3डी प्रिंटिंग कैसे काम करती है?

एक एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग विधि 3D प्रिंटिंग है। यह "एडिटिव" है क्योंकि यह वास्तविक वस्तुओं को बनाने के लिए सामग्री के ब्लॉक या मोल्ड की आवश्यकता के बजाय सामग्री की परतों को बस ढेर और फ्यूज करता है। यह "पारंपरिक" तकनीकों की तुलना में अधिक जटिल ज्यामिति का निर्माण कर सकता है, अक्सर तेज़ होता है, इसमें सस्ती निश्चित सेटअप लागत होती है, और सामग्री की लगातार बढ़ती रेंज के साथ काम करता है। इंजीनियरिंग क्षेत्र इसका पर्याप्त उपयोग करता है, खासकर जब प्रोटोटाइपिंग और हल्के ज्यामिति विकसित करना।

एडिटिव मैन्यूफैक्चरिंग और 3डी प्रिंटिंग

"3D प्रिंटिंग" शब्द को अक्सर निर्माता संस्कृति, शौकिया और उत्साही लोगों, डेस्कटॉप प्रिंटर, एफडीएम जैसी सुलभ प्रिंटिंग तकनीक और एबीएस और पीएलए जैसी सस्ती सामग्री से जोड़ा जाता है। यह आंशिक रूप से रेपरैप आंदोलन से उभरे किफायती डेस्कटॉप प्रिंटर के कारण है, जैसे कि मूल मेकरबॉट और अल्टीमेकर, जिसने 3D प्रिंटिंग के लोकतंत्रीकरण और 2009 के 3D प्रिंटिंग बूम में योगदान दिया।

3डी प्रिंटिंग प्रौद्योगिकी: नवोन्मेषी विनिर्माण का भविष्य

3डीमुद्रणइतिहास

3D प्रिंटिंग कॉन्सेप्ट उत्पादों की शुरुआत 1970 के दशक में हुई थी। 1981 में, जापानी वैज्ञानिक डॉ. कोडमा, जिन्होंने पहली बार परत-दर-परत प्रिंटिंग निर्माण विधि का वर्णन किया था, ने 3D प्रिंटिंग की कोशिश की, और व्यक्तिगत रूप से SLA (स्टीरियोलिथोग्राफी) 3D प्रिंटिंग तकनीक बनाई- पराबैंगनी प्रकाश द्वारा पॉलीमराइज़ किया गया फोटोसेंसिटिव रेज़िन।

कुछ वर्षों बाद, अमेरिकी वैज्ञानिक चार्ल्स हल ने भी SLA की तकनीक पर गहन शोध किया और 1986 में SLA का पहला पेटेंट प्रस्तुत किया। 3D सिस्टम्स की स्थापना की और 1988 में अपना पहला व्यावसायिक उत्पाद, SLA-1 जारी किया। (नीचे चित्र)

एसएलए को सबसे पहले विकसित 3डी प्रिंटिंग तकनीक कहा जा सकता है, तो एसएलएस (सिलेक्टिव लेजर सिंटरिंग) और एफडीएम (फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग) कब विकसित हुए?

1988 में, अमेरिकी कार्ल डेकार्ड ने टेक्सास विश्वविद्यालय में एसएलएस तकनीक का पेटेंट कराया, जो एक और 3डी प्रिंटिंग तकनीक है जिसमें एक लेजर स्थानीय रूप से पाउडर कणों को एक साथ जोड़कर प्रिंट करता है। उसी वर्ष, स्ट्रैटासिस के संस्थापकों में से एक स्कॉट क्रम्प ने फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग (एफडीएम) के लिए पेटेंट के लिए आवेदन किया। 1980 से 1990 तक, 3डी प्रिंटिंग की तीन मुख्य तकनीकों का पेटेंट कराया गया, जिसने इस उद्योग में तेजी से विकास की अवधि की शुरुआत की।

यूरोप में, EOS GmbH ने 3D प्रिंटिंग के लिए एक डिज़ाइन सिस्टम बनाया: स्टीरियो" सिस्टम। आज, औद्योगिक क्षेत्र में इसके 3D मुद्रित मॉडल का उपयोग दुनिया भर में प्लास्टिक और धातुओं के लिए SLS 3D प्रिंटिंग तकनीक (चयनात्मक लेजर सिंटरिंग) के लिए किया जाता है।

1992 में, एफडीएम (फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग) 3डी प्रिंटिंग प्रौद्योगिकी पेटेंट को स्ट्रैटासिस द्वारा अधिकृत किया गया था, जिसने कई पेशेवरों और व्यक्तियों की विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए 3डी प्रिंटर विकसित किए थे।

1993 से 1999 तक 3D प्रिंटिंग उद्योग में कई तरह की तकनीकें उभर कर सामने आईं। इसी दौरान, नए-नए CAD सॉफ्टवेयर और 3D मॉडलिंग सॉफ्टवेयर विकसित किए गए, उदाहरण के लिए सैंडर्स प्रोटोटाइप (जिसे अब सॉलिडस्केप कहा जाता है) जो सबसे पहले बनाए गए सॉफ्टवेयर में से एक था।

3D मुद्रण बहु-क्षेत्रीय अनुप्रयोग

2008 में, पहला 3D-प्रिंटेड प्रोस्थेटिक सामने आया, जिसने मीडिया में 3D प्रिंटिंग की हिस्सेदारी को और बढ़ा दिया। लोगों ने पाया कि 3D प्रिंटिंग न केवल पारंपरिक भागों को प्रिंट कर सकती है, बल्कि मानव शरीर की मरम्मत के लिए भी लागू की जा सकती है। यह अद्भुत चिकित्सा 3D प्रिंटिंग परियोजना एक जैविक अंग के सभी भागों को जोड़ती है और इसे बिना किसी बाद की असेंबली के "जैसा है" प्रिंट किया जा सकता है। आज, 3D स्कैनिंग के साथ, 3D प्रिंटेड मेडिकल प्रोस्थेसिस और ऑर्थोटिक्स मरीजों की जरूरतों को पूरा करने के लिए सस्ते और तेज़ होते जा रहे हैं। इसके अलावा, इन प्रोस्थेसिस को तेजी से अनुकूलित किया जा रहा है और रोगी की आकृति विज्ञान के अनुकूल बनाया जा रहा है। 3D प्रिंटिंग बड़े पैमाने पर निजीकरण के लिए नए अवसर लाती है। (चित्र जोड़ें)

2009 वह वर्ष था जब FDM पेटेंट ने बड़े पैमाने पर उपभोग के क्षेत्र में प्रवेश किया, जिसने FDM 3D प्रिंटर के व्यापक नवाचार के लिए एक नया रास्ता खोल दिया। जैसे-जैसे डेस्कटॉप 3D प्रिंटर की कीमत कम हुई, वैसे-वैसे अधिक से अधिक लोग 3D प्रिंटिंग उद्योग के विकास पर ध्यान देने में सक्षम हुए।

2013 में, अमेरिकी राष्ट्रपति बराक ओबामा ने अपने स्टेट ऑफ़ द यूनियन संबोधन में 3D प्रिंटिंग को भविष्य के उत्पादन के मुख्य तरीके के रूप में उल्लेख किया, जिससे "3D प्रिंटिंग" एक पूर्ण चर्चा का विषय बन गया। अब, लोगों के मन में इसकी जगह बहुत प्रमुख है। अधिक से अधिक छोटी और मध्यम आकार की कंपनियाँ 3D प्रिंटिंग द्वारा प्रदान की जाने वाली कम लागत वाली प्रोटोटाइपिंग का लाभ उठा रही हैं, इसे अपने पुनरावृत्ति, नवाचार और उत्पादन प्रक्रियाओं में पूरी तरह से एकीकृत कर रही हैं।

3डी प्रिंटिंग कॉन्सेप्ट कार

जहाँ तक निर्माण अनुप्रयोगों का सवाल है, 3D प्रिंटेड घर अब एक वास्तविकता है। 2018 में पहली बार लोग 3D प्रिंटेड घरों में रहने लगे। घर का क्षेत्रफल 1022 वर्ग फीट है, जो रहने लायक है। इसे प्रिंट करने में कुल दो दिन लगे।

विनिर्माण और 3D मुद्रण के बीच समानता और अंतर पर 3D मुद्रण की वर्गीकरण प्रणाली

उदाहरण के लिए खोखली गेंद को ही लें। इसकी सतह पर एक दर्जन से ज़्यादा फूल हैं। अगर इसे पारंपरिक मशीनिंग से प्रोसेस किया जाए, तो यह बहुत तकलीफ़देह होगा और पैटर्न को एक-एक करके संशोधित करना होगा। और अगर आप 3D प्रिंटिंग चुनते हैं, तो इसमें सामग्री की बर्बादी नहीं होती है, इसलिए इसका एक नाम एडिटिव मैन्युफ़ैक्चरिंग भी है, जिसका मतलब है कि भौतिक भागों के निर्माण के लिए धीरे-धीरे सामग्री जमा करने की विधि का उपयोग किया जाता है। पारंपरिक विधि में पहले भ्रूण बनाना, फिर अतिरिक्त सामग्री को हटाना और बची हुई सामग्री को आवश्यक आकार देना होता है। अगर कोई समस्या पाई जाती है, तो एक सांचे को खोलना और उसे संशोधित करना ज़रूरी है; जबकि 3D प्रिंटिंग में थोड़ी-थोड़ी सामग्री जमा करके आप तैयार उत्पाद को जल्दी से देख सकते हैं।

3डी प्रिंटिंग तकनीक का कार्यान्वयन

3D प्रिंटिंग तकनीक का इस्तेमाल औद्योगिक उत्पादन में किया जाता है। 3D प्रिंटिंग के लिए भौतिक वस्तु की नहीं, बल्कि डिजिटल मॉडल की ज़रूरत होती है। अगर आप अपने सामने मौजूद किसी वास्तविक वस्तु को 3D प्रिंट करना चाहते हैं, तो आपको उसे मॉडल करने के लिए कंप्यूटर का इस्तेमाल करना होगा, या फिर वास्तविक वस्तु यानी 3D मॉडल को डिजिटाइज़ करने के लिए 3D स्कैनर का इस्तेमाल करना होगा, और आप पंद्रह मिनट से भी कम समय में चीज़ों को प्रिंट कर सकते हैं। वर्तमान में, 3D प्रिंटिंग तकनीक को चार प्रमुख श्रेणियों में विभाजित किया गया है: FDM, DLP/SLA और SLS

एसएलएस-- लेजर सिंटरिंग मोल्डिंग प्रक्रिया

एसएलएस एक अपेक्षाकृत उच्च तकनीक वाला पाउडर है जो लेजर विकिरण की उच्च तापमान स्थितियों के तहत पिघलता है। कार्यक्षेत्र पर पतले पाउडर की एक परत फैलाएं, और तापमान को पिघलने बिंदु तक बढ़ाने के लिए लेजर बीम के साथ परत के क्रॉस-सेक्शन को स्कैन करें, ताकि सिंटरिंग और बॉन्डिंग का एहसास हो सके, मॉडल बनने तक पाउडर फैलाने, सिंटरिंग, पीसने और सुखाने को दोहराएं। वास्तव में, 3D प्रिंटिंग बार-बार 2D प्रिंटिंग है। यदि आप किसी वस्तु को बहुत पतला काटते हैं, तो आप पाएंगे कि प्रत्येक टुकड़े का एक आकार है। यदि आप सभी आकृतियों को एक साथ रखते हैं, तो आपको एक त्रि-आयामी संरचना वाली वस्तु मिलती है। इसलिए हम ग्राफिक्स बनाने के लिए लेजर का उपयोग करते हैं। पर्यावरण (तापमान, आर्द्रता और रासायनिक संक्षारण) के लिए SLS मोल्डेड भागों का प्रतिरोध थर्माप्लास्टिक सामग्रियों के समान है; जबकि SLA मोल्डेड भागों का प्रतिरोध अपेक्षाकृत खराब है, उदाहरण के लिए, एपॉक्सी राल के साथ मोल्ड किए गए SLA वर्कपीस नमी और रसायनों के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। संक्षारण के कारण, यह 38°C से ऊपर के वातावरण में नरम और विकृत हो जाएगा, लेकिन गठन की सटीकता उच्च है।

एसएलए - स्टीरियोलिथोग्राफी मोल्डिंग प्रक्रिया

एसएलए एक प्रकाश-उपचार तकनीक है, जो वर्तमान में चीन में अपेक्षाकृत विकसित है। "स्टीरियोलिथोग्राफी" तब होती है जब लेजर बीम तरल राल की सतह पर वस्तु की पहली परत के आकार को रेखांकित करती है, और फिर उत्पादन प्लेटफ़ॉर्म को एक निश्चित दूरी (0.05-0.025 मिमी के बीच) से कम किया जाता है, और फिर जमी हुई परत को तरल राल में डुबोया जाता है, और इसी तरह। उपयोग किया जाने वाला राल एक प्रकाश-संवेदनशील राल है, जो लेजर बीम द्वारा विकिरणित होने के बाद एक ठोस अवस्था का निर्माण करेगा, और बनाने वाला मॉडल तेज़ और सटीक है।

डीएलपी-- स्टीरियोलिथोग्राफी मोल्डिंग प्रक्रिया

डीएलपी डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग, जिसे लेजर शेपिंग तकनीक के रूप में जाना जाता है। डीएलपी 3डी प्रिंटिंग तकनीक में एसएलए 3डी प्रिंटिंग तकनीक के साथ कई समानताएं हैं। यदि उत्पादन की तुलना पेंसिल से वृत्त खींचने से की जाती है, तो एसएलए तकनीक परत दर परत ड्राइंग के बराबर है, जबकि डीएलपी सीधे स्टैम्पिंग के बराबर है। हम जिस बड़े पैमाने पर उत्पादन का प्रयास कर रहे हैं, उसके दो बहुत महत्वपूर्ण बिंदु हैं, एक है दक्षता, और दूसरा है सामग्री की लागत। एक 3डी प्रिंटर है जो पारंपरिक निर्माण की तुलना में सैकड़ों गुना तेजी से प्रिंट कर सकता है, यानी फेस-टू-फेस तकनीक, जिसे शेन्ज़ेन की एक कंपनी लाइट प्रिज्म टेक्नोलॉजी ने विकसित किया है। पारंपरिक एफडीएम 3डी प्रिंटिंग के साथ एक खोखली गेंद को प्रिंट करने में 2-5 घंटे लगते हैं, और सबसे तेज़ गति से एक घंटा लगता है, लेकिन नवीनतम फेस-टू-फेस तकनीक से प्रिंट करने में केवल 10 मिनट लगते हैं। प्रिंटिंग की गति अद्भुत है। एक बार जब यह 3डी प्रिंटिंग बाजार में आ जाती है, तो पारंपरिक शिल्प पर प्रभाव अभी भी बहुत अच्छा होता है।

एफडीएम -- फ्यूज्ड डिपोजिशन मोल्डिंग प्रक्रिया

डीएलपी और एसएलएस प्रौद्योगिकियों की तुलना में, एफडीएम तकनीक अपेक्षाकृत सरल है, इसलिए इसके पास एक बड़ा दर्शक वर्ग है और परिवार में प्रवेश करना आसान है। प्रोटोटाइप को 3 डी सीएडी डेटा से सीधे अर्ध-पिघले हुए फिलामेंट में निकाले जाने वाले थर्मोप्लास्टिक सामग्री का उपयोग करके बनाया जाता है, जिसे परत-दर-परत आधार पर जमा किया जाता है। एफडीएम प्रौद्योगिकी के लाभ सरल यांत्रिक संरचना, आसान डिजाइन, कम विनिर्माण लागत, रखरखाव लागत और सामग्री लागत, और पर्यावरण के लिए कोई प्रदूषण नहीं हैं। इसलिए, एफडीएम घरेलू डेस्कटॉप 3 डी प्रिंटर में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक भी है। यह एक अपेक्षाकृत पारंपरिक मुद्रण विधि है, जो लेजर का उपयोग नहीं करती है और इसकी लागत कम है, लेकिन सटीकता अधिक नहीं है और मुद्रण की गति बहुत धीमी है। यह सभी के लिए सबसे सुलभ तरीका है, और इसका उपयोग आमतौर पर शिक्षा बाजार में किया जाता है।

विनिर्माण और पारंपरिक शिल्प कौशल पर 3डी प्रिंटिंग का प्रभाव

3डी प्रिंटिंग के लाभ

(1) अनुकूलन

दंत चिकित्सा को उदाहरण के रूप में लें, तो हर किसी के दांत अलग-अलग होते हैं, लेकिन 3डी प्रिंटिंग अनुकूलित उत्पादन और बड़े पैमाने पर उत्पादन के बीच विरोधाभास को हल कर सकती है, और बड़े पैमाने पर अनुकूलित प्रत्यारोपण, ब्रेसिज़ आदि का उत्पादन कर सकती है।

(2) नमूना वास्तविक समय

3डी प्रिंटिंग की तेज गति के कारण, डिजाइनर सुबह उत्पाद का एक संस्करण डिजाइन करता है, और नेता दोपहर में तैयार उत्पाद देख सकता है, और फिर शाम 6 बजे एक और संस्करण डिजाइन करता है, और अगली सुबह तैयार उत्पाद देख सकता है, जो नए उत्पादों की गति को बहुत तेज करता है। यदि यह विशेष रूप से जटिल नहीं है, तो 3 डी प्रिंटिंग 3 घंटे में तैयार उत्पादों का उत्पादन कर सकती है, जबकि पारंपरिक प्रूफिंग में हर बार 4-6 सप्ताह लगते हैं, इसलिए औद्योगिक डिजाइन की समग्र गति में भी सुधार होता है।

(3) कोई प्रदूषण नहीं

 चूँकि उत्पादित कच्चे माल सभी पर्यावरण के अनुकूल हैं, इसलिए पूरी उत्पादन प्रक्रिया प्रदूषण मुक्त है। अपशिष्ट गैस और अपशिष्ट जल का कोई प्रदूषण नहीं है, और बचे हुए माल की कोई बर्बादी नहीं है।

(4) डेटाकरण

जब डिजिटल दंत चिकित्सा परिपक्व हो जाएगी, तो डॉक्टरों के लिए तकनीकी आवश्यकताएं बहुत कम हो जाएंगी। मरीजों को अस्पताल में केवल दो मिनट के लिए स्कैन करने के लिए उपकरण का उपयोग करने की आवश्यकता होगी, और वे सभी दंत समस्याओं के कारणों और समाधानों को जान सकते हैं।

इसके अलावा, 3डी प्रिंटिंग का उपयोग ऑर्थोडोंटिक्स के लिए भी किया जा सकता है, व्यक्तिगत और अनुकूलित पारदर्शी ब्रेसिज़ को प्रिंट करना। प्लास्टिक सर्जरी के दौरान, दांतों को बाईं ओर या आगे की ओर खिसकाना चाहिए? कितने मिलीमीटर खिसकाना चाहिए? अतीत में, दंत चिकित्सा सर्जरी पूरी तरह से डॉक्टर के व्यक्तिगत अनुभव पर निर्भर करती थी, लेकिन डिजिटल दंत चिकित्सा ने ऑपरेशन की स्थिरता को बढ़ा दिया है और डॉक्टरों के लिए तकनीकी सीमा को कम कर दिया है।

(5) तेज़

 पारंपरिक औद्योगिक प्रक्रियाओं की तुलना में, 3डी प्रिंटिंग के लिए जनशक्ति और परिवहन जैसी प्रारंभिक तैयारियों की आवश्यकता नहीं होती है। इसके लिए केवल मशीनों और कच्चे माल की आवश्यकता होती है, और इसे जल्दी से उत्पादन में लगाया जा सकता है।

(6) स्वचालन

 यह कहा जा सकता है कि आभासी कल्पना और वास्तविक चीज़ के बीच सिर्फ़ एक 3D प्रिंटर है। 3D प्रिंटिंग के एक-कुंजी उत्पादन से बहुत सारी श्रम लागत और मानवीय त्रुटियाँ बचती हैं।