Kako deluje 3D tiskanje?

Ena od metod aditivne proizvodnje je 3D tiskanje. Je "dodatek", saj preprosto zlaga in spaja plasti materiala, da ustvari dejanske predmete, namesto da bi potreboval blok materiala ali kalup. Lahko zgradi bolj zapletene geometrije kot "konvencionalne" tehnologije, pogosto je hiter, ima poceni fiksne stroške namestitve in deluje z vedno večjim naborom materialov. Inženirski sektor ga v veliki meri uporablja, zlasti pri izdelavi prototipov in razvoju lahkih geometrij.

Aditivna proizvodnja in 3D tisk

Izraz "3D tiskanje" je pogosto povezan s kulturo izdelovalcev, amaterji in navdušenci, namiznimi tiskalniki, dostopnimi tehnikami tiskanja, kot je FDM, in poceni materiali, kot sta ABS in PLA. To je deloma posledica cenovno dostopnih namiznih tiskalnikov, ki so izšli iz gibanja RepRap, kot sta izvirna MakerBot in Ultimaker, ki sta prispevala k demokratizaciji 3D-tiskanja in razcvetu 3D-tiskanja leta 2009.

Tehnologija 3D tiskanja: prihodnost inovativne proizvodnje

3Dtiskanjezgodovina

Koncept izdelkov 3D tiskanja se je začel v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. Leta 1981 je japonski znanstvenik dr. Kodama, ki je prvi opisal proizvodno metodo tiskanja po plasteh, preizkusil 3D-tiskanje in osebno ustvaril tehnologijo 3D-tiskanja SLA (stereolitografija), fotoobčutljivo smolo, polimerizirano z ultravijolično svetlobo.

Nekaj ​​let kasneje je tudi ameriški znanstvenik Charles Hull izvedel poglobljeno raziskavo tehnologije SLA in leta 1986 predložil prvi patent SLA. Ustanovil je podjetje 3D Systems in leta 1988 izdal svoj prvi komercialni izdelek SLA-1. (slika spodaj)

Lahko rečemo, da je SLA najzgodnejša razvita tehnologija 3D-tiskanja, torej kdaj sta se pozneje pojavila SLS (selektivno lasersko sintranje) in FDM (modeliranje z zlitjem nanosa)

Leta 1988 je Američan Carl Deckard na Univerzi v Teksasu patentiral tehnologijo SLS, ki je še ena tehnika 3D tiskanja, pri kateri laser lokalno spaja delce prahu skupaj za tiskanje. Istega leta je Scott Crump, eden od ustanoviteljev podjetja Stratasys, zaprosil za patent za modeliranje taljenega nanosa (FDM). Od leta 1980 do 1990 so bile vse tri glavne tehnologije 3D-tiskanja patentirane, s čimer se je začelo obdobje hitrega razvoja v tej industriji. .

EOS GmbH je v Evropi ustvaril oblikovalski sistem za 3D-tiskanje: sistem Stereos". Danes se njegovi 3D-natisnjeni modeli v industrijskem sektorju uporabljajo po vsem svetu za tehnologijo 3D-tiskanja SLS (selektivno lasersko sintranje) za plastiko in kovine, priznano v.

Leta 1992 je patent tehnologije 3D tiskanja FDM (Fused Deposition Modeling) odobril Stratasys, ki je razvil 3D tiskalnike za izpolnjevanje različnih potreb številnih strokovnjakov in posameznikov.

Od leta 1993 do 1999 so se v industriji 3D tiskanja pojavile različne tehnologije. Istočasno je bilo razvitih vedno več nove programske opreme CAD in programske opreme za 3D modeliranje, na primer Sandersov prototip (zdaj imenovan Solidscape), ki je bil eden prvih ustvarjenih udeležencev.

3D tiskanje na več področjih

Leta 2008 je izšla prva 3D-natisnjena protetika, kar je še povečalo delež 3D-tiska v medijih. Ljudje so ugotovili, da s 3D-tiskanjem ni mogoče samo natisniti tradicionalnih delov, ampak se lahko uporablja tudi za popravilo človeškega telesa. Ta osupljivi projekt medicinskega 3D-tiskanja združuje vse dele biološke okončine in ga je mogoče natisniti "takšen kot je" brez kakršnega koli naknadnega sestavljanja. Danes v kombinaciji s 3D-skeniranjem postajajo 3D-natisnjene medicinske proteze in ortotika cenejši in hitrejši za izpolnjevanje potreb bolnikov. Poleg tega so te proteze vedno bolj optimizirane in prilagojene morfologiji pacienta. 3D-tiskanje prinaša nove priložnosti za množično personalizacijo. (dodaj sliko)

Leto 2009 je bilo leto, ko so patenti FDM vstopili na področje množične potrošnje, kar je odprlo novo pot za obsežne inovacije 3D tiskalnikov FDM. Ker je cena namiznih 3D-tiskalnikov padala, je vse več ljudi lahko spremljalo razvoj industrije 3D-tiskanja.

Leta 2013 je ameriški predsednik Barack Obama v svojem govoru o stanju v Uniji omenil 3D-tiskanje kot glavni način proizvodnje prihodnosti, zaradi česar je "3D-tiskanje" postala absolutna modna beseda. Zdaj je njegovo mesto v javnosti zelo vidno. Vse več malih in srednje velikih podjetij izkorišča nizkocenovno izdelavo prototipov, ki jih omogoča 3D-tiskanje, in jo popolnoma integrira v svoje iteracijske, inovacijske in proizvodne procese.

3D tiskanje konceptnega avtomobila

Kar zadeva gradbene aplikacije, so 3D tiskane hiše zdaj realnost. Ljudje so se v 3D tiskane hiše prvič vselili leta 2018. Hiša ima površino 1022 kvadratnih metrov, kar je zelo primerno za bivanje. Tiskanje je trajalo skupno dva dni.

Klasifikacijski sistem 3D tiskanja o podobnostih in razlikah med proizvodnjo in 3D tiskanjem

Za primer vzemimo izdolbeno žogo. Na površini je več kot ducat cvetov. Če se obdeluje s tradicionalno strojno obdelavo, bo to zelo težavno in vzorce je treba spreminjati enega za drugim. In če se odločite za 3D-tiskanje, ni izgube materiala, zato ima tudi ime aditivna proizvodnja, kar pomeni, da se za izdelavo fizičnih delov uporablja metoda postopnega kopičenja materialov. Tradicionalna metoda je, da najprej naredimo zarodek, nato odstranimo odvečni material, preostali material pa zahtevano obliko. Če se odkrije težava, je potrebno odpreti kalup in ga spremeniti; medtem ko 3D tiskanje uporablja malo po malo kopičenja materiala, lahko hitro vidite končni izdelek.

Realizacija tehnologije 3D tiskanja

Tehnologija 3D tiskanja se uporablja v industrijski proizvodnji. 3D-tiskanje ne potrebuje fizičnega predmeta, temveč digitalni model. Če želite 3D natisniti pravi predmet pred vami, ga morate zmodelirati z računalnikom ali pa s 3D skenerjem realni predmet, torej 3D model, digitalizirati in stvari lahko natisnete že v petnajstih minutah. Trenutno je tehnologija 3D tiskanja razdeljena v štiri glavne kategorije: FDM, DLP/SLA in SLS

SLS-- proces laserskega sintranja

SLS je razmeroma visokotehnološki prah, ki se topi v pogojih visoke temperature laserskega obsevanja. Na delovno mizo razporedite plast tankega prahu in prečni prerez plasti skenirajte z laserskim žarkom, da dvignete temperaturo do tališča, tako da dosežete sintranje in lepljenje, ponovite širjenje prahu, sintranje, brušenje in sušenje, dokler ni oblikovan model. Pravzaprav je 3D tiskanje znova in znova 2D tiskanje. Če predmet narežete na zelo tanke rezine, boste ugotovili, da ima vsak kos svojo obliko. Če sestavite vse oblike skupaj, dobite tridimenzionalni strukturni objekt. Za risanje grafike torej uporabljamo laserje. Odpornost SLS oblikovanih delov na okolje (temperatura, vlaga in kemična korozija) je podobna kot pri termoplastičnih materialih; medtem ko je odpornost SLA oblikovanih delov razmeroma slaba, so na primer SLA obdelovanci, oblikovani z epoksi smolo, dovzetni za vlago in kemikalije. Korozija, zmehča se in zvije v okolju nad 38 °C, vendar je natančnost oblikovanja visoka.

SLA --stereolitografski postopek oblikovanja

SLA je tehnologija strjevanja s svetlobo, ki je trenutno relativno razvita na Kitajskem. "Stereolitografija" je, ko laserski žarek začrta obliko prve plasti predmeta na površini tekoče smole, nato pa se proizvodna ploščad spusti za določeno razdaljo (med 0,05-0,025 mm), nato pa se strjena plast potopi v tekočo smolo itd. Uporabljena smola je fotoobčutljiva smola, ki po obsevanju z laserskim žarkom tvori trdno stanje, model oblikovanja pa je hiter in natančen.

DLP - stereolitografski postopek oblikovanja

Digitalna obdelava svetlobe DLP, znana kot tehnologija laserskega oblikovanja. Tehnologija 3D tiskanja DLP ima veliko podobnosti s tehnologijo 3D tiskanja SLA. Če proizvodnjo primerjamo z risanjem kroga s svinčnikom, potem je tehnologija SLA enakovredna risanju plast za plastjo, medtem ko je DLP enakovredna neposrednemu žigosanju. Masovna proizvodnja, ki ji sledimo, ima dve zelo pomembni točki, ena je učinkovitost, druga pa stroški materiala. Obstaja 3D-tiskalnik, ki lahko tiska stokrat hitreje kot tradicionalna proizvodnja, to je tehnologija iz oči v oči, ki jo je razvilo podjetje v Shenzhenu, Light Prism Technology. Tiskanje votle žoge s tradicionalnim 3D-tiskanjem FDM traja 2-5 ur, najhitreje pa traja eno uro, vendar tiskanje z najnovejšo tehnologijo iz oči v oči traja le približno 10 minut. Hitrost tiskanja je neverjetna. Ko je to 3D tiskanje na trgu, je vpliv na tradicionalne obrti še vedno velik.

FDM -- Postopek vlivanja s taljenjem

V primerjavi s tehnologijama DLP in SLS je tehnologija FDM relativno enostavna, zato ima veliko občinstvo in lažje vstopi v družino. Prototip je izdelan neposredno iz podatkov 3D CAD z uporabo termoplastičnega materiala, ki se ekstrudira v polstaljeni filament, ki se nanese plast za plastjo. Prednosti tehnologije FDM so preprosta mehanska struktura, enostavno načrtovanje, nizki proizvodni stroški, stroški vzdrževanja in stroški materiala ter brez onesnaževanja okolja. Zato je FDM tudi najbolj razširjena tehnologija v gospodinjskih namiznih 3D tiskalnikih. Je razmeroma tradicionalen način tiskanja, ki ne uporablja laserja in ima nizke stroške, vendar natančnost ni visoka in hitrost tiskanja je zelo počasna. To je najbolj dostopna metoda za vse in se na splošno uporablja na izobraževalnem trgu.

Vpliv 3D-tiskanja na proizvodnjo in tradicionalno obrt

Prednosti 3D tiskanja

(1) Prilagajanje

Če za primer vzamemo zobozdravstvo, so vsi zobje različni, vendar lahko 3D-tiskanje reši protislovje med proizvodnjo po meri in množično proizvodnjo ter množično proizvaja prilagojene vsadke, zobne aparate itd.

(2) vzorec v realnem času

Zaradi hitre hitrosti 3D tiska oblikovalec oblikuje različico izdelka zjutraj, vodja pa lahko vidi končni izdelek opoldne, nato pa oblikuje drugo različico ob 18. uri in si lahko ogleda končni izdelek naslednje jutro, kar močno pospeši hitrost razvoja novih izdelkov. Če ni posebej zapleteno, lahko 3D-tiskanje proizvede končne izdelke v 3 urah, medtem ko tradicionalno preverjanje traja vsakič 4-6 tednov, tako da se izboljša tudi splošna hitrost industrijskega oblikovanja.

(3) Brez onesnaževanja

 Ker so proizvedene surovine okolju prijazne, je celoten proizvodni proces proizvodnja brez onesnaževanja. Ni onesnaženja z odpadnimi plini in odpadnimi vodami ter ni odpadkov ostankov materialov.

(4) Dataizacija

Ko bo digitalno zobozdravstvo dozorelo, se bodo tehnične zahteve za zdravnike močno zmanjšale. Pacienti potrebujejo samo dve minuti skeniranja v bolnišnici in poznajo vzroke in rešitve vseh zobnih težav.

Poleg tega se lahko 3D-tiskanje uporablja tudi za ortodontijo, tiskanje personaliziranih in prilagojenih prozornih zobnih aparatov. Ali naj se zob med plastično operacijo premakne v levo ali naprej? Za koliko milimetrov se je treba premakniti? V preteklosti je zobozdravstvena kirurgija temeljila zgolj na osebnih izkušnjah zdravnika, digitalno zobozdravstvo pa je povečalo stabilnost delovanja in znižalo tehnični prag za zdravnike.

(5) Hitro

 V primerjavi s tradicionalnimi industrijskimi procesi 3D-tiskanje ne zahteva predhodnih priprav, kot so delovna sila in transport. Potrebuje samo stroje in surovine in ga je mogoče hitro uvesti v proizvodnjo.

(6) Avtomatizacija

 Lahko rečemo, da je med virtualno domišljijo in resnično stvarjo samo en 3D-tiskalnik. Izdelava 3D tiskanja z enim ključem prihrani veliko stroškov dela in človeških napak.