३डी प्रिंटिंग कसे काम करते?

एक अ‍ॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग पद्धत म्हणजे थ्रीडी प्रिंटिंग. ती "अ‍ॅडिटीव्ह" आहे कारण ती मटेरियलच्या ब्लॉक किंवा साच्याऐवजी प्रत्यक्ष वस्तू तयार करण्यासाठी मटेरियलचे थर एकत्र करते आणि एकत्र करते. ते "पारंपारिक" तंत्रज्ञानापेक्षा अधिक क्लिष्ट भूमिती तयार करू शकते, बहुतेकदा जलद असते, स्वस्त निश्चित सेटअप खर्च असतो आणि सतत वाढत्या मटेरियलसह कार्य करते. अभियांत्रिकी क्षेत्र त्याचा मोठ्या प्रमाणात वापर करते, विशेषतः प्रोटोटाइपिंग आणि हलक्या वजनाच्या भूमिती विकसित करताना.

अ‍ॅडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग आणि थ्रीडी प्रिंटिंग

"3D प्रिंटिंग" हा शब्द बहुतेकदा मेकर संस्कृती, हौशी आणि उत्साही, डेस्कटॉप प्रिंटर, FDM सारख्या सुलभ प्रिंटिंग तंत्रांशी आणि ABS आणि PLA सारख्या स्वस्त साहित्याशी जोडला जातो. हे अंशतः मूळ मेकरबॉट आणि अल्टिमेकर सारख्या RepRap चळवळीतून उदयास आलेल्या परवडणाऱ्या डेस्कटॉप प्रिंटरमुळे आहे, ज्यांनी 3D प्रिंटिंगच्या लोकशाहीकरणात आणि 2009 च्या 3D प्रिंटिंग बूमला हातभार लावला.

३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञान: नाविन्यपूर्ण उत्पादनाचे भविष्य

3D मधील सर्वोत्तमछपाईइतिहास

१९७० च्या दशकात ३डी प्रिंटिंग संकल्पना उत्पादनांची सुरुवात झाली. १९८१ मध्ये, थर-दर-थर प्रिंटिंग उत्पादन पद्धतीचे वर्णन करणारे पहिले जपानी शास्त्रज्ञ डॉ. कोडामा यांनी ३डी प्रिंटिंगचा प्रयत्न केला आणि वैयक्तिकरित्या एसएलए (स्टिरिओलिथोग्राफी) ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञान-अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाशाद्वारे पॉलिमराइज्ड फोटोसेन्सिटिव्ह रेझिन तयार केले.

काही वर्षांनंतर, अमेरिकन शास्त्रज्ञ चार्ल्स हल यांनीही SLA च्या तंत्रज्ञानावर सखोल संशोधन केले आणि १९८६ मध्ये SLA चे पहिले पेटंट सादर केले. १९८८ मध्ये त्यांनी ३D सिस्टीम्सची स्थापना केली आणि त्यांचे पहिले व्यावसायिक उत्पादन, SLA-१ लाँच केले. (खालील चित्र)

एसएलए ही सर्वात जुनी विकसित केलेली ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञान आहे असे म्हणता येईल, मग एसएलएस (सिलेक्टिव्ह लेसर सिंटरिंग) आणि एफडीएम (फ्यूज्ड डिपॉझिशन मॉडेलिंग) नंतर कधी आली?

१९८८ मध्ये, अमेरिकन कार्ल डेकार्ड यांनी टेक्सास विद्यापीठात SLS तंत्रज्ञानाचे पेटंट घेतले, जे आणखी एक ३D प्रिंटिंग तंत्र आहे ज्यामध्ये लेसर स्थानिक पातळीवर पावडर कण एकत्र करून प्रिंट करतो. त्याच वर्षी, स्ट्रॅटासिसच्या संस्थापकांपैकी एक असलेल्या स्कॉट क्रंपने फ्यूज्ड डिपॉझिशन मॉडेलिंग (FDM) साठी पेटंटसाठी अर्ज केला. १९८० ते १९९० पर्यंत, ३D प्रिंटिंगच्या तीन मुख्य तंत्रज्ञानाचे पेटंट घेण्यात आले, ज्यामुळे या उद्योगात जलद विकासाचा काळ सुरू झाला.

युरोपमध्ये, EOS GmbH ने 3D प्रिंटिंगसाठी एक डिझाइन सिस्टम तयार केली: स्टीरिओस" सिस्टम. आज, औद्योगिक क्षेत्रातील त्याचे 3D प्रिंटेड मॉडेल जगभरात SLS 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानासाठी (सिलेक्टिव्ह लेसर सिंटरिंग) वापरले जातात जे प्लास्टिक आणि धातूंमध्ये ओळखले जातात.

१९९२ मध्ये, स्ट्रॅटासिसने FDM (फ्यूज्ड डिपॉझिशन मॉडेलिंग) ३D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान पेटंट अधिकृत केले, ज्याने अनेक व्यावसायिक आणि व्यक्तींच्या वेगवेगळ्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी ३D प्रिंटर विकसित केले.

१९९३ ते १९९९ पर्यंत, ३डी प्रिंटिंग उद्योगात विविध तंत्रज्ञानाचा उदय झाला. त्याच वेळी, अधिकाधिक नवीन सीएडी सॉफ्टवेअर आणि ३डी मॉडेलिंग सॉफ्टवेअर विकसित केले गेले, उदाहरणार्थ, सँडर्स प्रोटोटाइप (आता सॉलिडस्केप म्हणतात) जे तयार केलेल्या पहिल्या सहभागींपैकी एक होते.

३डी प्रिंटिंग मल्टी-फील्ड अॅप्लिकेशन्स

२००८ मध्ये, पहिले ३डी-प्रिंटेड प्रोस्थेटिक बाहेर आले, ज्यामुळे माध्यमांमध्ये ३डी प्रिंटिंगचा वाटा आणखी वाढला. लोकांना असे आढळून आले की ३डी प्रिंटिंग केवळ पारंपारिक भाग छापू शकत नाही तर मानवी शरीराच्या दुरुस्तीसाठी देखील वापरले जाऊ शकते. हा आश्चर्यकारक वैद्यकीय ३डी प्रिंटिंग प्रकल्प जैविक अवयवाचे सर्व भाग एकत्र करतो आणि त्यानंतरच्या कोणत्याही असेंब्लीशिवाय "जसे आहे तसे" प्रिंट केले जाऊ शकते. आज, ३डी स्कॅनिंगसह, ३डी प्रिंटेड मेडिकल प्रोस्थेसेस आणि ऑर्थोटिक्स रुग्णांच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी स्वस्त आणि जलद होत आहेत. शिवाय, हे प्रोस्थेसेस वाढत्या प्रमाणात ऑप्टिमाइझ केले जात आहेत आणि रुग्णाच्या आकारविज्ञानाशी जुळवून घेतले जात आहेत. ३डी प्रिंटिंग मोठ्या प्रमाणात वैयक्तिकरणासाठी नवीन संधी आणते. (चित्र जोडा)

२००९ हे वर्ष असे होते जेव्हा FDM पेटंटने मोठ्या प्रमाणात वापराच्या क्षेत्रात प्रवेश केला, ज्यामुळे FDM 3D प्रिंटरच्या व्यापक नवोपक्रमासाठी एक नवीन मार्ग खुला झाला. डेस्कटॉप 3D प्रिंटरच्या किमती कमी झाल्यामुळे, अधिकाधिक लोक 3D प्रिंटिंग उद्योगाच्या विकासाकडे लक्ष देऊ शकले.

२०१३ मध्ये, अमेरिकेचे राष्ट्राध्यक्ष बराक ओबामा यांनी त्यांच्या स्टेट ऑफ द युनियन भाषणात थ्रीडी प्रिंटिंगचा उल्लेख भविष्यातील उत्पादनाचे मुख्य साधन म्हणून केला, ज्यामुळे "थ्रीडी प्रिंटिंग" हा एक अतिशय लोकप्रिय शब्द बनला आहे. आता, लोकांच्या मनात त्याचे स्थान खूप महत्वाचे आहे. अधिकाधिक लहान आणि मध्यम आकाराच्या कंपन्या थ्रीडी प्रिंटिंगद्वारे प्रदान केलेल्या कमी किमतीच्या प्रोटोटाइपिंगचा फायदा घेत आहेत, ते त्यांच्या पुनरावृत्ती, नवोपक्रम आणि उत्पादन प्रक्रियांमध्ये पूर्णपणे एकत्रित करत आहेत.

३डी प्रिंटिंग कॉन्सेप्ट कार

बांधकाम अनुप्रयोगांबद्दल बोलायचे झाले तर, ३डी प्रिंटेड घरे आता वास्तवात आली आहेत. २०१८ मध्ये पहिल्यांदाच लोक ३डी प्रिंटेड घरांमध्ये स्थलांतरित झाले. या घराचे क्षेत्रफळ १०२२ चौरस फूट आहे, जे राहण्यायोग्य आहे. छापण्यासाठी एकूण दोन दिवस लागले.

उत्पादन आणि थ्रीडी प्रिंटिंगमधील समानता आणि फरकांवर थ्रीडी प्रिंटिंगची वर्गीकरण प्रणाली

पोकळ बॉलचे उदाहरण घ्या. पृष्ठभागावर एक डझनहून अधिक फुले आहेत. जर ते पारंपारिक मशीनिंगद्वारे प्रक्रिया केले तर ते खूप त्रासदायक असेल आणि नमुन्यांमध्ये एक-एक करून बदल करावे लागतील. आणि जर तुम्ही 3D प्रिंटिंग निवडले तर साहित्याचा अपव्यय होत नाही, म्हणून त्याला अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग असे नाव देखील आहे, ज्याचा अर्थ भौतिक भाग तयार करण्यासाठी हळूहळू साहित्य जमा करण्याची पद्धत वापरली जाते. पारंपारिक पद्धत म्हणजे प्रथम गर्भ तयार करणे, नंतर अतिरिक्त साहित्य काढून टाकणे आणि उर्वरित साहित्य आवश्यक आकार देणे. जर एखादी समस्या आढळली तर साचा उघडणे आणि त्यात बदल करणे आवश्यक आहे; 3D प्रिंटिंगमध्ये हळूहळू साहित्य जमा करणे वापरले जाते, तर तुम्ही तयार झालेले उत्पादन पटकन पाहू शकता.

३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाची अंमलबजावणी

औद्योगिक उत्पादनात ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर केला जातो. ३डी प्रिंटिंगसाठी भौतिक वस्तूचा वापर करणे आवश्यक नाही, तर डिजिटल मॉडेलचा वापर करणे आवश्यक आहे. जर तुम्हाला तुमच्या समोर असलेल्या खऱ्या वस्तूचे ३डी प्रिंट करायचे असेल, तर तुम्हाला ते मॉडेल करण्यासाठी संगणकाचा वापर करावा लागेल किंवा ३डी स्कॅनर वापरून खऱ्या वस्तूचे, म्हणजेच ३डी मॉडेलचे डिजिटायझेशन करावे लागेल आणि तुम्ही पंधरा मिनिटांतच वस्तू प्रिंट करू शकता. सध्या, ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञान चार प्रमुख श्रेणींमध्ये विभागले गेले आहे: FDM, DLP/SLA आणि SLS.

SLS-- लेसर सिंटरिंग मोल्डिंग प्रक्रिया

SLS ही तुलनेने उच्च-तंत्रज्ञानाची पावडर आहे जी लेसर विकिरणाच्या उच्च-तापमानाच्या परिस्थितीत वितळते. वर्कबेंचवर पातळ पावडरचा थर पसरवा आणि लेसर बीमने थराच्या क्रॉस-सेक्शनला स्कॅन करा जेणेकरून तापमान वितळण्याच्या बिंदूपर्यंत वाढेल, जेणेकरून सिंटरिंग आणि बाँडिंग लक्षात येईल, पावडर स्प्रेडिंग, सिंटरिंग, ग्राइंडिंग आणि मॉडेल तयार होईपर्यंत वाळवणे पुन्हा करा. खरं तर, 3D प्रिंटिंग म्हणजे 2D प्रिंटिंग वारंवार. जर तुम्ही एखाद्या वस्तूचे खूप पातळ तुकडे केले तर तुम्हाला आढळेल की प्रत्येक तुकड्याला एक आकार आहे. जर तुम्ही सर्व आकार एकत्र केले तर तुम्हाला त्रिमितीय रचना वस्तू मिळते. म्हणून आम्ही ग्राफिक्स काढण्यासाठी लेसर वापरतो. SLS मोल्ड केलेल्या भागांचा वातावरणात (तापमान, आर्द्रता आणि रासायनिक गंज) प्रतिकार थर्मोप्लास्टिक पदार्थांसारखाच असतो; तर SLA मोल्ड केलेल्या भागांचा प्रतिकार तुलनेने कमी असतो, उदाहरणार्थ, इपॉक्सी रेझिनने मोल्ड केलेल्या SLA वर्कपीसेस ओलावा आणि रसायनांना संवेदनशील असतात. गंज, ते 38°C पेक्षा जास्त तापमानाच्या वातावरणात मऊ होईल आणि वाळेल, परंतु फॉर्मिंग अचूकता जास्त आहे.

एसएलए --स्टीरिओलिथोग्राफी मोल्डिंग प्रक्रिया

एसएलए ही एक प्रकाश-क्युरिंग तंत्रज्ञान आहे, जी सध्या चीनमध्ये तुलनेने विकसित आहे. "स्टिरिओलिथोग्राफी" म्हणजे जेव्हा लेसर बीम द्रव रेझिनच्या पृष्ठभागावर वस्तूच्या पहिल्या थराच्या आकाराची रूपरेषा काढतो आणि नंतर उत्पादन प्लॅटफॉर्म एका विशिष्ट अंतराने (०.०५-०.०२५ मिमी दरम्यान) खाली केला जातो, आणि नंतर घनरूप थर द्रव रेझिनमध्ये बुडविला जातो, इत्यादी. वापरलेले रेझिन एक प्रकाशसंवेदनशील रेझिन आहे, जे लेसर बीमद्वारे विकिरणित झाल्यानंतर एक घन स्थिती तयार करेल आणि फॉर्मिंग मॉडेल जलद आणि अचूक आहे.

डीएलपी-- स्टीरिओलिथोग्राफी मोल्डिंग प्रक्रिया

लेसर शेपिंग तंत्रज्ञान म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या DLP डिजिटल लाईट प्रोसेसिंगमध्ये. DLP 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानामध्ये SLA 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाशी अनेक साम्य आहेत. जर उत्पादनाची तुलना पेन्सिलने वर्तुळ काढण्याशी केली तर SLA तंत्रज्ञान हे थराने थर काढण्यासारखे आहे, तर DLP हे थेट स्टॅम्पिंग करण्यासारखे आहे. आपण ज्या मोठ्या प्रमाणात उत्पादनाचा पाठपुरावा करत आहोत त्याचे दोन अतिशय महत्त्वाचे मुद्दे आहेत, एक म्हणजे कार्यक्षमता आणि दुसरा म्हणजे मटेरियल कॉस्ट. एक 3D प्रिंटर आहे जो पारंपारिक उत्पादनापेक्षा शेकडो पट वेगाने प्रिंट करू शकतो, म्हणजेच फेस-टू-फेस तंत्रज्ञान, जे शेन्झेनमधील एका कंपनीने विकसित केले आहे, लाईट प्रिझम टेक्नॉलॉजी. पारंपारिक FDM 3D प्रिंटिंगसह पोकळ बॉल प्रिंट करण्यासाठी 2-5 तास लागतात आणि सर्वात जलद एक तास लागतो, परंतु नवीनतम फेस-टू-फेस तंत्रज्ञानासह प्रिंट करण्यासाठी फक्त 10 मिनिटे लागतात. प्रिंटिंगची गती आश्चर्यकारक आहे. एकदा हे 3D प्रिंटिंग बाजारात आले की, पारंपारिक हस्तकलेवर त्याचा परिणाम अजूनही उत्तम राहतो.

एफडीएम --फ्यूज्ड डिपॉझिशन मोल्डिंग प्रक्रिया

DLP आणि SLS तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत, FDM तंत्रज्ञान तुलनेने सोपे आहे, म्हणून त्याचे प्रेक्षकवर्ग मोठे आहे आणि कुटुंबात प्रवेश करणे सोपे आहे. हा नमुना थेट 3D CAD डेटावरून तयार केला जातो आणि थर्माप्लास्टिक मटेरियलचा वापर करून अर्ध-वितळलेल्या फिलामेंटमध्ये बाहेर काढला जातो, जो थर-दर-थर आधारावर जमा केला जातो. FDM तंत्रज्ञानाचे फायदे म्हणजे साधी यांत्रिक रचना, सोपी रचना, कमी उत्पादन खर्च, देखभाल खर्च आणि साहित्य खर्च आणि पर्यावरणाला कोणतेही प्रदूषण नाही. म्हणूनच, FDM हे घरगुती डेस्कटॉप 3D प्रिंटरमध्ये सर्वाधिक वापरले जाणारे तंत्रज्ञान आहे. ही एक तुलनेने पारंपारिक छपाई पद्धत आहे, जी लेसर वापरत नाही आणि कमी खर्चाची आहे, परंतु अचूकता जास्त नाही आणि छपाईचा वेग खूप मंद आहे. ही प्रत्येकासाठी सर्वात प्रवेशयोग्य पद्धत आहे आणि ती सामान्यतः शिक्षण बाजारात वापरली जाते.

उत्पादन आणि पारंपारिक कारागिरीवर 3D प्रिंटिंगचा प्रभाव

३डी प्रिंटिंगचे फायदे

(१) कस्टमायझेशन

दंतचिकित्साचे उदाहरण घेतल्यास, प्रत्येकाचे दात वेगळे असतात, परंतु 3D प्रिंटिंग कस्टमाइज्ड उत्पादन आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादन यांच्यातील विरोधाभास सोडवू शकते आणि मोठ्या प्रमाणात कस्टमाइज्ड इम्प्लांट, ब्रेसेस इत्यादी तयार होतात.

(२) नमुना रिअल-टाइम

थ्रीडी प्रिंटिंगच्या वेगवान गतीमुळे, डिझायनर सकाळी उत्पादनाची आवृत्ती डिझाइन करतो आणि लीडर दुपारी तयार झालेले उत्पादन पाहू शकतो आणि नंतर संध्याकाळी ६ वाजता दुसरी आवृत्ती डिझाइन करू शकतो आणि दुसऱ्या दिवशी सकाळी तयार झालेले उत्पादन पाहू शकतो, ज्यामुळे नवीन उत्पादनांच्या विकासाला मोठा वेग मिळतो. जर ते विशेषतः क्लिष्ट नसेल, तर थ्रीडी प्रिंटिंग ३ तासांत तयार झालेले उत्पादन तयार करू शकते, तर पारंपारिक प्रूफिंगला प्रत्येक वेळी ४-६ आठवडे लागतात, त्यामुळे औद्योगिक डिझाइनची एकूण गती देखील सुधारली आहे.

(३) प्रदूषण नाही

 उत्पादित होणारा कच्चा माल हा सर्व पर्यावरणपूरक असल्याने, संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया प्रदूषणमुक्त असते. कचरा वायू आणि सांडपाण्याचे प्रदूषण होत नाही आणि उरलेल्या पदार्थांचा अपव्यय होत नाही.

(४) डेटाइझेशन

जेव्हा डिजिटल दंतचिकित्सा परिपक्व होईल, तेव्हा डॉक्टरांच्या तांत्रिक आवश्यकता मोठ्या प्रमाणात कमी होतील. रुग्णांना रुग्णालयात फक्त दोन मिनिटे स्कॅन करण्यासाठी उपकरणाचा वापर करावा लागतो आणि त्यांना सर्व दंत समस्यांची कारणे आणि उपाय जाणून घेता येतात.

याव्यतिरिक्त, 3D प्रिंटिंगचा वापर ऑर्थोडॉन्टिक्ससाठी देखील केला जाऊ शकतो, वैयक्तिकृत आणि सानुकूलित पारदर्शक ब्रेसेस प्रिंट करणे. प्लास्टिक सर्जरी दरम्यान, दात डावीकडे हलवावेत की पुढे? किती मिलिमीटर हलवावेत? पूर्वी, दंत शस्त्रक्रिया केवळ डॉक्टरांच्या वैयक्तिक अनुभवावर अवलंबून असायची, परंतु डिजिटल दंतचिकित्साने ऑपरेशनची स्थिरता वाढवली आहे आणि डॉक्टरांसाठी तांत्रिक मर्यादा कमी केली आहे.

(५) जलद

 पारंपारिक औद्योगिक प्रक्रियांच्या तुलनेत, 3D प्रिंटिंगला मनुष्यबळ आणि वाहतूक यासारख्या प्राथमिक तयारीची आवश्यकता नसते. त्यासाठी फक्त मशीन आणि कच्चा माल आवश्यक असतो आणि ते लवकर उत्पादनात आणता येते.

(६) ऑटोमेशन

 असे म्हणता येईल की आभासी कल्पनाशक्ती आणि वास्तविकतेमध्ये फक्त एकच 3D प्रिंटर आहे. 3D प्रिंटिंगचे एक-की उत्पादन बरेच श्रम खर्च आणि मानवी चुका वाचवते.