3D nyomtatás

A nyomtatás világa óriási lépést tett előre a 3D nyomtatás fejlődésével. A 3D nyomtatási folyamat mérföldkő, amely a vállalatok széles köre számára nagy jelentőséggel bír. Minden alkatrész, kis széria vagy akár prototípus beszállítója vagy gyártója gyorsabban és egyszerűbben tudja legyártani azokat, így a vállalati folyamatok rendkívül felgyorsultak és leegyszerűsödtek a 3D nyomtatási folyamat révén. A print24-en megtudhatja, hogy pontosan mit is ért a 3D nyomtatás, hol van az eredete, milyen különböző eljárások érhetők el és mik az előnyei!

A 3D nyomtatás definíciója

A 3D nyomtatást additív vagy generatív gyártásnak is nevezik. A gyártási folyamat mögött az az ötlet, hogy egy numerikus modellt alakítsanak át háromdimenziós modellné. Továbbá az urforming gyártási folyamatokhoz tartozik, ami azt jelenti, hogy a formátlan testből szilárd testet állítanak elő. A test geometriailag meghatározott alakkal rendelkezik. Összefoglalva tehát a 3D nyomtatás fizikai objektumok létrehozása digitális fájlokból. A digitális adatokat CAD-modellezéssel, 3D szkennerek adataival vagy 3D-modellezéssel állítják elő, de a 3D nyomtató nem tudja közvetlenül olvasni. Ehhez viszont olyan szoftverre van szükség, amely a geometriai alakzatot a G-kódon keresztül lefordítja a nyomtató gépi nyelvére". A szoftvert "szeletelőnek" nevezik, amely a 3D objektumot külön rétegekre osztja. Az objektumot ezután felépítik/kinyomtatják. rétegről rétegre, innen az additív gyártás elnevezés. Ez ellentétben áll a szubtraktív gyártással, amikor a meglévő objektumokról eltávolítják az anyagot. A 3D nyomtató nyomtatása háromdimenziós, azaz az objektum előre meghatározott szélessége, hossza és magassága van. a 3D nyomtató a két szokásos vízszintes tengelyen (X és Y tengely) kívül függőleges tengellyel (Z tengely) is működik.

A 3D nyomtató felépítése és funkciója

A 3D nyomtatók között megkülönböztethetünk nyitott és zárt nyomtatókat, komplett eszközöket és készleteket. Míg a legtöbbet kompletten szállítják, a készleteket először a felhasználónak kell összeállítania. A komplett eszközök általában drágábbak, mint a készletek, de Ön megspórolja az összeszerelést. Zárt 3D nyomtató esetén a telepítési tér zárt. Attól függően, hogy a nyomtatót hol kívánja használni, választható nyitott vagy zárt változat. A 3D nyomtató alapvetően nyomtatási/fűtőágyból, tartószerkezetből, nyomtatási objektumból, fúvókából, hordozóanyagból és nyomtatási anyagból áll. A felépítés azonban technológián belül kissé eltérhet. A fent említett konstrukció szerint a 3D nyomtató a következőképpen működik: Először a fűtőágy és a fúvóka melegszik fel. Ezután a fűtőágy felmegy a nyomtatófejhez. Az olvadt filamentet (speciális műanyagok, fémek vagy egyéb anyagok) ezután felvisszük a fűtőágyra, amíg az első réteg el nem készül. Amikor elkészül az első réteg, a fűtött ágy egy rétegmagasságot halad le, itt mikronban mérve. A második filamentréteget az előző tetejére kell felhordani, és összeolvasztani vele. Ha vannak túlnyúló helyek, akkor ugyanabból vagy más anyagból készült tartószerkezetet is lehet használni, ahol az alternatív anyagnak képesnek kell lennie vízben vagy akár más oldatban oldódni. Az utolsó lépést addig ismételjük, amíg a 3D objektum el nem készül.

A 3D nyomtatási eljárások típusai

A következőkben a leggyakoribb 3D nyomtatási folyamatokat mutatjuk be. Az említetteken kívül sok más változat is létezik. Alapvetően a következő 3D nyomtatási folyamatok különböztethetők meg:

• Szelektív lézerolvasztás (SLM)/szelektív lézeres szinterezés (SLS)
• Elektronsugaras olvasztás (EBM)
• Olvasztott lerakódási modellezés/olvasztott filamentum gyártás (FDM/FFF)
• Sztereolitográfia (STL/SLA)
• Lézeres hegesztés
• Filmátviteli képalkotás (FTI)
• Digitális fényfeldolgozás (DLP)
• Többsugaras modellezés / Poly Jet modellezés

A szelektív lézerolvasztási eljárás során egy porból álló fémet viszünk fel és olvasztunk meg a lézerrel. A kívánt nyomtatási objektumot ezután a rétegvastagsággal csökkentik, újra felhordják a port és összeolvasztják. A 3D nyomtatás védő atmoszférában történik; fémek, műanyagok, homok vagy kerámia feldolgozható. Ezzel szemben a szelektív lézeres szinterezés (SLS) nem tiszta fémport használ, hanem kötőanyagot ad hozzá. A speciális por is csak részben olvad meg, amitől az anyag összetapad. Az elektronsugaras olvasztás (EBM) szintén port használ, és ugyanúgy dolgozza fel, mint a szelektív lézeres olvasztást, azzal a különbséggel, hogy lézer helyett elektronsugarat használnak. Egy mágnesesen alátámasztott rugó pozicionálja és irányítja.

A Fused Deposition Modelling/Fused Filament Fabrication (FDM/FFF) alkalmazása során először egy speciális műanyagot melegítenek fel, majd a 3D objektumot lapokra nyomtatják. Ebben a folyamatban az izzószál egy orsón keresztül a fúvókához kerül, ahonnan az építőlemezre kerül, ahol közvetlenül megszilárdul. Mivel a tárgy felülete a gyártás után gyakran kissé érdes, át kell dolgozni. A precíziós munka eredménye kielégítő. A folyékony műanyagok UV fény segítségével történő keményítése a sztereolitográfia (STL/SLA) folyamatában történik. A 3D objektumot folyékony műanyag fürdőben állítják elő, lézerrel az egyes rétegek kikeményítésére. A befejezés után minden felhasznált tartószerkezetet eltávolítanak, és a 3D objektumot megkeményítik. A modellek nagyon nagy pontossággal rendelkeznek. A lézeres hegesztés diódát vagy szálas lézert használ. Fémport vagy fémhuzalt visz fel a munkadarabra egy fúvóka segítségével. A por használatakor a 3D nyomtató teljesen automatikusan működik, ami alkalmassá teszi alkatrészjavításban vagy prototípus gyártásban való használatra.

A filmtranszfer képalkotás (FTI) egy vékony anyagfilm felhordását jelenti egy szállítófóliára. A rétegek megvilágítással jönnek létre, ekkor a munkadarabot felemeljük, majd új filmet viszünk fel. Ez a folyamat addig folytatódik, amíg a 3D objektum el nem készül, ami nagyon nagy pontosságú. Az FTI-ben izzószálként fényérzékeny műanyagokat használnak. A digitális fényfeldolgozásban (DLP) a 3D objektumot műanyag fürdőből hozzák létre. Az eljárás az STL és az FTI 3D nyomtatási technológia keveréke, ahol az FTI technológiát az RTI-hez hasonlóan alkalmazzák. A Multi Jet Modelling/Poly Jet Modelling viszont a tintasugaras nyomtatóhoz hasonló technikát használ. Itt több fúvókát rögzítenek egy nyomtatófejhez, amely rétegről rétegre nyomtatja a 3D modellt. A modelleket nagyon nagy részletgazdagság jellemzi, és szálként UV-érzékeny fotopolimereket használnak, amelyek fénnyel térhálósodnak.

Anyagok 3D nyomtatási folyamatokhoz

A technológia fejlődése miatt az évek során a 3D nyomtatáshoz szükséges anyagot újra és újra hozzá kellett igazítani. Az alábbiakban bemutatjuk a legfontosabb speciális anyagokat, mint a műanyagok vagy fémek:

Műanyagok 3D nyomtatáshoz

A PLA (poliaktid) a 3D nyomtatás egyik legnépszerűbb anyaga. A szintetikus polimerek a poliészterek csoportjába tartoznak, kukoricakeményítőből, azaz regeneratív forrásokból nyerik, biokompatibilisek és újrahasznosíthatók. A PLA már alacsony, 70 °C-os olvadási hőmérsékleten is feldolgozható, és általában hűtés közben is méretstabil marad. Ez a két tulajdonság vonzóvá teszi a PLA-t magán- és professzionális felhasználók számára egyaránt. A PLA ma már számos különböző színben elérhető. Az anyag egyetlen hátránya, hogy csak enyhén robusztus és hőálló, így nem alkalmas nagy igénybevételnek kitett alkatrészek gyártására.

Az ABS (akrilnitril-butadién-sztirol) a második leggyakrabban használt műanyag a 3D nyomtatásban, és egyben szintetikus polimer is. Akrilnitrilből, 1,3-butadiénből és sztirolból készül. Előnyös tulajdonságai az anyag szilárdsága, merevsége és szívóssága. Használható prototípus-készítéshez és végtermékek gyártásához. Az ABS-t 220–250 °C-on nyomtatják, és fűtött nyomtatószobában vagy nyomtatóágyban kell nyomtatni. Ebben a legyártott tárgyak lehűlhetnek, és elkerülhetők az alakváltozások. A PLA-hoz hasonlóan az ABS is különböző színekben kapható, és viszonylag olcsó, de a 3D nyomtatásban előforduló magas hőmérséklet miatt kevésbé népszerű a magánfelhasználók körében. Nem rendelkezik kellő időjárásállósággal sem.

A PEEK (poliéter-keton) a poliéterketonok csoportjába tartozó szintetikus polimerek. Használhatók rendkívül rugalmas és hőálló tárgyak nyomtatására. Ezenkívül biológiailag kompatibilisek és ellenállnak a vegyszereknek. A hőre lágyuló PEEK kb. 70%-kal könnyebb, mint a hasonló tulajdonságokkal rendelkező fémek, de hasonló mechanikai és hőstabilitással rendelkezik. Az autóipar, a vegyipar és a repülőgépipar ezért előszeretettel alkalmazza a PEEK-et. 360-380 °C-on nyomtatják, ezért nem nagyon alkalmas magánhasználatra.

A HIPS (High Impact Polystyrene) szintén a hőre lágyuló polimerek közé tartozik, és polibutadién poliszterollá történő polimerizálásával állítják elő. Nagy ütési szilárdságú és keménységű, vegyszerekben oldható. Ez különösen alkalmassá teszi más polimerek hordozóanyagaként. Kémiai úton eltávolítják, így a legyártott alkatrészekben még a szigorú tűréshatárokat is be lehet tartani.

A PA (nylon/poliamid) nagy szakítószilárdságú, 250 °C-on olvad és nem mérgező. A nejlonnal készített 3D objektumok szívósak és sérülésállóak. A nylont nem károsítják a legtöbb általános vegyszer, és olcsó. Ennek az anyagnak azonban az a hátránya, hogy a magas olvadási hőmérséklet miatt magánhasználatra aligha alkalmas, és fűtött nyomtatóágyat és fehér ragasztót is igényel, hogy a 3D nyomtatás során a nyomtatóágyhoz tapadjon.

A legtöbb ember valószínűleg ismeri az italosüvegekből származó PET-et (polietilén-tereftalát). Ebben rejlik az előny is, mert a PET élelmiszer-biztonságos és csomagolásra is használható. Mivel az olvasztási folyamat során nem keletkeznek gőzök, a PET-tel történő 3D nyomtatáshoz nincs szükség fűtött nyomtatószobára. Ez az alkalmazást népszerűvé teszi a magánszektorban. A PET-ből készült 3D objektumok viszonylag robusztusak, de ugyanakkor rugalmasak is.

A PETG (PET glikollal) az anyag nagy átlátszóságát biztosítja a glikollal történő módosítással. Ez a nyomtatási tulajdonságokat is javítja. Ez alacsonyabb olvadási hőmérsékletet és kisebb kristályosodást eredményez. A PETG gyorsabban extrudálható, mint a PET, és időjárásálló. Ezért gyakran használják kerti bútorokhoz és szerszámokhoz, valamint vázákhoz.

Fémek 3D nyomtatáshoz

Az említett műanyagok mellett a fémek is felhasználhatók a 3D nyomtatásban.

Az alumínium vagy alumíniumötvözetek szilárdságukkal és jó termikus tulajdonságaikkal lenyűgözőek a 3D nyomtatásban. Ezenkívül a 3D objektumok könnyűek és rugalmasan átdolgozhatók. Az autóipar, a repülőgépipar és a repülési ipar számára előnyös az alumíniumötvözetek használata; motoralkatrészek, házak, öntőformák, prototípusok, légcsatornák és még sok minden más készül 3D nyomtatással.

A titán vagy titánötvözetek a legismertebbek a fémekkel végzett 3D nyomtatásban. Kiemelkedő mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, ugyanakkor csak kis fajsúlyú. Az anyag korrózióálló, és számos magas műszaki követelményeket támasztó környezetben használható, mint például a repülés. Az orvosi eszközök, alkatrészek, funkcionális prototípusok vagy végfelhasználói alkatrészek a leggyakoribb titánötvözetekből készült 3D objektumok.

A 3D nyomtatásban használt másik fém a rozsdamentes acél/rozsdamentes acél ötvözet. Alacsony széntartalmú és nagyon korrózióálló. A megfelelően gyártott alkatrészek kiváló szilárdsággal, jó termikus tulajdonságokkal és nagy alakíthatósággal is rendelkeznek. A rozsdamentes acél 3D nyomtatást lehetőleg gépalkatrészekhez vagy élelmiszer-biztonsági alkalmazásokhoz használják.

A műanyagok és fémek mellett a kerámia, a homok, a beton és az üveg is a 3D nyomtatásban használt anyagok közé tartozik.

A 3D nyomtatás története – ki találta fel a 3D nyomtatót?

A 3D nyomtatás története a 19. századig nyúlik vissza. 1859-ben a francia François Willème, aki fotósként és szobrászként dolgozott, feltalált egy olyan berendezést, amely lehetővé tette 3D-s modell létrehozását több kamera segítségével. 1892-ben az osztrák Joseph E. Blanther szabadalmat kért domborzati térképek készítésére. Ezeknek a térképeknek az elkészítéséhez akkoriban viaszlapokat lamináltak, és ezekből a kívánt formát kivágták és egymásra ragasztották. Ezzel több rétegen keresztül jött létre a 3D-s térkép.

Miután a 20. században több évtizedig nem ismerték tovább a 3D nyomtatást, a japán feltaláló, Hideo Kodama végül újabb szabadalmat kért 1980-ban: Ebben leírta, hogyan keményedik meg egy fotopolimer anyag UV fény hatására, és így jön létre a modell. rétegről rétegre, ami hasonló a sztereolitográfia elvéhez. Mivel anyagi nehézségei miatt nem tudta tovább fizetni a szabadalmi bejelentést, elvesztette hírnevét. 1984-ben a franciák Alain le Méhauté, Olivier de Witte és Jean-Claude André szabadalmat próbáltak szerezni arra az eljárásra, amelyben a folyadékot fényforrással keményítik. Ezt sztereolitográfiának is nevezték. A megkeresett kutatóintézet azonban nem látta a találmányban rejlő lehetőségeket, és leállította a projektet. Végül az amerikai Chuck W. Hull volt az, aki három héttel később szabadalmat kért. Már 1981-ben feltalálta a sztereolitográfiát, amelyet először 1983-ban ültettek át a gyakorlatba. 1985-ben elérhető volt az első 3D tervezőprogram, 1986-ban pedig megalapította a ma már világhírű 3D Systems céget. 1988-ban megjelent az első 3D nyomtató (SLA-1 gép).

1992-ben a DTM-nél gyártották az első szelektív lézeres szinterező gépet, amely az eljárás szerint lézerfénnyel sugározta be a port. Ezt követte a Z Corp 3D nyomtatója, amely a kötőanyag-sugárzó eljárást alkalmazta. Az 1990-es évek végére a műanyagok mellett a fémek feldolgozására is sor került, és több CAD-program is megjelent. A 2000-es években lendületet kapott az additív gyártás, amely az orvostudományban honosodott meg. Először ültettek be 3D-nyomtatott szervet emberi lénybe. A 2000-es éveket további fejlemények jellemezték. A 3D nyomtatók már más 3D nyomtatókhoz is tudtak alkatrészeket gyártani, és beléptek a munkahelyre. 2010-től az új modellekkel autók prototípusait is nyomtathatták, megjelentek a 3D-s élelmiszernyomtatók, az első 3D-nyomtatott alkatrészek űrállomásokhoz, valamint állkapocs- és csontprotézisek. Ugyanígy a kis- és középvállalkozások is profitáltak a 3D-s nyomtatásból, ami lehetővé tette számukra, hogy olcsóbban készítsenek prototípusokat. A legtermelékenyebb adalékos műanyaggyártási eljárás jelenleg a Multi Jet Fusion eljárás, melynek során a keletkező tárgyak homogén felülettel és szinte pórusmentes anyagsűrűséggel rendelkeznek.

Mit hoz tehát a jövő? Nagyon valószínű, hogy a 3D nyomtatás technológiája a tömeggyártás felé fog fejlődni, hiszen egyre több anyag nyomtatható rövidebb idő alatt és jó minőségben.

Kiváló minőségű nyomtatott termékek a print24-nél

Nálunk kinyomtathatja kívánt tárgyát reklámcélokra vagy mindennapi irodai életére. A print24 nyomdai termékek széles választékát kínálja, amelyeket gyorsan és kiváló minőségben szállítunk Önnek. A nagy formátumú nyomdai tárgyak, textiltermékek vagy fotótermékek is kínálatunk részét képezik. Egyszerűen válassza ki a kívánt nyomdai termékeket, és tervezze meg őket egyedileg!