojami ir pritaikomi prie paciento morfologijos. 3D spausdinimas suteikia naujų galimybių masiniam personalizavimui. (pridėkite nuotrauką)

2009-ieji buvo metai, kai FDM patentai pateko į masinio vartojimo sritį, o tai atvėrė naują kelią plačioms FDM 3D spausdintuvų naujovėms. Nukritus stalinių 3D spausdintuvų kainoms, vis daugiau žmonių galėjo atkreipti dėmesį į 3D spausdinimo pramonės plėtrą.

2013 metais JAV prezidentas Barackas Obama savo kalboje apie Sąjungos padėtį paminėjo 3D spausdinimą kaip pagrindinį ateities gamybos būdą, todėl „3D spausdinimas“ tapo absoliučiu madingu žodžiu. Dabar jos vieta visuomenės galvoje yra labai svarbi. Vis daugiau mažų ir vidutinių įmonių naudojasi pigių 3D spausdinimo teikiamų prototipų kūrimo pranašumais, visiškai integruodamos jį į savo iteraciją, inovacijas ir gamybos procesus.

3D spausdinimo koncepcinis automobilis

Kalbant apie statybos programas, 3D spausdinti namai dabar yra realybė. Žmonės į 3D spausdinimo namus pirmą kartą atsikraustė 2018 m. Namo plotas – 1022 kvadratiniai metrai, o tai labai tinkama gyventi. Iš viso spausdinti prireikė dviejų dienų.

3D spausdinimo klasifikavimo sistema pagal gamybos ir 3D spausdinimo panašumus ir skirtumus

Kaip pavyzdį paimkite tuščiavidurį rutulį. Paviršiuje yra daugiau nei tuzinas gėlių. Jei jis apdorojamas tradiciniu apdirbimu, tai bus labai varginantis, o modeliai turi būti keičiami po vieną. O pasirinkus 3D spausdinimą, nelieka medžiagų švaistymo, todėl jis taip pat turi pavadinimą, vadinamą priedų gamyba, o tai reiškia, kad fizinių dalių gamybai naudojamas palaipsniui kaupiamos medžiagos. Tradicinis metodas yra pirmiausia padaryti embrioną, tada pašalinti medžiagos perteklių, o likusi medžiaga yra reikiamos formos. Jei aptinkama problema, būtina atidaryti formą ir ją modifikuoti; Nors 3D spausdinimui po truputį sunaudojama medžiaga, galite greitai pamatyti gatavą produktą.

3D spausdinimo technologijos realizavimas

3D spausdinimo technologija taikoma pramoninėje gamyboje. 3D spausdinimui reikia naudoti ne fizinį objektą, o skaitmeninį modelį. Jei norite 3D spausdinti priešais esantį realų objektą, turite jį modeliuoti kompiuteriu arba 3D skeneriu skaitmeninti tikrąjį objektą, tai yra 3D modelį, ir galite atspausdinti daiktus vos per penkiolika minučių. Šiuo metu 3D spausdinimo technologija skirstoma į keturias pagrindines kategorijas: FDM, DLP/SLA ir SLS.

SLS – lazerinio sukepinimo formavimo procesas

SLS yra palyginti aukštųjų technologijų milteliai, kurie tirpsta aukštos temperatūros lazerio spinduliuotės sąlygomis. Ant darbastalio paskleiskite plonų miltelių sluoksnį ir lazerio spinduliu nuskaitykite sluoksnio skerspjūvį, kad temperatūra pakiltų iki lydymosi temperatūros, kad būtų pasiektas sukepinimas ir sujungimas, kartokite miltelių paskleidimą, sukepinimą, šlifavimą ir džiovinimą, kol susidarys modelis. Tiesą sakant, 3D spausdinimas yra 2D spausdinimas vėl ir vėl. Jei objektą supjaustysite labai plonai, pamatysite, kad kiekvienas gabalas turi formą. Jei sudėsite visas formas, gausite trimatės struktūros objektą. Taigi piešdami grafiką naudojame lazerius. SLS formuotų detalių atsparumas aplinkos poveikiui (temperatūrai, drėgmei ir cheminei korozijai) yra panašus į termoplastinių medžiagų; o SLA formuotų dalių atsparumas yra palyginti menkas, pavyzdžiui, SLA ruošiniai, lieti su epoksidine derva, yra jautrūs drėgmei ir cheminėms medžiagoms. Dėl korozijos jis suminkštėja ir deformuojasi esant aukštesnei nei 38°C temperatūrai, tačiau formavimo tikslumas yra didelis.

SLA – stereolitografinio formavimo procesas

SLA yra šviesoje kietėjimo technologija, kuri šiuo metu yra gana išvystyta Kinijoje. "Stereolitografija" yra tada, kai lazerio spindulys nubrėžia pirmojo objekto sluoksnio formą ant skystos dervos paviršiaus, o tada gamybos platforma nuleidžiama tam tikru atstumu (tarp 0,05-0,025 mm), o tada sukietėjęs sluoksnis panardinamas į skystą dervą ir pan. Naudojama derva yra šviesai jautri derva, kuri, apšvitinta lazerio spinduliu, suformuos kietą būseną, o formavimo modelis yra greitas ir tikslus.

DLP – stereolitografinio formavimo procesas

DLP skaitmeninis šviesos apdorojimas, žinomas kaip lazerio formavimo technologija. DLP 3D spausdinimo technologija turi daug panašumų su SLA 3D spausdinimo technologija. Jei gamyba prilyginama apskritimo piešimui pieštuku, tai SLA technologija prilygsta piešimui sluoksnis po sluoksnio, o DLP – tiesioginiam štampavimui. Masinė gamyba, kurios mes siekiame, turi du labai svarbius dalykus: vienas yra efektyvumas, o kitas – medžiagų sąnaudos. Yra 3D spausdintuvas, kuris gali spausdinti šimtus kartų greičiau nei tradicinė gamyba, tai yra akis į akį technologija, kurią sukūrė Šendženo įmonė „Light Prism Technology“. Tuščiavidurį rutulį atspausdinti naudojant tradicinį FDM 3D spausdinimą užtrunka 2–5 valandas, o greičiausia užtrunka valandą, tačiau naudojant naujausią „akis į akį“ technologiją atspausdinti užtrunka tik apie 10 minučių. Spausdinimo greitis yra nuostabus. Kai šis 3D spausdinimas pasirodys rinkoje, poveikis tradiciniams amatams vis dar yra didelis.

FDM – lydyto nusodinimo formavimo procesas

Palyginti su DLP ir SLS technologijomis, FDM technologija yra gana paprasta, todėl turi didelę auditoriją ir lengviau įsilieja į šeimą. Prototipas yra tiesiogiai sukonstruotas iš 3D CAD duomenų, naudojant termoplastinę medžiagą, kuri turi būti išspaudžiama į pusiau išlydytą giją, kuri nusodinama po sluoksnio. FDM technologijos pranašumai yra paprasta mechaninė konstrukcija, lengvas dizainas, mažos gamybos sąnaudos, priežiūros išlaidos ir medžiagų sąnaudos bei neteršimas aplinkai. Todėl FDM taip pat yra plačiausiai naudojama buitinių stalinių 3D spausdintuvų technologija. Tai gana tradicinis spausdinimo būdas, kuriame nenaudojamas lazeris ir kurio kaina yra maža, tačiau tikslumas nėra didelis, o spausdinimo greitis yra labai lėtas. Tai yra visiems prieinamiausias metodas ir dažniausiai naudojamas švietimo rinkoje.

3D spausdinimo įtaka gamybai ir tradiciniam meistriškumui

3D spausdinimo privalumai

(1) Pritaikymas

Kaip pavyzdį paėmus odontologiją, kiekvieno žmogaus dantys yra skirtingi, tačiau 3D spausdinimas gali išspręsti prieštaravimą tarp pritaikytos gamybos ir masinės gamybos, o masinės gamybos implantai, breketai ir kt.

(2) pavyzdys realiuoju laiku

Dėl didelio 3D spausdinimo greičio dizaineris ryte suprojektuoja produkto versiją, o vidurdienį vadovas gali pamatyti gatavą gaminį, o vėliau 18 val. kuria kitą versiją, o kitą rytą gali pamatyti gatavą produktą, o tai labai pagreitina naujų produktų kūrimo greitį. Jei tai nėra ypač sudėtinga, 3D spausdinimas gali pagaminti gatavą produkciją per 3 valandas, o tradicinė korektūra kiekvieną kartą trunka 4-6 savaites, todėl pagerėja ir bendras pramoninio dizaino greitis.

(3) Nėra taršos

 Kadangi visos pagamintos žaliavos yra nekenksmingos aplinkai, visas gamybos procesas vyksta be taršos. Nėra taršos išmetamosiomis dujomis ir nuotekomis, taip pat nelieka medžiagų likučių.

(4) Duomenų sudarymas

Subrendus skaitmeninei odontologijai, techniniai reikalavimai gydytojams labai sumažės. Pacientams reikia tik dvi minutes ligoninėje skenuoti prietaisą ir jie gali žinoti visų dantų problemų priežastis ir sprendimus.

Be to, 3D spausdinimas taip pat gali būti naudojamas ortodontijoje, spausdinant asmeninius ir pritaikytus permatomus breketus. Ar atliekant plastinę operaciją dantys judėti į kairę ar į priekį? Kiek milimetrų judėti? Anksčiau dantų chirurgija rėmėsi tik asmenine gydytojo patirtimi, tačiau skaitmeninė odontologija padidino operacijos stabilumą ir sumažino gydytojų techninę slenkstį.

(5) Greitai

 Palyginti su tradiciniais pramoniniais procesais, 3D spausdinimui nereikia išankstinio pasiruošimo, pavyzdžiui, darbo jėgos ir transportavimo. Tam reikia tik mašinų ir žaliavų, o ją galima greitai pradėti gaminti.

(6) Automatika

 Galima sakyti, kad tarp virtualios vaizduotės ir tikrojo yra tik vienas 3D spausdintuvas. Vieno klavišo 3D spausdinimo gamyba sutaupo daug darbo sąnaudų ir žmogiškųjų klaidų.