3D spausdinimas
Ar norėtumėte sužinoti daugiau apie 3D spausdinimą? Tuomet žurnalas "print24 Journal" yra jums tinkama vieta! Paaiškinsime, kas yra 3D spausdinimas, kaip jis veikia, kokios medžiagos ir procesai yra prieinami ir kokią naudą galite gauti. Kartu su mumis atraskite žavų 3D spausdinimo pasaulį!
3D spausdinimas - informacija apie 3D spausdinimo procesą
Pasaulis padarė didžiulį šuolį į priekį sukūrus 3D spausdinimą. 3D spausdinimo procesas yra svarbus etapas, kuris yra labai svarbus daugeliui įmonių. Visi atsarginių dalių, mažų partijų ar prototipų tiekėjai ar gamintojai gali juos gaminti greičiau ir paprasčiau, o tai reiškia, kad 3D spausdinimo procesas nepaprastai pagreitino ir supaprastino verslo procesus. Sužinokite, kas tiksliai yra 3D spausdinimas, kur slypi jo ištakos, kokie yra skirtingi procesai ir kokie yra jo privalumai svetainėje print24!
Trimatinio spausdinimo apibrėžimas
Trimatinis spausdinimas dar vadinamas adityviąja arba generatyvine gamyba. Šio gamybos proceso esmė - skaitmeninį modelį paversti trimačiu modeliu. Tai taip pat yra pirminis formavimo gamybos procesas, o tai reiškia, kad iš beformio kūno pagaminamas kietas kūnas. Kūnas turi geometriškai apibrėžtą formą. Apibendrinant: 3D spausdinimas - tai fizinių objektų kūrimas iš skaitmeninių failų. Skaitmeniniai duomenys sukuriami taikant CAD modeliavimą, 3D skenerių arba 3D modeliavimo duomenis, nors 3D spausdintuvas šių duomenų tiesiogiai nuskaityti negali. Savo ruožtu tam reikalinga speciali programinė įranga, kuri geometrinę formą išverčia į spausdintuvo mašininę kalbą, naudodama "G-kodą". Ši programinė įranga vadinama "pjaustykle", kuri 3D objektą suskirsto į atskirus sluoksnius. Tada objektas kuriamas / spausdinamas sluoksnis po sluoksnio, todėl ši technologija vadinama adityviąja gamyba. Tai yra priešingybė subtraktyviajai gamybai, kai medžiaga pašalinama iš esamų objektų. 3D spausdintuvu atspausdintas objektas yra trimatis, t. y. objektas turi iš anksto nustatytą plotį, ilgį ir aukštį. Todėl 3D spausdintuvas, be dviejų įprastų horizontalių ašių (X ir Y ašių), dirba su vertikalia ašimi (Z ašimi).
Temperatūrinio spausdintuvo sandara ir funkcijos
Galima išskirti atvirus ir uždarus 3D spausdintuvus, sukomplektuotus įrenginius ir rinkinius. Nors dauguma jų pristatomi sukomplektuoti, rinkinius pirmiausia turi surinkti naudotojas. Sukomplektuoti prietaisai paprastai yra brangesni už rinkinius, tačiau sutaupoma surinkimo išlaidų. Naudojant uždarą 3D spausdintuvą, montavimo erdvė yra uždara. Priklausomai nuo to, kur spausdintuvas bus naudojamas, galima pasirinkti atvirą arba uždarą versiją. Iš esmės 3D spausdintuvą sudaro spausdinimo / šildymo lova, atraminė konstrukcija, spausdinimo objektas, antgalis, atraminė medžiaga ir spausdinimo medžiaga. Tačiau technologija gali šiek tiek skirtis konstrukcija. 3D spausdintuvas veikia taip pagal pirmiau pateiktą struktūrą: Pirmiausia įkaista kaitinimo lova ir antgalis. Tada kaitinimo lova pereina prie spausdinimo galvutės. Tada ant kaitinimo lovio dedama išlydyta gija (specialūs plastikai, metalai ar kitos medžiagos), kol užbaigiamas pirmasis sluoksnis. Užbaigus pirmąjį sluoksnį, kaitinimo lova pasislenka žemyn vieno sluoksnio aukščio atstumu, matuojamu mikrometrais. Antrasis gijų sluoksnis uždedamas ant ankstesniojo ir su juo sulydomas. Jei yra išsikišusių sričių, galima naudoti atraminę konstrukciją iš tos pačios arba kitos medžiagos, kai alternatyvi medžiaga turi ištirpti vandenyje arba kitame tirpale. Pastarasis veiksmas kartojamas tol, kol 3D objektas baigiamas.
Trimatinio spausdinimo procesų tipai
Aukščiau pateikiami dažniausiai pasitaikantys 3D spausdinimo procesai. Tačiau, be minėtų, yra daug kitų variantų. Galima išskirti šiuos 3D spausdinimo procesus:
- Selektyvus lydymas lazeriu (SLM)/Selektyvus sukepinimas lazeriu (SLS)
- Elektronų pluošto lydymas (EBM)
- Slydomo nusodinimo modeliavimas /lydomo pluošto gamyba (FDM/FFF)
- Stereolitografija (STL/SLA)
- Lazerinis metalų nusodinimas
- Plėvelės perkėlimo vaizdavimas (FTI)
- Skaitmeninis šviesos apdorojimas (DLP)
- Multi Jet-modeliavimas / polireaktyvinis modeliavimas
Selektyvaus lydymo lazeriu procese naudojamas metalas, sudarytas iš miltelių, ir lydomas lazeriu. Tada norimas spausdinti objektas sumažinamas sluoksnio storiu, vėl užtepami milteliai ir išlydomi. 3D spausdinimas vyksta apsauginėje atmosferoje; galima apdoroti metalus, plastikus, smėlį ar keramiką. Priešingai, selektyvaus sukepinimo lazeriu (SLS) metu nenaudojami gryni metalo milteliai, o pridedama rišiklio. Specialūs milteliai taip pat išlydomi tik iš dalies, todėl medžiaga sulimpa. Lydant elektronų pluoštu (EBM) taip pat naudojami milteliai ir jie apdorojami tokiu pat būdu kaip ir selektyvusis lazerinis lydymas, tik vietoj lazerio naudojamas elektronų pluoštas. Magnetu pritvirtinta spyruoklė pozicionuoja ir nukreipia spindulį.
Taikant lydomojo nusodinimo modeliavimą / lydomųjų gijų gamybą (FDM/FFF), pirmiausia įkaitinamas specialus plastikas, o tada 3D objektas spausdinamas lakštais. Gija ritėmis transportuojama į purkštuką, iš kurio paduodama ant statybinės plokštės, kur tiesiogiai sukietėja. Kadangi po gamybos objekto paviršius dažnai būna šiek tiek nelygus, jį tenka iš naujo apdirbti. Tikslaus darbo rezultatas yra patenkinamas. Stereolitografijos procese (STL/SLA) vyksta skysto plastiko kietinimas naudojant ultravioletinę šviesą. 3D objektas gaminamas skysto plastiko vonioje, kurioje lazeriu sukietinami atskiri sluoksniai. Baigus darbą, visos naudotos atraminės konstrukcijos pašalinamos ir 3D objektas sukietinamas. Modeliai yra labai tikslūs. Lazeriniam padengimui naudojamas diodinis arba pluoštinis lazeris. Juo ant ruošinio antgaliu užtepami metalo milteliai arba metalinė viela. Naudojant miltelius, 3D spausdintuvas veikia visiškai automatiškai, todėl tinka naudoti komponentų remontui arba prototipų gamybai.
Plėvelės perkėlimo vaizdavimas (FTI) naudojamas plonai medžiagos plėvelei užtepti ant transportinės plėvelės. Sluoksniai sukuriami apšviečiant, po to ruošinys pakeliamas ir uždedama nauja plėvelė. Šis procesas tęsiamas tol, kol baigiamas kurti 3D objektas, pasižymintis labai dideliu tikslumu. Šviesai jautrūs plastikai naudojami kaip FTI gijos. Naudojant skaitmeninį šviesos apdorojimą (DLP), 3D objektas kuriamas iš plastiko vonelės. Šis procesas yra STL ir FTI 3D spausdinimo technologijos mišinys, kuriame FTI technologija naudojama taip pat kaip ir FTI. Kita vertus, modeliuojant daugiasroviu būdu / polistireniniu būdu, naudojama technika, panaši į rašalinį spausdinimą. Prie spausdinimo galvutės pritvirtinami keli purkštukai, kurie sluoksnis po sluoksnio spausdina 3D modelį. Modeliai pasižymi labai dideliu detalumu, o kaip gijos naudojami UV spinduliams jautrūs fotopolimerai, kurie kietinami šviesa.
Medžiagos, naudojamos 3D spausdinimo procesuose
Bėgant metams, tobulėjant technologijoms, teko nuolat pritaikyti 3D spausdinimui naudojamas medžiagas. Toliau pateikiame svarbiausias specializuotas medžiagas, pavyzdžiui, plastikus ar metalus:
Plastmasė 3D spausdinimui
PLA (poliaktidas) yra viena populiariausių 3D spausdinimui skirtų medžiagų. Tai sintetiniai polimerai - poliesteriai, gaunami iš kukurūzų krakmolo, t. y. atsinaujinančių išteklių, ir yra biologiškai suderinami bei perdirbami. PLA galima apdoroti esant žemai 70 °C lydymosi temperatūrai ir paprastai jis išlaiko savo formą net ir atvėsęs. Dėl šių dviejų savybių PLA yra patrauklus tiek privatiems, tiek profesionaliems naudotojams. Dabar PLA galima įsigyti įvairių spalvų. Vienintelis šios medžiagos trūkumas yra tas, kad ji nėra labai elastinga ir atspari karščiui, todėl netinka labai įtemptiems komponentams gaminti.
ABS (akrilonitrilo-butadieno stirenas) yra antroji dažniausiai 3D spausdinime naudojama plastikinė medžiaga, kuri taip pat yra sintetinis polimeras. Jis gaminamas iš akrilnitrilo, 1,3 butadieno ir stireno. Palankios šios medžiagos savybės yra jos stiprumas, standumas ir tvirtumas. Ją galima naudoti prototipams kurti ir galutiniams gaminiams gaminti. ABS spausdinama 220-250 °C temperatūroje ir turėtų būti spausdinama šildomoje spausdinimo kameroje arba spausdinimo lysvėje. Tai leidžia gaminamiems objektams atvėsti ir apsaugo nuo deformacijos. Kaip ir PLA, ABS galima įsigyti įvairių spalvų ir yra palyginti nebrangus, tačiau dėl aukštos temperatūros, susijusios su 3D spausdinimu, yra mažiau populiarus tarp privačių naudotojų. Jis taip pat nėra pakankamai atsparus atmosferos poveikiui.
PEEK (polieterio eterolis) - tai sintetiniai polieterių ketonų grupės polimerai. Juos galima naudoti spausdinant itin elastingus ir temperatūrai atsparius objektus. Jie taip pat yra biologiškai suderinami ir atsparūs cheminėms medžiagoms. Termoplastinis PEEK yra maždaug 70 % lengvesnis už panašių savybių metalus, tačiau pasižymi panašiu mechaniniu ir šiluminiu stabilumu. Todėl PEEK yra mėgstamas automobilių, chemijos ir aviacijos pramonėje. Jis spausdinamas 360-380 °C temperatūroje, todėl mažiau tinkamas naudoti privačiai.
HIPS (didelio poveikio polistirenas) taip pat yra termoplastinis polimeras ir gaminamas polimerizuojant polibutadieną į polisterolį. Jis pasižymi dideliu smūginiu stiprumu ir kietumu, jį galima tirpinti cheminėse medžiagose. Dėl to jis ypač tinka kaip pagalbinė medžiaga kitiems polimerams. Jis chemiškai pašalinamas, todėl gaminamuose komponentuose galima laikytis net griežtų leistinų nuokrypių.
PA (nailonas/poliamidas) pasižymi dideliu atsparumu tempimui, lydosi 250 °C temperatūroje ir yra netoksiškas. Su nailonu sukurti 3D objektai yra tvirti ir atsparūs pažeidimams. Nailono nepažeidžia dauguma įprastų cheminių medžiagų ir jis yra nebrangus. Tačiau šios medžiagos trūkumas yra tas, kad dėl aukštos lydymosi temperatūros ji vargu ar tinka naudoti privačiai, be to, jai reikia ir įkaitinto spausdinimo pagrindo, ir baltųjų klijų, kad 3D spausdinimo metu ji priliptų prie spausdinimo pagrindo.
PET (polietileno tereftalatas) tikriausiai daugumai pažįstamas iš gėrimų butelių. Čia slypi ir privalumas, nes PET yra saugus maistui ir gali būti naudojamas pakuotėms. Kadangi lydymo proceso metu nesusidaro garų, 3D spausdinimui su PET nereikia šildomos spausdinimo patalpos. Dėl to šis pritaikymas populiarus privačiame sektoriuje. Iš PET pagaminti 3D objektai yra palyginti tvirti, bet kartu ir lankstūs.
PETG (PET su glikoliu), modifikuojant glikoliu, pasiekiamas aukštas medžiagos skaidrumo lygis. Tai taip pat pagerina spausdinimo savybes. Dėl to žemesnė lydymosi temperatūra ir mažesnė kristalizacija. PETG galima išspausti greičiau nei PET ir jis yra atsparus atmosferos poveikiui. Todėl jis dažnai naudojamas sodo baldams ir įrangai bei vazoms gaminti.
Metalai 3D spausdinimui
Be minėtų plastikų, 3D spausdinimui galima naudoti ir metalus
Aluminis arba aliuminio lydiniai 3D spausdinimui imponuoja savo tvirtumu ir geromis šiluminėmis savybėmis. Be to, 3D objektai yra lengvi ir gali būti lanksčiai perdirbami. Aliuminio lydinių naudojimas naudingas automobilių, aviacijos ir kosmoso pramonei; naudojant 3D spausdinimą gaminamos variklių dalys, korpusai, liejimo formos, prototipai, oro ortakiai ir daug kitų gaminių.
Titano arba titano lydiniai yra vieni iš geriausiai žinomų 3D spausdinimo metalų. Jis pasižymi išskirtinėmis mechaninėmis savybėmis ir mažu savituoju svoriu. Ši medžiaga atspari korozijai ir gali būti naudojama daugelyje aplinkų, kurioms keliami aukšti techniniai reikalavimai, pavyzdžiui, aviacijoje. Medicinos prietaisai, atsarginės dalys, funkciniai prototipai ar galutinio naudojimo dalys - tai dažniausiai iš titano lydinių gaminami 3D objektai.
Kitas 3D spausdinimui naudojamas metalas yra nerūdijantis plienas/nerūdijančio plieno lydinys. Jis turi mažai anglies ir yra labai atsparus korozijai. Taip pagaminti komponentai taip pat pasižymi puikiu tvirtumu, geromis šiluminėmis savybėmis ir dideliu plastiškumu. 3D spausdinimą iš nerūdijančiojo plieno pageidautina naudoti mašinų komponentams arba maisto produktams gaminti.
Be plastikų ir metalų, tarp 3D spausdinimui naudojamų medžiagų taip pat yra keramika, smėlis, betonas ir stiklas.
3D spausdinimo istorija - kas išrado 3D spausdintuvą?
3D spausdinimo istorija siekia XIX amžių. 1859 m. prancūzas François Willème, dirbęs fotografu ir skulptoriumi, išrado aparatą, kuris leido sukurti 3D modelį naudojant kelias kameras. 1892 m. austras Josephas E. Blantheris pateikė paraišką dėl reljefinių žemėlapių gamybos patento. Jiems gaminti tuo metu buvo laminuojamos vaško plokštelės, iš jų išpjaunamos norimos formos ir suklijuojamos. Taip per kelis sluoksnius buvo sukuriamas 3D žemėlapis.
Kai XX a. kelis dešimtmečius 3D spausdinimas nebuvo daugiau žinomas, 1980 m. japonų išradėjas Hideo Kodama pagaliau pateikė paraišką dar vienam patentui gauti: Jame jis aprašė, kaip fotopolimerinė medžiaga sukietėja naudojant ultravioletinių spindulių šviesą, taip sluoksnis po sluoksnio sukuriant modelį, o tai atitinka stereolitografijos principą. Kadangi dėl finansinių sunkumų jis negalėjo sumokėti už patento paraišką, tapo mažiau žinomas. 1884 m. prancūzai Alain le Méhauté, Olivier de Witte ir Jeanas-Claude'as André bandė gauti patentą procesui, kai skystis sukietinamas naudojant šviesos šaltinį. Jie taip pat tai pavadino stereolitografija. Tačiau mokslinių tyrimų institutas, į kurį kreiptasi, nesugebėjo pripažinti išradimo potencialo ir sustabdė projektą. Galiausiai po trijų savaičių paraišką patentui gauti pateikė amerikietis Chuckas W. Hullas. Jis 1981 m. jau buvo išradęs stereolitografiją, kuri pirmą kartą praktiškai pritaikyta 1983 m. 1985 m. pasirodė pirmoji 3D projektavimo programa, o 1986 m. jis įkūrė dabar visame pasaulyje žinomą bendrovę "3D Systems". 1988 m. rinkoje pasirodė pirmasis 3D spausdintuvas (SLA-1 mašina).
1992 m. DTM buvo pagamintas pirmasis selektyvaus sukepinimo lazeriu aparatas, kuriame buvo naudojamas miltelių švitinimo lazerio šviesa procesas. Vėliau buvo pagamintas "Z Corp" 3D spausdintuvas, kuriame buvo naudojamas rišamosios medžiagos purškimo procesas. Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje buvo galima apdoroti ne tik plastiką, bet ir metalus, pradėtos kurti kitos CAD programos. 2000-aisiais adityvioji gamyba įgavo pagreitį ir įsitvirtino medicinos sektoriuje. Pirmą kartą žmogui buvo implantuotas 3D spausdintuvu atspausdintas organas. 2000-ieji pasižymėjo tolesniais pokyčiais. Dabar 3D spausdintuvais buvo galima gaminti kitų 3D spausdintuvų dalis ir jie pateko į darbo vietas. Nuo 2010 m. naujaisiais modeliais taip pat buvo galima spausdinti automobilių prototipus, 3D maisto spausdintuvais, buvo sukurti pirmieji 3D spausdintuvais atspausdinti kosminių stočių komponentai, žandikaulių ir kaulų protezai. 3D spausdinimas buvo naudingas ir mažosioms bei vidutinėms įmonėms, nes leido joms pigiau gaminti prototipus. Šiuo metu produktyviausias adityviosios plastiko gamybos procesas yra "Multi Jet Fusion" procesas, kurio metu gaunami objektai pasižymi vienalyčiu paviršiumi ir beveik be porų medžiagos tankiu.
Kokia ateitis laukia ateityje? Labai tikėtina, kad 3D spausdinimo technologija vystysis serijinės gamybos link, nes vis daugiau medžiagų bus galima atspausdinti per trumpesnį laiką ir kokybiškiau.
Kokybiški spausdinimo produktai print24
S mumis galite atsispausdinti norimą objektą reklamos tikslais arba kasdieniniame biure. print24 siūlo jums didelį spausdinimo produktų asortimentą, kurį pristatome greitai ir kokybiškai. Spausdinkite objektus dideliu formatu, Tekstilės gaminiai arba Fotografijos gaminiai taip pat yra mūsų asortimento dalis. Tiesiog pasirinkite norimus spausdinimo gaminius ir juos personalizuokite