Kako funkcioniše 3D štampa?

Jedna od metoda aditivne proizvodnje je 3D štampa. On je "aditivni" po tome što jednostavno slaže i spaja slojeve materijala kako bi stvorio stvarne objekte umjesto da mu je potreban blok materijala ili kalup. Može izgraditi složenije geometrije od "konvencionalnih" tehnologija, često je brz, ima jeftine fiksne troškove podešavanja i radi sa sve većim rasponom materijala. Inženjerski sektor ga u velikoj mjeri koristi, posebno kada pravi prototip i razvija lagane geometrije.

Aditivna proizvodnja i 3D štampa

Termin "3D štampanje" se često povezuje sa kulturom proizvođača, amaterima i entuzijastima, desktop štampačima, pristupačnim tehnikama štampanja kao što je FDM i jeftinim materijalima kao što su ABS i PLA. To je dijelom zbog pristupačnih desktop štampača koji su proizašli iz RepRap pokreta, kao što su originalni MakerBot i Ultimaker, koji su doprinijeli demokratizaciji 3D štampanja i bumu 3D štampanja 2009. godine.

Tehnologija 3D štampe: Budućnost inovativne proizvodnje

3Dštampanjehistorija

Koncept proizvoda 3D printanja započeo je 1970-ih. Godine 1981. japanski naučnik dr. Kodama, koji je prvi opisao metod proizvodnje štampanja sloj-po-sloj, isprobao je 3D štampanje i lično kreirao SLA (stereolithography) tehnologiju 3D štampanja - fotosenzitivnu smolu polimerizovanu ultraljubičastom svetlošću.

Nekoliko godina kasnije, američki naučnik Charles Hull je također sproveo dubinsko istraživanje o tehnologiji SLA, i podnio prvi patent SLA 1986. godine. Osnovali su 3D Systems i 1988. izdali svoj prvi komercijalni proizvod, SLA-1. (slika ispod)

Za SLA se može reći da je najranije razvijena tehnologija 3D štampanja, pa kada su kasnije SLS (Selektivno lasersko sinterovanje) i FDM (Fused Deposition Modeling)

Godine 1988., Amerikanac Carl Deckard patentirao je SLS tehnologiju na Univerzitetu u Teksasu, što je još jedna tehnika 3D štampe u kojoj laser lokalno spaja čestice praha zajedno za štampanje. Iste godine, Scott Crump, jedan od osnivača Stratasys-a, prijavio se za patent za modeliranje fuzionisanog taloženja (FDM). Od 1980. do 1990. patentirane su tri glavne tehnologije 3D štampe, što je označilo početak perioda brzog razvoja ove industrije. .

U Evropi, EOS GmbH je kreirao sistem dizajna za 3D štampanje: sistem Stereos. Danas se njegovi 3D štampani modeli u industrijskom sektoru koriste širom sveta za tehnologiju SLS 3D štampanja (Selektivno lasersko sinterovanje) za plastiku i metale prepoznate u.

Stratasys je 1992. godine odobrio patent za tehnologiju 3D štampanja FDM (Fused Deposition Modeling) koji je razvio 3D štampače kako bi zadovoljio različite potrebe mnogih profesionalaca i pojedinaca.

Od 1993. do 1999. godine u industriji 3D štampanja pojavile su se različite tehnologije. Istovremeno se razvijalo sve više novih CAD softvera i softvera za 3D modeliranje, na primjer, Sanders Prototype (sada pod nazivom Solidscape) koji je bio jedan od prvih učesnika koji je kreiran.

Aplikacije za 3D štampanje na više polja

2008. godine izašla je prva 3D štampana protetika, što je dodatno povećalo udio 3D štampe u medijima. Ljudi su otkrili da 3D štampa ne može samo da štampa tradicionalne delove, već se može primeniti i na popravku ljudskog tela. Ovaj zadivljujući projekat medicinske 3D štampe kombinuje sve delove biološkog ekstremiteta i može se štampati "kao što jeste" bez naknadnog sastavljanja. Danas, u kombinaciji sa 3D skeniranjem, 3D štampane medicinske proteze i ortoze postaju sve jeftinije i brže kako bi zadovoljile potrebe pacijenata. Štaviše, ove proteze se sve više optimizuju i prilagođavaju morfologiji pacijenta. 3D štampa donosi nove mogućnosti za masovnu personalizaciju. (dodaj sliku)

2009. je bila godina kada su FDM patenti ušli u polje masovne potrošnje, što je otvorilo novi put za opsežne inovacije FDM 3D štampača. Kako je cijena desktop 3D štampača pala, sve je više ljudi moglo da obrati pažnju na razvoj industrije 3D štampanja.

Američki predsjednik Barack Obama je 2013. godine pomenuo 3D štampanje u svom obraćanju o stanju u Uniji kao glavni način proizvodnje budućnosti, čime je "3D štampanje" apsolutno popularna riječ. Sada je njegovo mjesto u svijesti javnosti veoma istaknuto. Sve više malih i srednjih kompanija koristi prednosti jeftine izrade prototipa koju pruža 3D štampa, potpuno ga integrišući u svoje iteracijske, inovacijske i proizvodne procese.

3D print koncept automobila

Što se tiče građevinskih aplikacija, 3D štampane kuće su sada realnost. Ljudi su se prvi put uselili u 3D štampane kuće 2018. Kuća ima površinu od 1022 kvadratna metra, što je veoma pogodno za život. Štampanje je trajalo ukupno dva dana.

Sistem klasifikacije 3D štampe o sličnostima i razlikama između proizvodnje i 3D štampe

Uzmimo izdubljenu loptu kao primjer. Na površini je više od desetak cvjetova. Ako se obrađuje tradicionalnom mašinskom obradom, to će biti vrlo problematično, a uzorci se moraju mijenjati jedan po jedan. A ako se odlučite za 3D printanje, nema rasipanja materijala, pa ima i naziv aditivna proizvodnja, što znači da se za proizvodnju fizičkih dijelova koristi metoda postepenog akumuliranja materijala. Tradicionalna metoda je da se prvo napravi embrij, zatim odstrani višak materijala, a preostali materijal je potrebnog oblika. Ako se otkrije problem, potrebno je otvoriti kalup i modificirati ga; dok 3D štampa koristi malo po malo akumulaciju materijala, možete brzo vidjeti gotov proizvod.

Realizacija tehnologije 3D štampe

Tehnologija 3D štampe se primjenjuje u industrijskoj proizvodnji. Ono što 3D štampanje treba da koristi nije fizički objekat, već digitalni model. Ako želite 3D odštampati pravi objekt ispred sebe, onda morate koristiti kompjuter da ga modelirate, ili 3D skener digitalizirati stvarni objekt, odnosno 3D model, a stvari možete odštampati za samo petnaestak minuta. Trenutno je tehnologija 3D štampanja podijeljena u četiri glavne kategorije: FDM, DLP/SLA i SLS

SLS-- proces laserskog sinterovanja

SLS je relativno visokotehnološki prah koji se topi u uslovima visoke temperature laserskog zračenja. Razmažite sloj tankog praha na radnom stolu i skenirajte poprečni presjek sloja laserskom zrakom kako biste podigli temperaturu do tačke topljenja, kako bi se ostvarilo sinterovanje i vezivanje, ponovite nanošenje praha, sinteriranje, mljevenje i sušenje dok se model ne formira. U stvari, 3D štampa je 2D štampa iznova i iznova. Ako vrlo tanko narežete predmet, vidjet ćete da svaki komad ima oblik. Ako spojite sve oblike zajedno, dobit ćete trodimenzionalni objekt strukture. Zato koristimo lasere za crtanje grafike. Otpornost SLS oblikovanih dijelova na okoliš (temperatura, vlaga i kemijska korozija) slična je otpornosti termoplastičnih materijala; dok je otpornost SLA oblikovanih dijelova relativno slaba, na primjer, SLA obradak oblikovani epoksidnom smolom osjetljivi su na vlagu i kemikalije. Korozija, omekšaće i iskriviti se u okruženju iznad 38°C, ali je preciznost oblikovanja visoka.

SLA --stereolitografski proces oblikovanja

SLA je tehnologija svjetlosne polimerizacije, koja je trenutno relativno razvijena u Kini. "Stereolitografija" je kada laserski snop ocrtava oblik prvog sloja objekta na površini tekuće smole, a zatim se proizvodna platforma spusti za određenu udaljenost (između 0,05-0,025 mm), a zatim se očvrsnuti sloj uroni u tečnu smolu i tako dalje. Korištena smola je fotoosjetljiva smola, koja će formirati čvrsto stanje nakon zračenja laserskim snopom, a model formiranja je brz i precizan.

DLP-- proces stereolitografskog oblikovanja

DLP digitalna obrada svjetla, poznata kao tehnologija laserskog oblikovanja. Tehnologija DLP 3D štampanja ima mnogo sličnosti sa SLA 3D tehnologijom štampanja. Ako se proizvodnja uporedi sa crtanjem kruga olovkom, onda je SLA tehnologija ekvivalentna crtanju sloj po sloj, dok je DLP ekvivalent direktnom štancanju. Masovna proizvodnja koju vodimo ima dve veoma važne tačke, jedna je efikasnost, a druga cena materijala. Postoji 3D štampač koji može da štampa stotine puta brže od tradicionalne proizvodnje, odnosno tehnologije licem u lice, koju je razvila kompanija u Šenženu, Light Prism Technology. Potrebno je 2-5 sati za štampanje šuplje lopte uz tradicionalnu FDM 3D štampu, a najbrže je potrebno sat vremena, ali za štampanje najnovijom tehnologijom licem u lice potrebno je samo oko 10 minuta. Brzina štampanja je neverovatna. Kada se ovo 3D štampanje pojavi na tržištu, uticaj na tradicionalne zanate je i dalje veliki.

FDM -- Proces taloženja u kalupu

U poređenju sa DLP i SLS tehnologijama, FDM tehnologija je relativno jednostavna, tako da ima veliku publiku i lakše je ući u porodicu. Prototip je direktno konstruisan iz 3D CAD podataka korišćenjem termoplastičnog materijala koji se ekstrudira u poluotopljeni filament, koji se nanosi sloj po sloj. Prednosti FDM tehnologije su jednostavna mehanička struktura, jednostavan dizajn, niski troškovi proizvodnje, troškovi održavanja i materijalni troškovi, te bez zagađivanja okoliša. Stoga je FDM i najraširenija tehnologija u kućnim desktop 3D štampačima. To je relativno tradicionalna metoda štampe koja ne koristi laser i ima nisku cijenu, ali tačnost nije visoka i brzina ispisa je vrlo mala. Ovo je svima najpristupačnija metoda i uglavnom se koristi na obrazovnom tržištu.

Uticaj 3D štampe na proizvodnju i tradicionalnu zanatu

Prednosti 3D štampe

(1) Prilagođavanje

Uzimajući stomatologiju kao primjer, svi su zubi različiti, ali 3D printanje može riješiti kontradikciju između prilagođene proizvodnje i masovne proizvodnje, a masovna proizvodnja prilagođenih implantata, proteza itd.

(2) uzorak u realnom vremenu

Zbog velike brzine 3D štampe, dizajner ujutro dizajnira verziju proizvoda, a voditelj može vidjeti gotov proizvod u podne, a zatim dizajnira drugu verziju u 18 sati, a gotov proizvod može vidjeti sljedeće jutro, što uvelike ubrzava razvoj novih proizvoda. Ako nije posebno komplikovano, 3D štampa može da proizvede gotove proizvode za 3 sata, dok tradicionalno probno ispitivanje traje 4-6 nedelja svaki put, pa je tako poboljšana i ukupna brzina industrijskog dizajna.

(3) Nema zagađenja

 Budući da su proizvedene sirovine ekološki prihvatljive, cijeli proizvodni proces je proizvodnja bez zagađenja. Nema zagađenja otpadnim gasovima i otpadnim vodama, kao ni otpada zaostalih materijala.

(4) Dataizacija

Kada digitalna stomatologija sazri, tehnički zahtjevi za doktore bit će znatno smanjeni. Pacijentima je potrebno samo dva minuta da koriste instrument za skeniranje u bolnici i mogu znati uzroke i rješenja svih stomatoloških problema.

Pored toga, 3D štampa se može koristiti i za ortodonciju, štampanje personalizovanih i prilagođenih prozirnih aparatića. Da li tokom plastične operacije zubi treba da se pomeraju levo ili napred? Koliko milimetara da se pomeri? Ranije se stomatološka hirurgija oslanjala isključivo na lično iskustvo doktora, ali digitalna stomatologija je povećala stabilnost operacije i snizila tehnički prag za doktore.

(5) Brzo

 U poređenju sa tradicionalnim industrijskim procesima, 3D štampa ne zahteva preliminarne pripreme kao što su radna snaga i transport. Potrebne su mu samo mašine i sirovine i može se brzo pustiti u proizvodnju.

(6) Automatizacija

 Može se reći da postoji samo jedan 3D štampač između virtuelne mašte i stvarne stvari. Proizvodnja 3D štampe jednim ključem štedi mnogo troškova rada i ljudskih grešaka.