Pencetak 3D adalah potensi besar untuk percetakan volumetrik

Pencetak 3D

Menonton video di mana pencetak 3D membuat objek yang biasa benar -benar menawan dan meninggalkan kesan yang berkekalan. Sukar untuk mempercayai bahawa tidak lama lagi, apa sahaja yang boleh dibuat dengan bantuan sistem ini.

Ini sekarang menjadi kenyataan. Selepas beberapa dekad penyelidikan dan kemajuan, potensi pencetak 3D telah membuka jalan bagi integrasi mereka dalam pelbagai bidang seperti pengeluaran, sains, kehidupan seharian, dan hiburan. Walau bagaimanapun, untuk meramalkan masa depan percetakan 3D dan memahami bagaimana ia berfungsi, kita mesti menyelidiki asal -usulnya.

Dunia pencetak

Penglihatan pencetak 3D yang memukau objek yang biasa dalam video membuat kesan yang berkekalan. Sangat menarik untuk berfikir bahawa dalam masa terdekat, hampir apa sahaja boleh dibuat menggunakan sistem tersebut.

Ini bukan sekadar fantasi. Potensi pencetak 3D, yang diasah selama beberapa dekad, memastikan integrasi mereka yang semakin meningkat ke dalam pelbagai domain pengeluaran, sains, kehidupan seharian, dan hiburan. Untuk memahami di mana masa depan percetakan 3D terletak dan memahami kerjanya, adalah penting untuk melihat kembali permulaannya.

Sejarah kemunculan pencetak 3D

Pada tahun 1980, Hideo Kodama, seorang pelajar kedoktoran di Institut Penyelidikan Nagoya di Jepun, menjalankan penyelidikan mengenai pencetakan volumetrik lapisan-lapisan model (prototaip). Pada tahun itu, beliau menerbitkan sebuah kertas bertajuk "Penyediaan Automatik Model Tiga Dimensi untuk Paparan Data Tiga Dimensi" memperincikan penemuan eksperimennya.

Dalam penerbitan yang berasingan, Kodama memperkenalkan kaedah untuk menghasilkan bahagian plastik 3D secara automatik menggunakan pengukuhan foto. Penerbitan ini secara praktikal menggariskan kerja asas pencetak 3D: penggunaan photopolymers untuk membuat model, penggunaan radiasi laser untuk pengawetan, dan proses lapisan berurutan. Walaupun Kodama memohon paten untuk ciptaannya, dia tidak diberikan satu, akhirnya melepaskan tuntutannya sebagai perintis teknologi percetakan 3D.

Pada tahun 1984, sekumpulan penyelidik Perancis yang terdiri daripada Alain Le Meayut, Olivier de Witte, dan Jean Claude André memfailkan permohonan paten untuk sistem yang menggunakan stereolitografi untuk membuat model 3D melalui aplikasi lapisan-lapisan polimer laser. Malangnya, permohonan itu akhirnya ditolak oleh syarikat -syarikat Perancis utama kerana kekurangan aplikasi praktikal untuk teknologi.

Walau bagaimanapun, hanya dua minggu selepas permohonan Perancis ditolak, pencipta Amerika bernama Chuck Hull mengemukakan patennya sendiri untuk sistem pemodelan stereolitografi. Sistem Hull melibatkan penambahan lapisan melalui penggunaan penyembuhan laser UV fotopolimer cecair. Pada tahun 1986, patennya telah diberikan, dan dia terus menubuhkan sebuah syarikat yang dipanggil Sistem 3D untuk mengeluarkan pencetak 3D perintis ini berdasarkan kaedah SLA (Stereolithography Laser). Salah satu sumbangan penting Hull ialah pelaksanaan G-Code, yang membolehkan percetakan objek kompleks dengan bentuk tertentu.

Pada akhir 1980 -an, dua kaedah tambahan untuk prototaip cepat dipatenkan: Sistem Sintering Laser Selektif (SLS) oleh American Carl Deckard dan pemodelan pemendapan fusion (FDM), yang dibangunkan oleh American Scott Crump. Teknik SLS melibatkan lapisan demi lapisan logam atau serbuk plastik menggunakan radiasi laser untuk membentuk bahagian yang dikehendaki. Dalam kaedah FDM, plastik yang dipanaskan – bahan yang digunakan oleh pencetak 3D – digunakan oleh kepala cetak ke lapisan sebelumnya.

Teknik -teknik yang disebutkan di atas ini berfungsi sebagai asas bagi kebanyakan teknologi percetakan volumetrik dan akan dibincangkan selanjutnya kemudian. Sekarang, mari kita sentuh secara ringkas mengenai kelainan dan perubahan kemajuan teknologi.

Mungkin mengejutkan beberapa untuk mengetahui bahawa percetakan volumetrik sebenarnya telah berkembang selama lebih dari 30 tahun. Ramai yang percaya ia menjadi pencapaian teknikal baru -baru ini abad kita, dan bukannya sesuatu dari masa lalu.

Fakta yang terkenal bahawa individu yang memegang paten untuk teknologi prototaip asas ialah Chuck Halley, Carl Deckard, dan Scott Crump. Pada tahun 2001, Carl Deckard menjual patennya kepada Chuck Hulley. Malangnya, syarikat yang memberi tumpuan kepada pasaran pengguna tidak dapat (atau tidak bersedia) untuk menubuhkan rundingan dengan pemegang paten. Akibatnya, pengeluaran pencetak 3D sebahagian besarnya terhad kepada unit perindustrian yang mahal untuk tempoh yang ketara.

Walau bagaimanapun, semuanya berubah selepas tahun 2010 apabila paten tamat tempoh, dan pencetak 3D yang dihasilkan secara besar-besaran memukul pasaran. Ini mencetuskan rasa ingin tahu di kalangan orang yang mula bertanya mengenai konsep percetakan 3D.

Sebaik sahaja orang menangkap sekilas apa yang pencetak 3D mampu, mereka menjadi bersemangat untuk membeli peranti canggih tersebut. Pasaran dengan pantas bertindak balas terhadap permintaan ini, yang membawa kepada ketepuan pasaran yang pesat dan pengurangan harga berikutnya.

Bagaimana ia berfungsi

Mari kita lihat dengan lebih dekat prinsip -prinsip operasi pencetak 3D, pelbagai teknologi yang digunakan, dan kebaikan dan keburukan yang berkaitan dengan masing -masing.

Teknologi Percetakan Volumetrik SLA

Teknik ini memerlukan menggunakan fotopolimer cecair sebagai bahan yang digunakan, yang dikuatkan dengan cara radiasi laser ultraviolet. Proses percetakan volumetrik dijalankan langkah demi langkah, dengan setiap lapisan polimer disembuhkan oleh laser dalam sapuan tunggal. Berikutan itu, asas bergerak tenggelam ke dalam polimer cecair, yang membolehkan pembentukan lapisan tambahan, dan prosedur diulang.

• Sistem ini memastikan permukaan berkualiti tinggi untuk produk akhir, tanpa mengira bentuknya, menghapuskan keperluan untuk pemprosesan tambahan.
• Produk akhir mempamerkan kekuatan mekanikal yang sangat baik dan dapat menahan suhu sehingga 100 ° C.
• Ia mampu menghasilkan produk siap rumit dan pelbagai peringkat.
• Tiada pembaziran dihasilkan semasa proses.
• Hanya fotopolimer yang digunakan sebagai bahan kerja.
• Percetakan warna volumetrik tidak tersedia.
• Pencetak beroperasi pada kelajuan yang agak rendah sebanyak 2-3 cm sejam.
• Peranti dan bahan kerja mahal, dengan kos minimum 300,000 rubel untuk penggunaan yang meluas.

Teknologi Percetakan Volumetrik SLS

Proses percetakan menggunakan teknologi SLS melibatkan penggunaan bahan yang berbeza seperti logam, kaca, plastik, dan lain -lain. Bahan -bahan ini dalam bentuk serbuk, dengan saiz zarah kira -kira 100 mikron.

Sebelum penggunaan, serbuk diletakkan di dalam bekas yang ditetapkan dan kemudian dipanaskan hingga hampir titik lebur. Proses pemanasan ini memastikan pengurangan kuasa laser. Tambahan pula, roller digunakan untuk meratakan serbuk. Bidang objek yang perlu disinter kemudian dirawat dengan denyutan laser. Selepas langkah ini, jadual diturunkan ke ketebalan lapisan yang dikehendaki, dan prosesnya diulang dengan lapisan serbuk segar.

Walaupun teknologi percetakan 3D SLS tidak menghasilkan hasil yang berkualiti tinggi, pemprosesan tambahan diperlukan. Adalah biasa untuk menggunakan bahan kerja yang mengandungi bahan tambahan polimer tertentu, yang perlu dikeluarkan melalui proses penalaan dalam relau khusus untuk mencapai produk akhir yang dikehendaki.

Teknologi menggunakan rasuk elektron dengan tenaga tinggi dan bukannya sinaran laser telah dibangunkan dan dilaksanakan. Teknik ini memerlukan penggunaan ruang vakum, tetapi ia membolehkan penciptaan bahagian dari logam yang sukar, termasuk Titanium.

• Keupayaan untuk menghasilkan produk siap dengan bentuk yang rumit dari pelbagai bahan kerja;
• Kelajuan kerja yang lebih besar (berbanding SLA);
• Sesuai untuk pengeluaran berskala kecil;
• Kehadiran kuasa laser yang tinggi, yang boleh menimbulkan risiko keselamatan semasa operasi;
• Permukaan produk siap memerlukan pemprosesan tambahan;
• Tahap pra dan pasca pemprosesan yang panjang (pemanasan serbuk dan penyepuh produk dalam relau yang diperlukan);
• Kos Tinggi (bermula dari kira -kira 1 juta rubel).

+

Teknologi Percetakan Volumetrik MJM (kaedah pemodelan pelbagai jet)

Dalam kaedah percetakan volumetrik ini, peranti percetakan menggabungkan kepala dengan beberapa puluhan hingga beberapa ratus muncung diameter kecil.

Bahan kerja yang digunakan dalam kaedah ini merangkumi pelbagai plastik, photopolymers, lilin khas, atau gabungan bahan -bahan ini. Struktur sokongan diperlukan untuk mencapai objek dengan bentuk yang rumit kerana kelembutan bahan kerja.

Lampu UV diintegrasikan ke dalam pencetak 3D photopolymer untuk menyembuhkan objek bercetak.

Kaedah ini juga membolehkan percetakan dalam warna, yang ditentukan oleh bahan yang digunakan atau gabungannya.

• Sistem ini membolehkan ketebalan lapisan minimum, mengakibatkan permukaan licin untuk produk akhir yang tidak memerlukan pemprosesan tambahan.
• Percetakan volumetrik menggunakan pelbagai warna dan bahan;
• Mudah alih yang sangat baik;
• Prototaip berbentuk kompleks memerlukan penggunaan struktur sokongan;
• Terdapat pelbagai bahan yang tersedia untuk digunakan.

Teknologi Percetakan Volumetrik LOM (kaedah ikatan filem demi lapisan)

Kaedah percetakan kelantangan ini menggunakan lembaran kertas atau plastik (sesetengah sistem menggunakan kerajang) sebagai substrat. Lembaran ditarik melintasi platform yang diliputi dalam pelekat, dengan bantuan penggelek. Roller yang dipanaskan kemudian menggulung dan mengikat lembaran ke lapisan sebelumnya.

Seterusnya, laser memangkas bahan berlebihan mengikut corak yang diprogramkan, selepas itu platform menurunkan ketebalan lembaran yang digunakan, dan keseluruhan proses diulang.

Teknologi ini membolehkan operasi cepat dan kos efektif kos. Walau bagaimanapun, ia tidak diterima secara meluas.

• Produk akhir boleh dicetak dengan warna.
• Ketersediaan bahan percetakan.
• Keupayaan untuk mewujudkan objek yang kompleks dan besar.
• Tidak perlu menggunakan bingkai sokongan.
• Produk siap mempunyai ketahanan yang rendah;
• Terdapat kemungkinan kecacatan pada permukaan objek selepas pemprosesan tambahannya;
• Terdapat sejumlah besar sisa.

Teknologi Percetakan Volumetrik CJP

• Peranti yang beroperasi pada teknologi percetakan volumetrik ini menggunakan bahan komposit gipsum.
• Lapisan dalam peranti disambungkan dengan melekatkannya dengan bahan khas.
• Pertama, serbuk komposit tersebar sama rata ke atas permukaan platform.
• Peranti khas digunakan untuk mengukur serbuk komposit.
• Printheads pencetak memohon pengikat cecair di sepanjang kontur yang telah ditetapkan.
• Maka platform diturunkan dan prosesnya diulang.
• Produk siap memerlukan pemprosesan tambahan, termasuk pemanasan untuk mengeringkan pelekat dan mengeluarkan serbuk berlebihan secara mekanikal.
• Teknologi CJP menyokong percetakan volumetrik warna dengan memperkenalkan pewarna atau gabungan pewarna ke dalam komposisi pelekat.
• Ini membolehkan pelbagai warna dapat dicapai dalam produk akhir.
• Pilihan untuk menghasilkan item pelbagai bentuk yang pelbagai dan pelbagai warna yang ada di mana-mana unsur sokongan.
• Pemilihan bahan kerja yang terkawal;
• Pemprosesan pasca pengeluaran tambahan diperlukan untuk produk akhir
• Produk akhir mempunyai tahap kekuatan yang lebih rendah.

Teknologi Percetakan Volumetrik FDM

Pencetak haba, juga dikenali sebagai pencetak FDM, telah mendapat populariti kerana harga yang berpatutan. Peranti ini boleh dibeli serendah $ 500. Tetapi apakah mekanisme di sebalik pencetak terma?

Dalam pencetak haba, bahan yang digunakan untuk percetakan mudah dicairkan plastik. Walau bagaimanapun, terdapat juga pilihan untuk percetakan volumetrik yang menggunakan logam titik lebur rendah.

Proses percetakan berlaku langkah demi langkah. Setiap lapisan baru dibentuk dengan memanaskan bahan kerja di kepala cetak peranti dan memohon kepada lapisan model melalui muncung dengan satu atau lebih lubang. Berikutan jalan yang telah ditetapkan, kepala merangkumi keseluruhan garis. Kemudian, jadual diturunkan (atau kepala dibangkitkan dalam beberapa sistem) dan proses ini diulang sehingga hasil akhir dicapai.

• Ketahanan tinggi produk akhir;
• Keupayaan untuk menghasilkan saiz yang besar dan bentuk yang rumit;
• Kepelbagaian bahan yang ada untuk bekerja dengan;
• Keberkesanan kos.
• Kelajuan operasi perlahan;
• Penyelewengan permukaan yang kelihatan pada produk siap;
• Objek berbentuk kompleks memerlukan struktur sokongan;
• Pengecutan yang disebabkan oleh haba (pengurangan dimensi selepas penyejukan) produk akhir.
• Pemprosesan selanjutnya item yang lengkap diperlukan.

Mengawal proses percetakan 3D

Manifestasi fizikal model komputer yang dicipta oleh perisian khusus adalah hasil akhir dari proses percetakan 3D. Pengurusan proses ini dipecah menjadi pelbagai peringkat.

Membuat model digital dan memasukkan data ke dalam peranti percetakan

Untuk memproses objek secara digital, perisian khusus seperti "3D Studio Max" atau "AutoCAD" ia perlu. Sekiranya anda tidak mempunyai kemahiran dalam menggunakan program ini, adalah dinasihatkan untuk mendapatkan bantuan daripada profesional. Proses pemodelan memakan masa dan mungkin mengambil masa beberapa hari.

Sebagai alternatif, anda boleh menggunakan pengimbas 3D yang berdedikasi, tetapi model maya yang dihasilkan mungkin mengurangkan kualiti.

Sekiranya objek yang ingin anda buat adalah item standard, anda boleh mencari maklumat di internet atau laman web khusus. Model digital biasanya disimpan dalam format STL. Selepas itu, pelindung program khusus menghasilkan G-code, yang merupakan satu siri arahan yang mengawal pergerakan komponen bercetak peranti. Antara muka pengguna program ini mudah dan mesra pengguna, membolehkan operasi mudah.

Persediaan untuk kerja

Tahap proses percetakan ditentukan oleh jenis peranti percetakan tertentu yang digunakan. Sebagai contoh, apabila bersiap untuk menggunakan sistem FDM, jadual kerja peranti ditutup dengan filem khas dan kili filamen plastik dimasukkan. Pemilihan jenis dan warna filamen plastik bergantung pada ciri -ciri yang dikehendaki produk akhir. Ia juga penting untuk memastikan bahawa filamen bebas dari sebarang kotoran atau kerosakan, kerana ini boleh memberi kesan kepada kualiti objek yang dicetak.

Peringkat Percetakan

Dihasilkan secara autonomi. Adalah penting untuk memastikan walaupun penggunaan lapisan ke objek, mengelakkan sebarang contoh benang polimer menguatkan atau menjadi terlalu mudah dibentuk. Tetapan peranti diselaraskan seperti yang diperlukan.

Pemprosesan tambahan objek

Sekiranya diperlukan, pemprosesan selanjutnya dijalankan: Produk akhir mengalami pengukir dan penggilap. Dalam kes di mana struktur sokongan digunakan semasa percetakan objek berbentuk kompleks (untuk mengelakkan kerosakan pada model), ia menjadi perlu untuk menghapuskannya dan melicinkan jahitan.

Di mana anda boleh menggunakan pencetak 3D

Penggunaan teknologi tambahan dalam pelbagai aspek kehidupan manusia telah dimungkinkan kerana potensi besar mereka.

Industri

Sistem percetakan 3D kini digunakan secara meluas dalam proses pembuatan. Mereka digunakan untuk menghasilkan model dan prototaip produk siap, yang membolehkan penilaian ciri sebenar mereka. Di samping itu, sistem ini digunakan untuk mengeluarkan acuan kompleks untuk bahagian yang tidak standard dan menghasilkan alat ganti untuk pembaikan cepat unit dan mekanisme. Mereka juga membolehkan pengeluaran kecil produk unik seperti bahagian untuk enjin roket.

Ubat

Proses memperoleh acuan yang rumit berpusat di sekitar menghasilkan replika bahagian -bahagian yang tidak hadir dalam kerangka manusia, seperti tulang yang hancur atau serpihan tengkorak yang hilang. Acuan ini membuktikan penting dalam pengeluaran implan yang kemudiannya dimasukkan ke dalam tubuh manusia. Tambahan pula, penyelidikan yang luas sedang dijalankan untuk mencetak organ manusia, seperti buah pinggang atau kelenjar tiroid, yang kemudiannya berjaya dipindahkan dan diasimilasikan dalam tubuh manusia. Akhir sekali, penciptaan anggota badan prostetik berdiri sebagai satu lagi aspek penting dalam bidang ini.

Senibina dan Pembinaan

Pembuatan persembahan projek seni bina melalui penciptaan model 3D bangunan. Kemunculan teknologi prototaip untuk struktur kediaman telah merevolusikan industri. Menggunakan proses inovatif ini, kini mungkin mencetak rumah dalam masa beberapa jam, tugas yang biasanya memerlukan beberapa hari menggunakan kaedah pembinaan tradisional.

Pendidikan

Memperoleh alat pendidikan yang memudahkan mencapai kejayaan baru dalam pembelajaran. Kerajinan objek rumit dengan kontur yang pelbagai, seperti perwakilan grafik persamaan algebra. Meningkatkan Kognisi Spatial Pelajar.

Ruang

Inisiatif telah dikemukakan yang mencadangkan melaksanakan teknologi percetakan 3D di ruang angkasa: Ideanya adalah menggunakan teknologi ini untuk membina pangkalan di bulan, menggunakan regolith lunar sebagai bahan utama.

Perniagaan kecil kecilan

Bekerja dengan pencetak 3D memberi peluang untuk merancang objek satu-of-a-kind, patung-patung kecil kraf yang memaparkan anak patung bercetak yang menyerupai persamaan yang menarik kepada pelanggan, dan mengeluarkan aksesori pakaian tersuai… Potensi tidak terbatas. Teknologi Aditif Memperkenalkan Usahawan Kreatif untuk dengan yakin mengukir niche mereka sendiri di dunia perniagaan.

Untuk mengambil atau tidak mengambil – itulah soalannya

Setelah memberikan penjelasan terperinci tentang bagaimana pencetak 3D beroperasi, kini kami dapat menangani persoalan sama ada perlu memperoleh sistem tersebut.

Bagi individu yang mempunyai pengeluaran mesin, melabur dalam peranti percetakan 3D akan menjadi keputusan yang bermanfaat. Walaupun harga model perindustrian dapat mencapai puluhan ribu dolar, memasukkannya ke dalam proses pengeluaran akan mengakibatkan pulangan yang cepat terhadap pelaburan awal. Sudah tentu, penting untuk diperhatikan bahawa mereka tidak dapat menggantikan kaedah pembuatan tradisional sepenuhnya.

Walau bagaimanapun, integrasi peranti ini akan membolehkan tindak balas segera terhadap tuntutan pasaran, menjadikannya pembelian yang berbaloi.

Sekiranya seorang usahawan terlibat dalam pengeluaran unsur-unsur dalaman, pesawat dan pemodelan kapal, atau penciptaan replika reka bentuk seni bina yang dikurangkan, mereka mungkin mendapati ia berfaedah untuk melabur dalam pencetak 3D. Ini akan memenuhi keinginan orang untuk barangan yang unik dan boleh menjadi pembelian bijak. Walau bagaimanapun, jika perniagaan mereka tidak disambungkan ke kawasan ini, membeli pencetak 3D tidak akan menguntungkan.

Kesimpulannya, adalah penting untuk mempertimbangkan keperluan membeli pencetak 3D untuk kegunaan peribadi. Kos sistem FDN adalah sekitar $ 500. Walau bagaimanapun, ia mungkin bukan pelaburan yang berbaloi kerana peranti ini lebih banyak daripada pameran keupayaan dan bukannya alat untuk menghasilkan barang -barang rumah praktikal. Di samping itu, kualiti produk siap sering subpar.

Mainan yang dihasilkan melalui penggunaan mesin percetakan 3D umumnya datang dengan tag harga yang lebih tinggi daripada yang dibeli di kedai tradisional. Oleh itu, pada masa ini, memperoleh pencetak 3D untuk kegunaan isi rumah tidak boleh dilihat sebagai keutamaan. Walau bagaimanapun, bagi individu imajinatif untuk mencari jalan baru ekspresi diri dalam semua aspek kehidupan, mendapatkan pencetak boleh berfungsi sebagai pemangkin untuk membuka potensi unik mereka.