Hoe werk 3D-drukwerk?

Een bykomende vervaardigingsmetode is 3D-drukwerk. Dit is "toevoegend" deurdat dit eenvoudig lae materiaal stapel en saamsmelt om werklike voorwerpe te skep in plaas daarvan om 'n blok materiaal of 'n vorm te benodig. Dit kan meer ingewikkelde geometrieë bou as "konvensionele" tegnologieë, is dikwels vinnig, het goedkoop vaste opstelkoste en werk met 'n steeds groeiende reeks materiale. Die ingenieursektor maak aansienlik daarvan gebruik, veral wanneer prototipering en liggewiggeometrie ontwikkel word.

Bykomende vervaardiging en 3D-drukwerk

Die term "3D-drukwerk" word dikwels gekoppel aan vervaardigerskultuur, amateurs en entoesiaste, tafeldrukkers, toeganklike druktegnieke soos FDM, en goedkoop materiaal soos ABS en PLA. Dit is deels te danke aan die bekostigbare tafeldrukkers wat uit die RepRap-beweging ontstaan ​​het, soos die oorspronklike MakerBot en Ultimaker, wat bygedra het tot die demokratisering van 3D-drukwerk en die 2009-3D-drukwerk.

3D-druktegnologie: Die toekoms van innoverende vervaardiging

3D-drukgeskiedenis

3D-drukkonsepprodukte het in die 1970's begin. In 1981 het die Japannese wetenskaplike Dr. Kodama, wat die eerste was wat die vervaardigingsmetode vir laag-vir-laag-drukwerk beskryf het, 3D-drukwerk probeer, en persoonlik die SLA (stereolitografie) 3D-druktegnologie-fotosensitiewe hars geskep wat deur ultravioletlig gepolimeer is.

'n Paar jaar later het die Amerikaanse wetenskaplike Charles Hull ook in-diepte navorsing oor die tegnologie van SLA gedoen, en die eerste patent van SLA in 1986 ingedien. 3D Systems gestig en hul eerste kommersiële produk, die SLA-1, in 1988 vrygestel. ( foto hieronder)

SLA kan gesê word dat dit die vroegste ontwikkelde 3D-druktegnologie is, so wanneer het SLS (Selective Laser Sintering) en FDM (Fused Deposition Modeling) later gedoen

In 1988 het die Amerikaner Carl Deckard SLS-tegnologie aan die Universiteit van Texas gepatenteer, wat nog 'n 3D-druktegniek is waarin 'n laser poeierdeeltjies plaaslik saamsmelt om te druk. In dieselfde jaar het Scott Crump, een van die stigters van Stratasys, aansoek gedoen om 'n patent vir gesmelte afsettingsmodellering (FDM). Van 1980 tot 1990 is die drie hooftegnologieë van 3D-drukwerk almal gepatenteer, wat die begin was van 'n tydperk van vinnige ontwikkeling in hierdie bedryf. .

In Europa het EOS GmbH 'n ontwerpstelsel vir 3D-drukwerk geskep: die Stereos"-stelsel. Vandag word sy 3D-gedrukte modelle in die industriële sektor wêreldwyd gebruik vir SLS 3D-druktegnologie (Selective Laser Sintering) vir plastiek en metale wat erken word in.

In 1992 is die FDM (Fused Deposition Modeling) 3D-druktegnologiepatent gemagtig deur Stratasys, wat 3D-drukkers ontwikkel het om aan die verskillende behoeftes van baie professionele persone en individue te voldoen.

Van 1993 tot 1999 het verskeie tegnologieë in die 3D-drukbedryf na vore gekom. Terselfdertyd is meer en meer nuwe CAD-sagteware en 3D-modelleringsagteware ontwikkel, byvoorbeeld Sanders Prototype (nou genoem Solidscape) wat een van die eerste deelnemers was wat geskep is.

3D-druk multi-veld toepassings

In 2008 het die eerste 3D-gedrukte prostetiese uitgekom, wat die aandeel van 3D-drukwerk in die media verder verhoog het. Mense het gevind dat 3D-drukwerk nie net tradisionele dele kan druk nie, maar ook op menslike liggaamsherstel toegepas kan word. Hierdie wonderlike mediese 3D-drukprojek kombineer alle dele van 'n biologiese ledemaat en kan gedruk word "soos dit is" sonder enige daaropvolgende samestelling. Vandag, gekombineer met 3D-skandering, word 3D-gedrukte mediese prosteses en ortotika goedkoper en vinniger om aan die behoeftes van pasiënte te voldoen. Boonop word hierdie prosteses toenemend geoptimaliseer en aangepas by die pasiënt se morfologie. 3D-drukwerk bring nuwe geleenthede vir massaverpersoonliking. (voeg prentjie by)

2009 was die jaar dat FDM-patente die massaverbruiksveld betree het, wat 'n nuwe pad oopgemaak het vir uitgebreide innovasie van FDM 3D-drukkers. Namate die prys van rekenaar-3D-drukkers gedaal het, kon al hoe meer mense aandag gee aan die ontwikkeling van die 3D-drukbedryf.

In 2013 het die Amerikaanse president Barack Obama 3D-drukwerk in sy staatsrede genoem as die hoofmetode van produksie van die toekoms, wat "3D-drukwerk" 'n absolute modewoord maak. Nou is sy plek in die publieke gedagtes baie prominent. Al hoe meer klein en mediumgrootte ondernemings trek voordeel uit die laekoste-prototipering wat deur 3D-drukwerk verskaf word, en integreer dit ten volle in hul iterasie-, innovasie- en produksieprosesse.

3D-druk konsepmotor

Wat konstruksie-aansoeke betref, is 3D-gedrukte huise nou 'n werklikheid. Mense het in 2018 vir die eerste keer in 3D-gedrukte huise ingetrek. Die huis het 'n oppervlakte van 1022 vierkante voet, wat baie leefbaar is. Dit het altesaam twee dae geneem om te druk.

Die klassifikasiestelsel van 3D-drukwerk oor die ooreenkomste en verskille tussen vervaardiging en 3D-drukwerk

Neem die uitgeholde bal as voorbeeld. Daar is meer as 'n dosyn blomme op die oppervlak. As dit deur tradisionele bewerking verwerk word, sal dit baie lastig wees, en die patrone moet een vir een gewysig word. En as jy 3D-drukwerk kies, is daar geen vermorsing van materiaal nie, so dit het ook 'n naam wat additiewe vervaardiging genoem word, wat beteken dat die metode om materiaal geleidelik op te bou, gebruik word om fisiese onderdele te vervaardig. Die tradisionele metode is om eers die embrio te maak, dan die oortollige materiaal te verwyder, en die oorblywende materiaal is die vereiste vorm. As 'n probleem opgespoor word, is dit nodig om 'n vorm oop te maak en dit te verander; terwyl 3D-drukwerk bietjie vir bietjie materiaalophoping gebruik, kan jy vinnig die voltooide produk sien.

3D-druktegnologie verwesenliking

3D-druktegnologie word op industriële produksie toegepas. Wat 3D-drukwerk moet gebruik, is nie die fisiese voorwerp nie, maar die digitale model. As jy die regte voorwerp voor jou wil 3D-druk, moet jy 'n rekenaar gebruik om dit te modelleer, of 'n 3D-skandeerder gebruik om die werklike voorwerp te digitaliseer, dit wil sê 'n 3D-model, en jy kan dinge uitdruk as min as vyftien minute. Tans word 3D-druktegnologie in vier hoofkategorieë verdeel: FDM, DLP/SLA en SLS

SLS - laser sinter gietproses

SLS is 'n relatief hoë-tegnologie poeier wat smelt onder hoë-temperatuur toestande van laser bestraling. Sprei 'n laag dun poeier op die werkbank, en skandeer die deursnee van die laag met die laserstraal om die temperatuur tot die smeltpunt te verhoog, om sintering en binding te realiseer, poeierverspreiding, sinter, maal en droog te herhaal. totdat die model gevorm is. Trouens, 3D-drukwerk is 2D-drukwerk oor en oor. As jy 'n voorwerp baie dun sny, sal jy vind dat elke stuk 'n vorm het. As jy al die vorms bymekaar sit, kry jy 'n driedimensionele struktuurvoorwerp. Ons gebruik dus lasers om grafika te teken. Die weerstand van SLS-gevormde dele teen die omgewing (temperatuur, humiditeit en chemiese korrosie) is soortgelyk aan dié van termoplastiese materiale; terwyl die weerstand van SLA-gegote dele betreklik swak is, byvoorbeeld, is SLA-werkstukke wat met epoksiehars gegiet is, vatbaar vir vog en chemikalieë. Korrosie, dit sal sag word en kromtrek in 'n omgewing bo 38°C, maar die vorming akkuraatheid is hoog.

SLA --stereolitografie gietproses

SLA is 'n ligverhardingstegnologie wat tans relatief ontwikkel is in China. "Stereolitografie" is wanneer die laserstraal die eerste laagvorm van die voorwerp op die oppervlak van die vloeibare hars omskryf, en dan word die produksieplatform met 'n sekere afstand (tussen 0.05-0.025 mm) verlaag en dan word die gestolde laag ondergedompel in die vloeibare hars, ensovoorts. Die hars wat gebruik word, is 'n fotosensitiewe hars, wat 'n vaste toestand sal vorm nadat dit deur die laserstraal bestraal is, en die vormmodel is vinnig en presies.

DLP - stereolitografie gietproses

DLP digitale ligverwerking, bekend as laservormingstegnologie. DLP 3D-druktegnologie het baie ooreenkomste met SLA 3D-druktegnologie. As produksie vergelyk word met die teken van 'n sirkel met 'n potlood, dan is SLA-tegnologie gelykstaande aan om laag vir laag te teken, terwyl DLP gelykstaande is aan direk stempel. Die massaproduksie wat ons nastreef, het twee baie belangrike punte, een is doeltreffendheid, en die ander is materiaalkoste. Daar is 'n 3D-drukker wat honderde kere vinniger kan druk as tradisionele vervaardiging, dit wil sê die aangesig-tot-aangesig-tegnologie, wat ontwikkel is deur 'n maatskappy in Shenzhen, Light Prism Technology. Dit neem 2-5 uur om 'n hol bal met tradisionele FDM 3D-drukwerk te druk, en dit neem op die vinnigste 'n uur, maar dit neem net sowat 10 minute om met die nuutste van aangesig-tot-aangesig-tegnologie te druk. Die drukspoed is ongelooflik. Sodra hierdie 3D-drukwerk op die mark is, is die impak op tradisionele kunsvlyt steeds groot.

FDM -- Gesmelte afsetting gietproses

In vergelyking met DLP- en SLS-tegnologie, is FDM-tegnologie relatief eenvoudig, so dit het 'n groot gehoor en is makliker om die gesin te betree. Die prototipe word direk uit die 3D CAD-data saamgestel deur die termoplastiese materiaal te gebruik wat in 'n semi-gesmelte filament geëxtrudeer word, wat op 'n laag-vir-laag basis neergelê word. Die voordele van FDM-tegnologie is eenvoudige meganiese struktuur, maklike ontwerp, lae vervaardigingskoste, onderhoudskoste en materiaalkoste, en geen besoedeling vir die omgewing nie. Daarom is FDM ook die tegnologie wat die meeste in huishoudelike 3D-drukkers gebruik word. Dit is 'n relatief tradisionele drukmetode, wat nie laser gebruik nie en lae koste het, maar die akkuraatheid is nie hoog nie en die drukspoed is baie stadig. Dit is die mees toeganklike metode vir almal, en dit word algemeen in die onderwysmark gebruik.

Die impak van 3D-drukwerk op vervaardiging en tradisionele vakmanskap

Voordele van 3D-drukwerk

(1) Aanpassing

Om tandheelkunde as voorbeeld te neem, almal se tande verskil, maar 3D-drukwerk kan die teenstrydigheid tussen pasgemaakte produksie en massaproduksie oplos, en massa vervaardig pasgemaakte inplantings, draadjies, ens.

(2) monster intydse

As gevolg van die vinnige spoed van 3D-drukwerk, ontwerp die ontwerper 'n weergawe van die produk in die oggend, en die leier kan die voltooide produk teen die middag sien, en ontwerp dan 'n ander weergawe om 18:00, en kan die voltooide produk die volgende oggend sien , wat die ontwikkeling van nuwe produkte spoed aansienlik versnel. As dit nie besonder ingewikkeld is nie, kan 3D-drukwerk voltooide produkte in 3 uur produseer, terwyl tradisionele proefwerk elke keer 4-6 weke neem, dus word die algehele spoed van industriële ontwerp ook verbeter.

(3) Geen besoedeling nie

Aangesien die grondstowwe wat geproduseer word almal omgewingsvriendelik is, is die hele produksieproses besoedelingvrye produksie. Daar is geen besoedeling van afvalgas en afvalwater nie, en geen vermorsing van oorskietmateriaal nie.

(4) Dataisering

Wanneer digitale tandheelkunde volwasse word, sal die tegniese vereistes vir dokters aansienlik verminder word. Pasiënte hoef net die instrument te gebruik om vir twee minute in die hospitaal te skandeer, en hulle kan die oorsake en oplossings van alle tandprobleme ken.

Daarbenewens kan 3D-drukwerk ook gebruik word vir ortodonsie, die druk van persoonlike en pasgemaakte deursigtige draadjies. Tydens plastiese chirurgie, moet die tande na links of vorentoe beweeg? Hoeveel millimeter om te beweeg? In die verlede het tandheelkundige chirurgie slegs op die dokter se persoonlike ervaring staatgemaak, maar digitale tandheelkunde het die stabiliteit van die operasie verhoog en die tegniese drempel vir dokters verlaag.

(5) Vinnig

In vergelyking met tradisionele industriële prosesse, vereis 3D-drukwerk nie voorlopige voorbereidings soos mannekrag en vervoer nie. Dit benodig net masjiene en grondstowwe, en dit kan vinnig in produksie gestel word.

(6) Outomatisering

Daar kan gesê word dat daar net een 3D-drukker tussen die virtuele verbeelding en die regte ding is. Die eensleutelproduksie van 3D-drukwerk bespaar baie arbeidskoste en menslike foute.