Cum funcționează imprimarea 3D?

O metodă de fabricație aditivă este imprimarea 3D. Este „aditiv” prin faptul că pur și simplu stivuiește și topește straturi de material pentru a crea obiecte reale, în loc să aibă nevoie de un bloc de material sau de o matriță. Poate construi geometrii mai complicate decât tehnologiile „convenționale”, este adesea rapidă, are costuri fixe de instalare ieftine și funcționează cu o gamă în continuă creștere de materiale. Sectorul ingineriei îl folosește în mod substanțial, în special atunci când prototipează și dezvoltă geometrii ușoare.

Fabricare aditivă și imprimare 3D

Termenul „imprimare 3D” este frecvent legat de cultura producătorilor, amatori și entuziaști, imprimante desktop, tehnici de imprimare accesibile precum FDM și materiale ieftine precum ABS și PLA. Acest lucru se datorează parțial imprimantelor desktop accesibile care au apărut din mișcarea RepRap, cum ar fi MakerBot și Ultimaker originale, care au contribuit la democratizarea imprimării 3D și la boom-ul imprimării 3D din 2009.

Tehnologie de imprimare 3D: viitorul producției inovatoare

3Dimprimareistorie

Produsele concept de imprimare 3D au început în anii 1970. În 1981, omul de știință japonez Dr. Kodama, care a fost primul care a descris metoda de fabricare a imprimării strat cu strat, a încercat imprimarea 3D și a creat personal tehnologia de imprimare 3D SLA (stereolitografia) - rășină fotosensibilă polimerizată de lumina ultravioletă.

Câțiva ani mai târziu, omul de știință american Charles Hull a efectuat și el cercetări aprofundate asupra tehnologiei SLA și a depus primul brevet al SLA în 1986. A fondat 3D Systems și a lansat primul lor produs comercial, SLA-1, în 1988. (imaginea de mai jos)

Se poate spune că SLA este cea mai veche tehnologie de imprimare 3D dezvoltată, deci când au făcut SLS (sinterizarea selectivă cu laser) și FDM (modelare prin depunere fuzionată) mai târziu

În 1988, americanul Carl Deckard a brevetat tehnologia SLS la Universitatea din Texas, care este o altă tehnică de imprimare 3D în care un laser topește local particulele de pulbere pentru a imprima. În același an, Scott Crump, unul dintre fondatorii Stratasys, a solicitat un brevet pentru modelarea prin depunere fuzionată (FDM). Din 1980 până în 1990, cele trei tehnologii principale de imprimare 3D au fost toate brevetate, marcând începutul unei perioade de dezvoltare rapidă în această industrie. .

În Europa, EOS GmbH a creat un sistem de proiectare pentru imprimarea 3D: sistemul Stereos". Astăzi, modelele sale imprimate 3D în sectorul industrial sunt utilizate în întreaga lume pentru tehnologia de imprimare 3D SLS (Sinterizare Laser selectivă) pentru materiale plastice și metale recunoscute în.

În 1992, brevetul pentru tehnologia de imprimare 3D FDM (Fused Deposition Modeling) a fost autorizat de Stratasys, care a dezvoltat imprimante 3D pentru a satisface diferitele nevoi ale multor profesioniști și indivizi.

Din 1993 până în 1999, în industria imprimării 3D au apărut diverse tehnologii. În același timp, au fost dezvoltate tot mai multe noi software CAD și software de modelare 3D, de exemplu, Sanders Prototype (acum numit Solidscape), care a fost unul dintre primii participanți creați.

Aplicații cu mai multe câmpuri de imprimare 3D

În 2008, a apărut prima proteză imprimată 3D, ceea ce a crescut și mai mult ponderea imprimării 3D în mass-media. Oamenii au descoperit că imprimarea 3D nu poate imprima doar piese tradiționale, ci poate fi aplicată și pentru repararea corpului uman. Acest proiect uimitor de imprimare 3D medicală combină toate părțile unui membru biologic și poate fi imprimat „ca atare” fără nicio asamblare ulterioară. Astăzi, combinate cu scanarea 3D, protezele medicale imprimate 3D și ortezele devin mai ieftine și mai rapide pentru a satisface nevoile pacienților. Mai mult, aceste proteze sunt din ce în ce mai optimizate și adaptate la morfologia pacientului. Imprimarea 3D aduce noi oportunități de personalizare în masă. (adauga poza)

2009 a fost anul în care brevetele FDM au intrat în domeniul consumului de masă, ceea ce a deschis o nouă cale pentru inovația extinsă a imprimantelor 3D FDM. Pe măsură ce prețul imprimantelor 3D desktop a scăzut, tot mai mulți oameni au putut să acorde atenție dezvoltării industriei imprimării 3D.

În 2013, președintele SUA, Barack Obama, a menționat imprimarea 3D în discursul său privind starea Uniunii drept principalul mod de producție al viitorului, făcând din „imprimarea 3D” un cuvânt la modă absolut. Acum, locul său în mintea publică este foarte proeminent. Tot mai multe companii mici și mijlocii profită de prototipul cu costuri reduse oferit de imprimarea 3D, integrându-l pe deplin în procesele lor de iterare, inovare și producție.

Concept de mașină de imprimare 3D

În ceea ce privește aplicațiile de construcție, casele imprimate 3D sunt acum o realitate. Oamenii s-au mutat în case imprimate 3D pentru prima dată în 2018. Casa are o suprafață de 1022 de metri pătrați, ceea ce este foarte locuibil. A durat în total două zile pentru a fi imprimat.

Sistemul de clasificare al imprimării 3D pe asemănările și diferențele dintre producție și imprimarea 3D

Luați mingea scobită ca exemplu. Există mai mult de o duzină de flori la suprafață. Dacă este prelucrat prin prelucrare tradițională, va fi foarte supărător, iar modelele trebuie modificate unul câte unul. Iar dacă alegeți imprimarea 3D, nu există risipă de material, așa că are și un nume numit fabricație aditivă, ceea ce înseamnă că metoda de acumulare treptată a materialelor este folosită pentru fabricarea pieselor fizice. Metoda tradițională este de a face mai întâi embrionul, apoi de a îndepărta excesul de material, iar materialul rămas are forma necesară. Dacă este detectată o problemă, este necesar să deschideți o matriță și să o modificați; în timp ce imprimarea 3D folosește puțin câte puțin acumularea de material, puteți vedea rapid produsul finit.

Realizarea tehnologiei de imprimare 3D

Tehnologia de imprimare 3D este aplicată producției industriale. Ceea ce trebuie să folosească imprimarea 3D nu este obiectul fizic, ci modelul digital. Dacă doriți să imprimați 3D obiectul real din fața dvs., atunci trebuie să utilizați un computer pentru a-l modela sau să utilizați un scaner 3D pentru a digitiza obiectul real, adică un model 3D, și puteți imprima lucrurile în doar cincisprezece minute. În prezent, tehnologia de imprimare 3D este împărțită în patru mari categorii: FDM, DLP/SLA și SLS

SLS-- proces de turnare prin sinterizare cu laser

SLS este o pulbere relativ de înaltă tehnologie care se topește în condiții de temperatură ridicată de iradiere cu laser. Întindeți un strat de pulbere subțire pe bancul de lucru și scanați secțiunea transversală a stratului cu raza laser pentru a crește temperatura la punctul de topire, astfel încât să realizați sinterizarea și lipirea, repetați împrăștierea, sinterizarea, măcinarea și uscarea pulberii până când se formează modelul. De fapt, imprimarea 3D este imprimare 2D din nou și din nou. Dacă feliați un obiect foarte subțire, veți constata că fiecare bucată are o formă. Dacă puneți toate formele împreună, obțineți un obiect cu structură tridimensională. Deci folosim lasere pentru a desena grafica. Rezistența pieselor turnate SLS la mediu (temperatură, umiditate și coroziune chimică) este similară cu cea a materialelor termoplastice; în timp ce rezistența pieselor turnate SLA este relativ slabă, de exemplu, piesele de prelucrat SLA turnate cu rășină epoxidică sunt susceptibile la umiditate și substanțe chimice. Coroziune, se va înmuia și se va deforma într-un mediu peste 38°C, dar precizia de formare este mare.

SLA --proces de turnare stereolitografică

SLA este o tehnologie de fotopolimerizare, care este relativ dezvoltată în China în prezent. „Stereolitografia” este atunci când fasciculul laser conturează forma primului strat a obiectului pe suprafața rășinii lichide, apoi platforma de producție este coborâtă cu o anumită distanță (între 0,05-0,025 mm), apoi stratul solidificat este scufundat în rășina lichidă și așa mai departe. Rășina folosită este o rășină fotosensibilă, care va forma o stare solidă după ce este iradiată de fasciculul laser, iar modelul de formare este rapid și precis.

DLP-- proces de turnare stereolitografică

Procesarea digitală a luminii DLP, cunoscută sub numele de tehnologie de modelare cu laser. Tehnologia de imprimare 3D DLP are multe asemănări cu tehnologia de imprimare 3D SLA. Dacă producția este asemănată cu desenarea unui cerc cu un creion, atunci tehnologia SLA este echivalentă cu desenarea strat cu strat, în timp ce DLP este echivalent cu ștanțarea directă. Producția de masă pe care o urmăm are două puncte foarte importante, unul este eficiența, iar celălalt este costul materialului. Există o imprimantă 3D care poate imprima de sute de ori mai rapid decât producția tradițională, adică tehnologia față în față, care a fost dezvoltată de o companie din Shenzhen, Light Prism Technology. Este nevoie de 2-5 ore pentru a imprima o minge goală cu imprimarea tradițională FDM 3D și durează o oră cel mai rapid, dar durează doar aproximativ 10 minute pentru a imprima cu cea mai recentă tehnologie față în față. Viteza de imprimare este uimitoare. Odată ce această imprimare 3D este pe piață, impactul asupra meșteșugurilor tradiționale este încă mare.

FDM --Proces de turnare prin depunere prin topire

În comparație cu tehnologiile DLP și SLS, tehnologia FDM este relativ simplă, deci are un public mare și este mai ușor să intri în familie. Prototipul este construit direct din datele CAD 3D folosind materialul termoplastic care urmează să fie extrudat într-un filament semi-topit, care este depus strat cu strat. Avantajele tehnologiei FDM sunt structura mecanică simplă, designul ușor, costul de producție scăzut, costul de întreținere și costul materialului și lipsa poluării mediului. Prin urmare, FDM este, de asemenea, cea mai utilizată tehnologie în imprimantele 3D desktop de uz casnic. Este o metodă de imprimare relativ tradițională, care nu folosește laser și are un cost redus, dar precizia nu este mare și viteza de imprimare este foarte lentă. Aceasta este cea mai accesibilă metodă pentru toată lumea și este utilizată în general pe piața educației.

Impactul imprimării 3D asupra producției și măiestriei tradiționale

Avantajele imprimării 3D

(1) Personalizare

Luând ca exemplu stomatologia, dinții fiecăruia sunt diferiți, dar imprimarea 3D poate rezolva contradicția dintre producția personalizată și producția de masă, iar în serie se produce implanturi, aparate dentate etc.

(2) eșantionare în timp real

Datorită vitezei rapide a imprimării 3D, designerul proiectează o versiune a produsului dimineața, iar liderul poate vedea produsul finit la prânz, apoi proiectează o altă versiune la ora 18:00 și poate vedea produsul finit a doua zi dimineața, ceea ce accelerează foarte mult viteza de dezvoltare a noilor produse. Dacă nu este deosebit de complicată, imprimarea 3D poate produce produse finite în 3 ore, în timp ce testarea tradițională durează 4-6 săptămâni de fiecare dată, astfel încât viteza generală a designului industrial este, de asemenea, îmbunătățită.

(3) Fără poluare

 Deoarece materiile prime produse sunt toate ecologice, întregul proces de producție este o producție fără poluare. Nu există nicio poluare a gazelor reziduale și a apelor reziduale și nu există deșeuri de materiale rămase.

(4) Dataizarea

Când stomatologia digitală se maturizează, cerințele tehnice pentru medici vor fi mult reduse. Pacienții trebuie să folosească instrumentul doar pentru a scana timp de două minute în spital și pot cunoaște cauzele și soluțiile tuturor problemelor dentare.

În plus, imprimarea 3D poate fi folosită și pentru ortodonție, imprimarea de bretele transparente personalizate și personalizate. În timpul operației plastice, dinții ar trebui să se miște spre stânga sau înainte? Câți milimetri trebuie mutat? În trecut, chirurgia dentară se baza doar pe experiența personală a medicului, dar stomatologia digitală a sporit stabilitatea operației și a scăzut pragul tehnic pentru medici.

(5) Rapid

 În comparație cu procesele industriale tradiționale, imprimarea 3D nu necesită pregătiri preliminare, cum ar fi forța de muncă și transportul. Are nevoie doar de mașini și materii prime și poate fi pus în producție rapid.

(6) Automatizare

 Se poate spune că există o singură imprimantă 3D între imaginația virtuală și lucrul real. Producția cu o singură cheie a imprimării 3D economisește o mulțime de costuri cu forța de muncă și erori umane.