Как работи 3D принтирането?

Един адитивен метод за производство е 3D печат. Той е „добавка“, тъй като просто натрупва и слива слоеве материал, за да създаде действителни обекти, вместо да се нуждае от блок материал или матрица. Той може да създава по-сложни геометрии от „конвенционалните“ технологии, често е бърз, има евтини фиксирани разходи за настройка и работи с непрекъснато нарастваща гама от материали. Инженерният сектор го използва значително, особено при прототипиране и разработване на леки геометрии.

Адитивно производство и 3D печат

Терминът "3D печат" често се свързва с културата на производителите, аматьори и ентусиасти, настолни принтери, достъпни техники за печат като FDM и евтини материали като ABS и PLA. Това отчасти се дължи на достъпните настолни принтери, които се появиха от движението RepRap, като оригиналния MakerBot и Ultimaker, които допринесоха за демократизирането на 3D печата и бума на 3D печата през 2009 г.

Технология за 3D печат: Бъдещето на иновативното производство

3Dпечатистория

Концептуалните продукти за 3D печат започват през 70-те години на миналия век. През 1981 г. японският учен д-р Кодама, който пръв описва метода за печат слой по слой, опитва 3D печат и лично създава SLA (стереолитография) технология за 3D печат - фоточувствителна смола, полимеризирана от ултравиолетова светлина.

Няколко години по-късно американският учен Чарлз Хъл също провежда задълбочени изследвания върху технологията на SLA и подава първия патент на SLA през 1986 г. Основава 3D Systems и пуска първия им комерсиален продукт, SLA-1, през 1988 г. (снимката по-долу)

Може да се каже, че SLA е най-ранната разработена технология за 3D печат, така че кога по-късно SLS (селективно лазерно синтероване) и FDM (моделиране на разтопено отлагане)

През 1988 г. американецът Карл Декард патентова технологията SLS в Тексаския университет, която е друга техника за 3D печат, при която лазер локално слива прахови частици заедно, за да отпечата. През същата година Скот Кръмп, един от основателите на Stratasys, кандидатства за патент за моделиране на разтопено отлагане (FDM). От 1980 г. до 1990 г. трите основни технологии за 3D принтиране бяха патентовани, отбелязвайки началото на период на бързо развитие в тази индустрия. .

В Европа EOS GmbH създаде система за проектиране за 3D печат: системата Stereos". Днес нейните 3D отпечатани модели в индустриалния сектор се използват по целия свят за SLS 3D технология за печат (селективно лазерно синтероване) за пластмаси и метали, признати в.

През 1992 г. патентът за технологията за 3D печат FDM (Fused Deposition Modeling) беше разрешен от Stratasys, която разработи 3D принтери, за да отговори на различните нужди на много професионалисти и физически лица.

От 1993 до 1999 г. в индустрията за 3D печат се появиха различни технологии. В същото време бяха разработени все повече и повече нов CAD софтуер и софтуер за 3D моделиране, например Sanders Prototype (сега наречен Solidscape), който беше един от първите създадени участници.

Многополеви приложения за 3D печат

През 2008 г. излезе първата 3D отпечатана протеза, което допълнително увеличи дела на 3D принтирането в медиите. Хората откриха, че 3D печатът може не само да отпечата традиционни части, но и да се прилага за ремонт на човешкото тяло. Този удивителен проект за медицински 3D печат съчетава всички части на биологичен крайник и може да бъде отпечатан „както е“ без последващо сглобяване. Днес, в комбинация с 3D сканиране, 3D отпечатаните медицински протези и ортезите стават все по-евтини и по-бързи, за да отговорят на нуждите на пациентите. Освен това тези протези са все по-оптимизирани и адаптирани към морфологията на пациента. 3D принтирането носи нови възможности за масова персонализация. (добавете снимка)

2009 беше годината, в която FDM патентите навлязоха в областта на масовото потребление, което отвори нов път за обширни иновации на FDM 3D принтерите. Тъй като цената на настолните 3D принтери спадна, все повече и повече хора успяха да обърнат внимание на развитието на индустрията за 3D печат.

През 2013 г. президентът на САЩ Барак Обама спомена 3D принтирането в речта си за състоянието на Съюза като основен начин на производство на бъдещето, превръщайки „3D принтирането“ в абсолютна модна дума. Сега мястото му в общественото съзнание е много важно. Все повече и повече малки и средни компании се възползват от евтиното прототипиране, осигурено от 3D принтирането, като го интегрират напълно в своите итерационни, иновационни и производствени процеси.

3D печат на концептуална кола

Що се отнася до строителните приложения, 3D отпечатаните къщи вече са реалност. Хората се преместиха в 3D отпечатани къщи за първи път през 2018 г. Къщата е с площ от 1022 квадратни фута, което е много годно за живеене. Отпечатването отне общо два дни.

Системата за класификация на 3D печата върху приликите и разликите между производството и 3D печата

Вземете издълбаната топка като пример. На повърхността има повече от дузина цветя. Ако се обработва чрез традиционна машинна обработка, това ще бъде много неприятно и шаблоните трябва да се променят един по един. И ако изберете 3D печат, няма загуба на материал, така че има и име, наречено адитивно производство, което означава, че методът на постепенно натрупване на материали се използва за производство на физически части. Традиционният метод е първо да се направи ембрионът, след това да се отстрани излишният материал, а останалият материал да се оформи с необходимата форма. Ако се открие проблем, е необходимо да се отвори калъп и да се модифицира; докато 3D печатът използва малко по малко натрупване на материал, можете бързо да видите готовия продукт.

Реализация на технологията за 3D печат

Технологията за 3D печат се прилага в промишленото производство. Това, което 3D печатът трябва да използва, не е физическият обект, а цифровият модел. Ако искате да отпечатате 3D реалния обект пред вас, тогава трябва да използвате компютър, за да го моделирате, или да използвате 3D скенер, за да дигитализирате реалния обект, тоест 3D модел, и можете да отпечатате нещата само за петнадесет минути. Понастоящем технологията за 3D печат е разделена на четири основни категории: FDM, DLP/SLA и SLS

SLS-- процес на формоване чрез лазерно синтероване

SLS е сравнително високотехнологичен прах, който се топи при високотемпературни условия на лазерно облъчване. Разстелете слой тънък прах върху работната маса и сканирайте напречното сечение на слоя с лазерния лъч, за да повишите температурата до точката на топене, така че да осъществите синтероване и свързване, повторете разпръскването на праха, синтероването, смилането и изсушаването, докато се оформи моделът. Всъщност 3D печатът е 2D печат отново и отново. Ако нарежете предмет много тънко, ще откриете, че всяко парче има форма. Ако съберете всички форми заедно, ще получите триизмерен структурен обект. Така че ние използваме лазери за рисуване на графики. Устойчивостта на SLS формованите части към околната среда (температура, влажност и химическа корозия) е подобна на тази на термопластичните материали; докато устойчивостта на SLA формованите части е относително слаба, например SLA детайлите, формовани с епоксидна смола, са податливи на влага и химикали. Корозия, ще омекне и ще се изкриви в среда над 38°C, но точността на формоване е висока.

SLA -- процес на стереолитографско формоване

SLA е светлинно полимеризираща технология, която в момента е сравнително развита в Китай. „Стереолитография“ е, когато лазерният лъч очертава формата на първия слой на обекта върху повърхността на течната смола и след това производствената платформа се спуска на определено разстояние (между 0,05-0,025 mm), след което втвърденият слой се потапя в течната смола и т.н. Използваната смола е фоточувствителна смола, която ще образува твърдо състояние след облъчване от лазерния лъч, а формиращият модел е бърз и прецизен.

DLP-- стереолитографски процес на формоване

DLP цифрова обработка на светлината, известна като технология за лазерно оформяне. Технологията за 3D печат DLP има много прилики с технологията за 3D печат SLA. Ако производството се оприличи на рисуване на кръг с молив, тогава технологията SLA е еквивалентна на рисуване слой по слой, докато DLP е еквивалент на директно щамповане. Масовото производство, което преследваме, има две много важни точки, едната е ефективността, а другата е материалната цена. Има 3D принтер, който може да печата стотици пъти по-бързо от традиционното производство, тоест технологията лице в лице, която е разработена от компания в Шенжен, Light Prism Technology. Отнема 2-5 часа, за да отпечатате куха топка с традиционния FDM 3D печат и отнема най-бързо един час, но отнема само около 10 минути, за да отпечатате с най-новата технология лице в лице. Скоростта на печат е невероятна. След като този 3D печат е на пазара, въздействието върху традиционните занаяти все още е голямо.

FDM -- Процес на формоване с отлагане чрез разтопяване

В сравнение с DLP и SLS технологиите, FDM технологията е сравнително проста, така че има голяма аудитория и е по-лесно да влезе в семейството. Прототипът е конструиран директно от 3D CAD данните чрез използване на термопластичния материал, който трябва да бъде екструдиран в полуразтопена нишка, която се отлага на база слой по слой. Предимствата на FDM технологията са проста механична структура, лесен дизайн, ниски производствени разходи, разходи за поддръжка и разходи за материали и липса на замърсяване на околната среда. Следователно FDM е и най-широко използваната технология в домашните настолни 3D принтери. Това е сравнително традиционен метод за печат, който не използва лазер и има ниска цена, но точността не е висока и скоростта на печат е много ниска. Това е най-достъпният метод за всички и обикновено се използва на образователния пазар.

Влиянието на 3D печата върху производството и традиционното занаятчийство

Предимства на 3D принтирането

(1) Персонализиране

Вземайки стоматологията като пример, зъбите на всеки са различни, но 3D принтирането може да разреши противоречието между персонализирано производство и масово производство и масово произвежда персонализирани импланти, скоби и т.н.

(2) проба в реално време

Поради бързата скорост на 3D печата, дизайнерът проектира версия на продукта сутрин, а лидерът може да види готовия продукт на обяд, след което проектира друга версия в 18:00 и може да види готовия продукт на следващата сутрин, което значително ускорява скоростта на разработване на нови продукти. Ако не е особено сложно, 3D печатането може да произведе готови продукти за 3 часа, докато традиционната проверка отнема 4-6 седмици всеки път, така че общата скорост на индустриалния дизайн също се подобрява.

(3) Няма замърсяване

 Тъй като всички произведени суровини са екологични, целият производствен процес е производство без замърсяване. Няма замърсяване с отпадъчни газове и отпадъчни води и няма отпадъци от остатъчни материали.

(4) Dataization

Когато дигиталната стоматология узрее, техническите изисквания към лекарите ще бъдат значително намалени. Пациентите трябва само да използват инструмента за сканиране в продължение на две минути в болницата и могат да знаят причините и решенията на всички проблеми със зъбите.

В допълнение, 3D принтирането може да се използва и за ортодонтия, отпечатване на персонализирани и персонализирани прозрачни скоби. По време на пластична хирургия зъбите трябва да се движат наляво или напред? Колко милиметра да се движат? В миналото денталната хирургия разчиташе единствено на личния опит на лекаря, но дигиталната стоматология увеличи стабилността на операцията и намали техническия праг за лекарите.

(5) Бързо

 В сравнение с традиционните индустриални процеси, 3D печатът не изисква предварителна подготовка като работна сила и транспорт. Нуждае се само от машини и суровини и може бързо да бъде пуснат в производство.

(6) Автоматизация

 Може да се каже, че има само един 3D принтер между виртуалното въображение и реалното нещо. Производството на 3D печат с един ключ спестява много разходи за труд и човешки грешки.