Co to jest druk 3D i jak dokładnie działa?

Wyobraź sobie, że możesz wydrukować trójwymiarowe obiekty prosto z drukarki w domu. Kiedy byłem dzieckiem w szkole podstawowej, pomyślałem, że byłoby super, gdybym mógł drukować pizze z mojego InkJet. Nie o to mi chodzi w tym artykule, ale jest to ciekawe myślenie o drukowaniu trójwymiarowych obiektów. Brzmi jak graniczna science fiction i tak było przez długi czas. Nigdy więcej.

Proces ten jest (co nie dziwi) nazywany drukowanie 3d. Podobnie jak w przypadku tradycyjnego drukowania, który pobiera czysty kawałek papieru i tworzy dwuwymiarowe obrazy i tekst z pozornie znikąd, drukowanie 3D tworzy w pełni zrealizowane obiekty z niczego. To fascynująca procedura, która może być przydatna w wielu dziedzinach.

W zeszłym roku James ustalił, że drukowanie 3D nie jest już mitem Drukowanie 3D - mit Sci-Fi czy rzeczywistość? Druk 3D - mit science fiction czy rzeczywistość? Podstawa science fiction od początku gatunku, pomysł tworzenia własnych obiektów w domu jest, co zrozumiałe, dość fascynujący. Kto nie marzył o posiadaniu własnego replikatora, który tworzy pliki cookie… lub nierealnego pomysłu. W ciągu ostatnich 12 miesięcy udowodniono, że ma rację: drukowanie 3D dopiero się zaczyna. Dołącz do mnie, gdy będę zgłębiał tajniki technologii drukowania 3D, aby dowiedzieć się, jak ona działa i jakie korzyści może przynieść nam jako konsumentom.

Krótka historia druku 3D

W 1986 roku facet o nazwisku Charles W. Hull złożył patent na stereolitografię, która stała się pierwszą znaną metodą tworzenia obiektów 3D z powietrza. Wynalezienie tej metody zapoczątkowało nową erę procesów obróbki skrawaniem. Podczas gdy większość obiektów jest budowana za pomocą odejmujący proces (tj. wycinanie, wiercenie, rzeźbienie, krojenie itp.), drukowanie 3D wykorzystuje przyłączeniowy proces (tj. przez dodanie materiału).

Drukarki 3D są drogie. Tradycyjne drukarki papierowe i atramentowe będą kosztować setki dolarów, ale drukarki 3D cofną dziesiątki tysięcy. Na szczęście nie musisz posiadać osobistej drukarki 3D, ponieważ istnieje już wiele usług, które wydrukują dla Ciebie obiekty 3D. Jeśli jesteś zainteresowany, sprawdź Shapeways i Sculpteo.

Ze względu na kosztowną naturę stereolitografii pionierem były inne formy drukowania 3D. Te nowsze techniki mają swoje zalety i wady, ale większość z nich jest znacznie tańsza i bardziej dostępna dla każdego.

Techniki drukowania 3D

Stereolitografia (SLA) to pierwsza opracowana technika drukowania 3D. Tworzy obiekty z cienkiego powietrza, drukując na sobie warstwy i warstwy określonego fotopolimeru. Materiał zaczyna się w postaci cieczy i zmienia się w ciało stałe po uderzeniu skoncentrowaną wiązką światła ultrafioletowego.

Cyfrowe przetwarzanie światła (DLP) jest podobny do stereolitografii, ponieważ wykorzystuje światło do utwardzenia cieczy w ciało stałe. Jednak w cyfrowym przetwarzaniu światła obiekt zaczyna się od kadzi pełnej cieczy. Część cieczy wystawia się na działanie światła, które twardnieje, a następnie płytę roboczą obniża się o niewielką ilość. Kolejny strzał światła utwardza ​​więcej płynu i proces ten powtarza się. Pozostała ciecz jest spuszczana, pozostawiając solidny model.

Selektywne spiekanie laserowe (SLS) wykorzystuje laser dużej mocy do stopienia cząstek materiału (np. Plastiku, szkła, ceramiki i metalu) w masę, która przyjmuje pożądany trójwymiarowy kształt.

Topienie wiązki elektronów (EBM) to proces drukowania 3D stosowany do części metalowych. Proces odbywa się w próżni i rozpoczyna się od naniesienia warstwy proszku metalicznego (najczęściej tytanu). Wiązka elektronów topi następnie proszek w stałą warstwę. Obiekty tworzone w ten sposób są zaskakująco gęste i silne.

Modelowanie wielostrumieniowe (MJM) działa w podobny sposób jak nowoczesne drukarki InkJet. Rozprowadza warstwę proszku żywicy, a następnie rozpyla barwną wiążącą substancję podobną do kleju, która utwardza ​​proszek w jedną warstwę. Modelowanie wielostrumieniowe jest niezwykle przydatne, ponieważ jest szybkie i obsługuje drukowanie w kolorze.

Modelowanie stopionego osadzania (FDM) wykorzystuje podgrzewaną dyszę wytłaczającą, która topi materiał (np. Plastik) po wyjściu. Dysza może poruszać się zarówno poziomo, jak i pionowo za pomocą komputerowych elementów sterujących. Gdy materiał opuszcza dyszę, twardnieje prawie natychmiast.

Prawie wszystkie formy drukowania 3D wymagają pliku STL. Plik STL to specyficzny format modelu 3D, który pozwala drukarkom 3D wygodnie i skutecznie pociąć obiekt na poszczególne warstwy użyte w rzeczywistym druku. Większość plików STL jest najpierw tworzona w programie do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD), a następnie konwertowana.

Korzyści z drukowania 3D

Drukarki 3D są przydatne zarówno w celach komercyjnych, jak i osobistych. Jedyną prawdziwą barierą dla osobistego drukowania 3D są związane z tym nadzwyczajne koszty i wiedza techniczna niezbędna do stworzenia działających modeli STL. Jeśli uda ci się pokonać ten początkowy garb, zobaczysz wiele korzyści.

Dzięki drukarkom 3D praca związana z projektowaniem jest znacznie szybsza i łatwiejsza. Projektanci mogą przyjmować koncepcje i pomysły i szybko tworzyć działającą trójwymiarową reprezentację - tzw szybkie prototypowanie. Ponieważ projekt ewoluuje w czasie, każdą iterację można prototypować niemal natychmiast.

Firmy mogą również korzystać z drukarek 3D do tworzenia produktów końcowych, a nie tylko prototypów. W wyniku procesów subtraktywnych powstaje wiele zmarnowanych materiałów w postaci wiórów, odwiertów i pociętych kawałków, które są zbyt małe, aby można je było stosować w dowolnym miejscu. Addytywny proces drukowania 3D eliminuje większość, jeśli nie wszystkie formy odpadów.

Charakter druku 3D pozwala na łatwą personalizację. Typowe linie montażowe wymagają, aby elementy różnicowe obiektu pasowały do ​​siebie w określony sposób, w przeciwnym razie linia ulegnie awarii. W przypadku drukarki 3D osobiste zmiany są wprowadzane w pliku STL - drukarki nie trzeba zmieniać.

Poziom szczegółowości, jaki można uzyskać dzięki drukowi 3D, jest fenomenalny bez porównania z żadną inną metodą produkcji, z wyjątkiem obiektów zaprojektowanych i wykonanych całkowicie ręcznie. Dokładność drukarki 3D może sięgać nawet 4 mikronów. To jest cieńsze niż ludzkie włosy.

Technologia druku 3D nie do końca zmienia świat, ale z pewnością jest fascynująca i cenna. Firmy na całym świecie już stosują drukowanie 3D w swoich procesach produkcyjnych. Hobbyści już drukują pojedyncze przedmioty dla własnej przyjemności. W ciągu następnej dekady jest całkiem możliwe, że zobaczymy domowe drukarki, które tworzą obiekty 3D na nasze własne życzenie.

Źródło zdjęcia: 4 kolorowe kulki za pośrednictwem Shutterstock, schemat MJM za pośrednictwem TurkCADCAM