3D drukāšana
Vai vēlaties uzzināt vairāk par 3D drukāšanu? Tad žurnāls print24 ir īstā vieta tieši jums! Mēs skaidrojam, kas ir 3D drukāšana, kā tā darbojas, kādi materiāli un procesi ir pieejami un kā jūs varat gūt no tās labumu. Kopā ar mums atklājiet aizraujošo 3D drukāšanas pasauli!
3D drukāšana - Informācija par 3D drukāšanas procesu
Pēc 3D drukāšanas attīstības pasaulē ir veikts milzīgs lēciens uz priekšu. 3D drukāšanas process ir pagrieziena punkts, kas ir ļoti svarīgs daudziem uzņēmumiem. Visi rezerves daļu, nelielu partiju vai prototipu piegādātāji vai ražotāji var tos izgatavot ātrāk un vienkāršāk, kas nozīmē, ka 3D drukāšanas process ir ārkārtīgi paātrinājis un vienkāršojis uzņēmējdarbības procesus. Uzziniet, kas tieši ir 3D drukāšana, kur meklējama tās izcelsme, kādi ir dažādie procesi un kādas ir tās priekšrocības, vietnē print24!
Trīsdimensiju drukāšanas definīcija
Trīsdimensiju drukāšanu sauc arī par aditīvo vai ģeneratīvo ražošanu. Šī ražošanas procesa būtība ir pārvērst skaitlisko modeli trīsdimensiju modelī. Tas ir arī primārās formēšanas ražošanas process, kas nozīmē, ka no bezformas ķermeņa tiek izgatavots ciets ķermenis. Ķermenim ir ģeometriski noteikta forma. Rezumējot: 3D drukāšana ir fizisku objektu radīšana no digitāliem failiem. Digitālos datus ģenerē, izmantojot CAD modelēšanu, datus no 3D skeneriem vai 3D modelēšanu, lai gan 3D printeris šos datus nevar nolasīt tieši. Tam savukārt ir nepieciešama īpaša programmatūra, kas ģeometrisko formu pārtulko printera mašīnvalodā, izmantojot "G-kodu". Šo programmatūru sauc par "slicer", kas 3D objektu sadala atsevišķos slāņos. Pēc tam objekts tiek būvēts/spiests slānis pa slānim, tāpēc to sauc par aditīvo ražošanu. Tā ir pretstatā subtraktīvai ražošanai, kurā no esošiem objektiem tiek noņemts materiāls. 3D printera izdruka ir trīsdimensiju, kas nozīmē, ka objektam ir iepriekš noteikts platums, garums un augstums. Līdz ar to 3D printeris papildus divām parastajām horizontālajām asīm (X un Y ass) darbojas arī ar vertikālo asi (Z ass).
Trīsdimensiju printera uzbūve un funkcijas
Izšķir atklātus un slēgtus 3D printerus, komplektētas ierīces un komplektus. Lai gan vairums tiek piegādāti komplektā, komplektus lietotājam vispirms ir jāsamontē. Komplektētas ierīces parasti ir dārgākas nekā komplekti, taču jūs ietaupāt uz montāžas rēķina. Izmantojot slēgtu 3D printeri, uzstādīšanas telpa ir slēgta. Atkarībā no tā, kur printeris tiks izmantots, var izvēlēties atvērtu vai slēgtu versiju. Pamatā 3D printeris sastāv no drukas/karsēšanas gultnes, atbalsta konstrukcijas, drukas objekta, sprauslas, atbalsta materiāla un drukas materiāla. Tomēr konstrukcijas var nedaudz atšķirties vienas tehnoloģijas ietvaros. Saskaņā ar iepriekš minēto struktūru 3D printeris darbojas šādi: Vispirms uzkarst sildelements un sprausla. Pēc tam sildvirsma pārvietojas uz augšu līdz drukas galviņai. Tad uz sildīšanas gultnes tiek uzklāts izkausēts pavediens (speciāla plastmasa, metāls vai cits materiāls), līdz ir pabeigts pirmais slānis. Kad pirmais slānis ir pabeigts, sildelements pārvietojas uz leju viena slāņa augstumā, ko mēra mikrometros. Otro pavedienu slāni uzklāj uz iepriekšējā slāņa un sakausē ar to. Ja ir pārkares zonas, ir iespējams izmantot atbalsta konstrukciju, kas izgatavota no tā paša vai cita materiāla, turklāt alternatīvajam materiālam jāšķīst ūdenī vai citā šķīdumā. Pēdējo soli atkārto, līdz 3D objekts ir pabeigts.
Trīsdimensiju drukāšanas procesu veidi
Tālāk ir aprakstīti izplatītākie 3D drukāšanas procesi. Tomēr papildus minētajiem variantiem ir arī daudzi citi. Var izdalīt šādus 3D drukāšanas procesus:
- Selektīvā lāzera kausēšana (SLM)/selektīvā lāzera saķepināšana (SLS)
- Elektronu staru kūšana (EBM)
- Kausētā kausējuma modelēšana/Fused Filament Fabrication. (FDM/FFF)
- Stereolitogrāfija (STL/SLA)
- Lāzera metāla uzklāšana
- Film Transfer Imaging (FTI)
- Digitālā gaismas apstrāde (DLP)
- Multi Jet-modelēšana / polistrūklu modelēšana
Selektīvās kausēšanas procesā ar lāzeru tiek uzklāts un izkausēts metāls, kas sastāv no pulvera. Pēc tam vajadzīgais drukas objekts tiek samazināts par slāņa biezumu, atkal tiek uzklāts pulveris un izkausēts. 3D drukāšana notiek aizsargājošā atmosfērā; var apstrādāt metālus, plastmasu, smiltis vai keramiku. Turpretī selektīvajā lāzera saķepināšanā (SLS) neizmanto tīru metāla pulveri, bet gan pievieno saistvielu. Arī īpašais pulveris tiek izkausēts tikai daļēji, tāpēc materiāls salipst kopā. Arī elektronu kūšanā (EBM) izmanto pulveri un apstrādā to tādā pašā veidā kā selektīvā lāzerapkausēšanā, tikai lāzera vietā izmanto elektronu staru kūli. Magnētiski piestiprināta atspere pozicionē un vada staru.
Izmantojot kausētās izkliedes modelēšanu/kausēto pavedienu izgatavošanu (FDM/FFF), vispirms tiek uzkarsēta īpaša plastmasa un pēc tam 3D objekts tiek drukāts loksnēs. Filaments ar spoles palīdzību tiek transportēts uz sprauslu, no kuras tas tiek uzklāts uz veidošanas plāksnes, kur tas tieši sacietē. Tā kā objekta virsma pēc izgatavošanas bieži vien ir nedaudz raupja, tā ir jāpārstrādā. Precizitātes darba rezultāts ir apmierinošs. Stereolitogrāfijas procesā (STL/SLA) notiek šķidras plastmasas sacietēšana ar UV gaismas palīdzību. 3D objektu izgatavo šķidras plastmasas vannā, kurā ar lāzera palīdzību tiek sacietināti atsevišķi slāņi. Pēc tam visas izmantotās atbalsta struktūras tiek noņemtas, un 3D objekts tiek sacietināts. Modeļiem ir ļoti augsta precizitātes pakāpe. Lāzera pārklājumam izmanto diodes vai šķiedru lāzeru. Tas ar sprauslas palīdzību uz apstrādājamā priekšmeta uzklāj metāla pulveri vai metāla stiepli. Izmantojot pulveri, 3D printeris darbojas pilnībā automātiski, tāpēc tas ir piemērots detaļu remontam vai prototipu ražošanai.
Plēves pārneses attēlveidošanu (FTI) izmanto, lai uz transporta folijas uzklātu plānu materiāla kārtiņu. Slāņi tiek izveidoti ar apgaismojumu, pēc tam apstrādājamā detaļa tiek pacelta un uzklāta jauna plēve. Šis process turpinās, līdz tiek pabeigts 3D objekts, kuram ir ļoti augsta precizitātes pakāpe. FTI kā šķiedras izmanto gaismjutīgu plastmasu. Digitālās gaismas apstrādes (DLP) gadījumā 3D objektu veido no plastmasas vannas. Šis process ir STL un FTI 3D drukāšanas tehnoloģijas apvienojums, kurā FTI tehnoloģija tiek izmantota tāpat kā FTI. Savukārt daudzstrūklu modelēšanā/polistrūklu modelēšanā tiek izmantota tehnoloģija, kas ir līdzīga tintes strūklas drukāšanai. Vairākas sprauslas tiek pievienotas drukas galviņai, kas pēc tam izdrukā 3D modeli slānis pa slānim. Modeļiem ir raksturīgs ļoti augsts detalizācijas līmenis, un kā pavedieni tiek izmantoti UV jutīgi fotopolimēri, kas tiek sacietināti ar gaismu.
Materiāli 3D drukāšanas procesiem
Tālāk attīstoties tehnoloģijām, 3D drukāšanai izmantojamie materiāli ir pastāvīgi jāpielāgo. Zemāk iepazīstinām ar svarīgākajiem specializētajiem materiāliem, piemēram, plastmasām vai metāliem:
Plastmasa 3D drukāšanai
PLA (poliaktīds) ir viens no populārākajiem 3D drukas materiāliem. Sintētiskie polimēri ir poliesteri, tos iegūst no kukurūzas cietes, t. i., no atjaunojamiem resursiem, un tie ir bioloģiski saderīgi un pārstrādājami. PLA var apstrādāt pie zemas kušanas temperatūras - 70 °C, un parasti tas saglabā formu pat atdzesēts. Šīs divas īpašības padara PLA pievilcīgu gan privātajiem, gan profesionālajiem lietotājiem. PLA tagad ir pieejams daudzās dažādās krāsās. Vienīgais šī materiāla trūkums ir tas, ka tas nav īpaši elastīgs un karstumizturīgs, tāpēc nav piemērots ļoti saspringtu detaļu ražošanai.
ABS (akrilnitrilbutadiēnstirols) ir otrs visbiežāk izmantotais plastmasas materiāls 3D drukāšanā, un arī tas ir sintētisks polimērs. To ražo no akrilnitrila, 1,3 butadiēna un stirola. Šī materiāla labvēlīgās īpašības ir tā izturība, stingrība un stingrība. To var izmantot prototipu izgatavošanai un galaproduktu ražošanai. ABS tiek drukāts 220-250 °C temperatūrā, un tas jādrukā apsildāmā drukas kamerā vai drukas gultnē. Tas ļauj izgatavotajiem objektiem atdzist un novērš deformāciju. Tāpat kā PLA, arī ABS ir pieejams dažādās krāsās un ir salīdzinoši lēts, taču privāto lietotāju vidū ir mazāk populārs, jo 3D drukāšanas procesā tiek izmantotas augstas temperatūras. Tam nav arī pietiekamas izturības pret laikapstākļiem.
PEEK (poliēteretilētermāls) ir sintētiskie polimēri no poliēterketonu grupas. Tos var izmantot, lai drukātu ļoti elastīgus un temperatūras izturīgus objektus. Tie ir arī bioloģiski saderīgi un ķīmiski izturīgi. Termoplastiskais PEEK ir aptuveni par 70 % vieglāks par metāliem ar līdzīgām īpašībām, bet tam ir salīdzināma mehāniskā un termiskā stabilitāte. Tāpēc PEEK ir iecienīts automobiļu, ķīmijas un kosmiskās aviācijas rūpniecībā. Tas tiek apdrukāts 360 līdz 380 °C temperatūrā, tāpēc ir mazāk piemērots privātai lietošanai
HIPS (augstas stiprības polistirols) arī ir termoplastisks polimērs, un to ražo, polimerizējot polibutadiēnu polisterolā. Tam ir augsta triecienizturība un cietība, un to var izšķīdināt ķīmiskās vielās. Tāpēc tas ir īpaši piemērots kā nesošais materiāls citiem polimēriem. To var ķīmiski atdalīt, lai izgatavotajos komponentos varētu ievērot pat stingras pielaides.
PA (neilons/poliamīds) ir augsta stiepes izturība, tas kūst 250 °C temperatūrā un nav toksisks. Ar neilonu radītie 3D objekti ir izturīgi un noturīgi pret bojājumiem. Neilonu nebojā vairums izplatīto ķīmisko vielu, un tas ir lēts. Tomēr šī materiāla trūkums ir tas, ka tas diez vai ir piemērots privātai lietošanai augstās kušanas temperatūras dēļ un tam nepieciešama gan sakarsēta drukas gulta, gan baltā līme, lai 3D drukāšanas laikā tas pieliptu pie drukas gultas.
PET (polietilēna tereftalāts), iespējams, vairumam cilvēku ir pazīstams no dzērienu pudelēm. Te ir arī priekšrocība, jo PET ir drošs pārtikai un to var izmantot iepakojumam. Tā kā kausēšanas procesā nerodas tvaiki, 3D drukāšanai ar PET nav nepieciešama apsildāma drukas telpa. Tas padara šo pielietojumu populāru privātajā sektorā. No PET izgatavoti 3D objekti ir salīdzinoši izturīgi, bet vienlaikus arī elastīgi.
PETG (PET ar glikolu), pateicoties modifikācijai ar glikolu, tiek panākts augsts materiāla caurspīdīguma līmenis. Tas uzlabo arī drukas īpašības. Tā rezultātā ir zemāka kušanas temperatūra un mazāka kristalizācija. PETG var ekstrudēt ātrāk nekā PET, un tas ir izturīgs pret laikapstākļiem. Tāpēc to bieži izmanto dārza mēbelēm un aprīkojumam, kā arī vāzēm.
Metāli 3D drukāšanai
Be iepriekš minētās plastmasas 3D drukāšanā var izmantot arī metālus
Alumīnijs vai alumīnija sakausējumi 3D drukāšanā pārsteidz ar savu izturību un labām termiskajām īpašībām. Turklāt 3D objekti ir viegli un tos var elastīgi pārstrādāt. No alumīnija sakausējumu izmantošanas gūst labumu automobiļu, kosmiskā un aviācijas rūpniecība; izmantojot 3D drukāšanu, tiek izgatavotas dzinēju detaļas, korpusi, veidnes, prototipi, gaisa vadi un daudz kas cits.
Titāna jeb titāna sakausējumi ir vieni no pazīstamākajiem metālu 3D drukāšanas veidiem. Tam piemīt izcilas mehāniskās īpašības un zems īpatnējais svars. Materiāls ir izturīgs pret koroziju, un to var izmantot daudzās vidēs ar augstām tehniskajām prasībām, piemēram, aviācijā. Medicīnas ierīces, rezerves daļas, funkcionāli prototipi vai galaproduktu detaļas ir visbiežāk sastopamie 3D objekti, kas izgatavoti no titāna sakausējumiem.
Cits metāls, ko izmanto 3D drukāšanā, ir nepastāvīgais tērauds/nepastāvīgā tērauda sakausējums. Tas ir ar zemu oglekļa saturu un ir ļoti izturīgs pret koroziju. Šādā veidā izgatavotajiem komponentiem ir arī lieliska izturība, labas termiskās īpašības un augsta lokanība. 3D drukāšanu ar nerūsējošo tēraudu vēlams izmantot mašīnu detaļām vai lietojumiem, kas paredzēti pārtikas produktiem.
Be plastmasas un metālu, 3D drukāšanā izmanto arī keramiku, smiltis, betonu un stiklu.
3D drukāšanas vēsture - kas izgudroja 3D printeri?
3D drukāšanas vēsture aizsākās 19. gadsimtā. Francūzis Fransuā Villemē, kurš strādāja par fotogrāfu un tēlnieku, 1859. gadā izgudroja aparātu, kas ļāva izveidot 3D modeli, izmantojot vairākas kameras. Austrietis Jozefs E. Blanters 1892. gadā pieteicās patenta saņemšanai reljefu karšu izgatavošanai. Lai tās izgatavotu, tolaik tika laminētas vaska plāksnes, no kurām izgrieza vajadzīgo formu un salīmēja kopā. Tādējādi, izmantojot vairākus slāņus, tika izveidota 3D karte.
Pēc tam, kad 20. gadsimtā 3D drukāšana vairākus gadu desmitus nebija piedzīvojusi turpmāku zināmu attīstību, japāņu izgudrotājs Hideo Kodama 1980. gadā beidzot pieteicās vēl vienam patentam: Tajā viņš aprakstīja, kā fotopolimēra materiāls sacietē, izmantojot ultravioleto starojumu, un šādā veidā slānis pa slānim izveido modeli, kas ir līdzvērtīgs stereolitogrāfijas principam. Tā kā finansiālu grūtību dēļ viņš nespēja turpināt maksāt par patenta pieteikumu, viņš kļuva mazāk pazīstams. 1884. gadā francūži Alēns le Méhauté, Olivjē de Vitte un Žans Klods Andrē mēģināja iegūt patentu procesam, kurā šķidrums tiek sacietināts ar gaismas avota palīdzību. Viņi to nosauca arī par stereolitogrāfiju. Tomēr pētniecības institūts, ar kuru sazinājās, nespēja atzīt izgudrojuma potenciālu un apturēja projektu. Galu galā pēc trim nedēļām patenta pieteikumu iesniedza amerikānis Čaks V. Hulls (Chuck W. Hull). Viņš jau 1981. gadā bija izgudrojis stereolitogrāfiju, kas pirmo reizi praksē tika izmantota 1983. gadā. 1985. gadā bija pieejama pirmā 3D projektēšanas programma, un 1986. gadā viņš nodibināja tagad pasaulē pazīstamo uzņēmumu 3D Systems. 1988. gadā tirgū tika laists pirmais 3D printeris (SLA-1 iekārta).
1992. gadā DTM tika izgatavota pirmā selektīvās lāzera saķepināšanas iekārta, kurā izmantoja procesu, kurā pulveris tika apstarots ar lāzera gaismu. Tam sekoja Z Corp. 3D printeris, kurā izmantoja saistvielas strūklas procesu. Deviņdesmito gadu beigās bija iespējams apstrādāt gan metālus, gan plastmasu, un tika uzsāktas papildu CAD programmas. Divtūkstošajos gados aditīvā ražošana ieguva straujāku apgriezienus un nostiprinājās medicīnas nozarē. Pirmo reizi cilvēkam tika implantēts 3D drukāts orgāns. Divtūkstošajos gados notika turpmāki notikumi. Tagad 3D printeri varēja izgatavot detaļas citiem 3D printeriem, un tie nonāca darbavietās. No 2010. gada ar jaunajiem modeļiem varēja drukāt arī automobiļu prototipus, 3D pārtikas printeri, tika izveidotas pirmās 3D drukātās sastāvdaļas kosmosa stacijām un žokļu un kaulu protēzes. Arī mazie un vidējie uzņēmumi guva labumu no 3D drukāšanas, kas tiem ļāva rentablāk izgatavot prototipus. Pašlaik visproduktīvākais aditīvās plastmasas ražošanas process ir Multi Jet Fusion process, kura rezultātā iegūtajiem objektiem ir viendabīga virsma un materiāla blīvums gandrīz bez porām.
Kāda ir nākotne? Ļoti iespējams, ka 3D drukāšanas tehnoloģija attīstīsies sērijveida ražošanas virzienā, jo arvien vairāk materiālu varēs izdrukāt īsākā laikā un augstākā kvalitātē.
Visaugstas kvalitātes drukas produkti pie print24
Pie mums Jūs varat uzdrukāt sev vēlamo objektu reklāmas vajadzībām vai ikdienā birojā. print24 piedāvā Jums plašu drukas produktus, kurus mēs piegādājam Jums ātri un kvalitatīvi. Drukas objekti lielā formātā, Tekstilizstrādājumi vai Fotoizstrādājumi arī ir daļa no mūsu piedāvājuma. Vienkārši izvēlieties vēlamos drukas produktus un pielāgojiet tos