3D хэвлэлт хэрхэн ажилладаг вэ?

Нэмэлт үйлдвэрлэлийн нэг арга бол 3D хэвлэлт юм. Энэ нь "нэмэлт" юм, учир нь энэ нь зүгээр л материаллаг давхаргыг овоолж, хайлуулж, блок материал эсвэл хэвний оронд бодит объектыг бий болгодог. Энэ нь "ердийн" технологиос илүү төвөгтэй геометрийг бүтээж чаддаг, ихэвчлэн хурдан байдаг, хямд үнэтэй тогтмол суурилуулалттай, байнга өсөн нэмэгдэж буй материалуудтай ажилладаг. Инженерийн салбар үүнийг, ялангуяа хөнгөн жинтэй геометрийн загвар гаргах, хөгжүүлэхэд ихээхэн ашигладаг.

Нэмэлт үйлдвэрлэл, 3D хэвлэх

"3D хэвлэх" гэсэн нэр томъёог үйлдвэрлэгчийн соёл, сонирхогч, сонирхогчид, ширээний принтер, FDM гэх мэт хүртээмжтэй хэвлэх арга техник, ABS, PLA гэх мэт хямд материалтай холбодог. Энэ нь нэг талаар RepRap хөдөлгөөний үр дүнд бий болсон анхны MakerBot болон Ultimaker зэрэг хямд үнэтэй ширээний принтерүүдтэй холбоотой бөгөөд 3D хэвлэхийг ардчилах, 2009 онд 3D хэвлэх үсрэнгүй хөгжилд хувь нэмрээ оруулсан юм.

3D хэвлэх технологи: Шинэлэг үйлдвэрлэлийн ирээдүй

3Dхэвлэхтүүх

1970-аад онд 3D хэвлэх концепцийн бүтээгдэхүүнүүд гарч эхэлсэн. 1981 онд давхрага давхаргаар хэвлэх үйлдвэрлэлийн аргыг анх тодорхойлсон Японы эрдэмтэн доктор Кодама 3D хэвлэлтийг туршиж үзээд хэт ягаан туяагаар полимержүүлсэн гэрэл мэдрэмтгий давирхайг SLA (stereolithography) 3D хэвлэлийн технологийг биечлэн бүтээжээ.

Хэдэн жилийн дараа Америкийн эрдэмтэн Чарльз Халл мөн SLA технологийн талаар гүнзгийрүүлсэн судалгаа хийж, 1986 онд SLA-ийн анхны патентыг ирүүлсэн. 3D Systems-ийг үүсгэн байгуулж, 1988 онд анхны арилжааны бүтээгдэхүүн болох SLA-1-ээ гаргасан. (доорх зураг)

SLA нь хамгийн анхны хөгжсөн 3D хэвлэх технологи гэж хэлж болох бөгөөд SLS (Selective Laser Sintering) болон FDM (Fused Deposition Modeling) нь хожим хэзээ гарсан бэ?

1988 онд Америкийн Карл Декард Техасын Их Сургуульд SLS технологийг патентжуулсан бөгөөд энэ нь 3D хэвлэх өөр нэг арга бөгөөд лазераар нунтаг хэсгүүдийг нэгтгэж хэвлэдэг. Мөн онд Stratasys-ийг үүсгэн байгуулагчдын нэг Скотт Крамп fused deposition modeling (FDM) патент авах хүсэлт гаргасан. 1980-1990 он хүртэл 3D хэвлэлийн үндсэн гурван технологи бүгд патентлагдсан нь энэ салбарын эрчимтэй хөгжлийн үе эхэлсэн юм. .

Европт EOS GmbH нь 3D хэвлэх дизайны системийг бий болгосон: Стерео" систем. Өнөөдөр түүний үйлдвэрлэлийн салбарт 3D хэвлэсэн загваруудыг дэлхий даяар хүлээн зөвшөөрөгдсөн хуванцар болон металлын SLS 3D хэвлэх технологид (Selective Laser Sintering) ашиглаж байна.

1992 онд FDM (Fused Deposition Modeling) 3D хэвлэх технологийн патентыг Stratasys компани зөвшөөрч, олон мэргэжилтнүүд болон хувь хүмүүсийн янз бүрийн хэрэгцээг хангахын тулд 3D принтерүүдийг бүтээжээ.

1993-1999 онд 3D хэвлэлийн салбарт янз бүрийн технологиуд бий болсон. Үүний зэрэгцээ улам олон шинэ CAD программ хангамж, 3D загварчлалын программ хангамжийг боловсруулсан, жишээлбэл Sanders Prototype (одоо Solidscape гэж нэрлэдэг) нь анхны оролцогчдын нэг байсан юм.

3D хэвлэх олон талбарт програмууд

2008 онд анхны 3D хэвлэсэн хиймэл эрхтэн гарч ирсэн нь хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр 3D хэвлэлийн эзлэх хувийг улам нэмэгдүүлсэн. Хүмүүс 3D хэвлэх нь уламжлалт эд ангиудыг хэвлээд зогсохгүй хүний ​​биеийн засварт ч хэрэглэж болохыг олж мэдсэн. Энэхүү гайхалтай эмнэлгийн 3D хэвлэх төсөл нь биологийн мөчний бүх хэсгийг хослуулсан бөгөөд дараагийн угсралтгүйгээр "байгаагаар нь" хэвлэх боломжтой. Өнөөдөр 3D сканнертай хослуулан 3D хэвлэсэн эмнэлгийн протез, ортопед зэрэг нь өвчтөнүүдийн хэрэгцээг хангахын тулд хямд, хурдан болж байна. Түүгээр ч зогсохгүй эдгээр протезүүд улам бүр оновчтой болж, өвчтөний морфологийн онцлогт тохирсон байдаг. 3D хэвлэх нь олон нийтийг хувийн болгох шинэ боломжуудыг авчирдаг. (зураг нэмэх)

2009 он бол FDM патентууд олон нийтийн хэрэглээний талбарт нэвтэрсэн жил байсан бөгөөд энэ нь FDM 3D принтерийн өргөн хүрээг хамарсан шинэчлэлийн шинэ замыг нээсэн юм. Ширээний 3D принтерийн үнэ буурах тусам улам олон хүмүүс 3D хэвлэлийн салбарын хөгжилд анхаарлаа хандуулах боломжтой болсон.

2013 онд АНУ-ын Ерөнхийлөгч Барак Обама 3D хэвлэлтийг ирээдүйн үйлдвэрлэлийн үндсэн хэлбэр гэж хэлсэн үгэндээ “3D хэвлэх” гэдэг нь туйлын алдартай болсон. Одоо олон нийтийн оюун санаанд түүний эзлэх байр суурь маш их байна. Илүү олон жижиг, дунд компаниуд 3D хэвлэх замаар хямд өртөгтэй загварчлалын давуу талыг ашиглаж, үүнийг давталт, инноваци, үйлдвэрлэлийн процесст бүрэн нэгтгэж байна.

3D хэвлэх концепцийн машин

Барилгын хэрэглээний хувьд 3D хэвлэсэн байшингууд одоо бодит байдал болж байна. Хүмүүс 2018 онд анх удаа 3D хэвлэмэл байшинд нүүж орлоо.Энэ байшин нь 1022 метр квадрат талбайтай, амьдрахад маш тохиромжтой. Нийтдээ хоёр өдөр хэвлэв.

Үйлдвэрлэл ба 3D хэвлэх хоёрын ижил төстэй болон ялгаатай байдлын талаархи 3D хэвлэлийн ангиллын систем

Хоосон бөмбөгийг жишээ болгон ав. Гадаргуу дээр арав гаруй цэцэг байдаг. Хэрэв энэ нь уламжлалт боловсруулалтаар боловсруулагдсан бол энэ нь маш их асуудалтай байх бөгөөд хэв маягийг нэг нэгээр нь өөрчлөх ёстой. Мөн хэрэв та 3D хэвлэхийг сонговол материалын хаягдал байхгүй тул нэмэлт үйлдвэрлэл гэж бас нэрлэгдсэн бөгөөд энэ нь материалыг аажмаар хуримтлуулах аргыг физик эд ангиудыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг гэсэн үг юм. Уламжлалт арга нь үр хөврөлийг эхлээд хийж, дараа нь илүүдэл материалыг зайлуулж, үлдсэн материал нь шаардлагатай хэлбэр юм. Хэрэв асуудал илэрсэн бол хэвийг онгойлгож, өөрчлөх шаардлагатай; 3D хэвлэх нь материалын хуримтлалыг бага багаар ашигладаг бол та бэлэн бүтээгдэхүүнийг хурдан харах боломжтой.

3D хэвлэх технологийн хэрэгжилт

3D хэвлэх технологийг аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлд ашигладаг. 3D хэвлэхийн тулд ашиглах ёстой зүйл бол физик объект биш, харин дижитал загвар юм. Хэрэв та өмнөө байгаа бодит объектыг 3D хэвлэхийг хүсвэл компьютер ашиглан загварчлах эсвэл 3D сканнер ашиглан бодит объектыг дижитал хэлбэрт оруулах, өөрөөр хэлбэл 3D загварыг ашиглан арван таван минутын дотор хэвлэх боломжтой. Одоогийн байдлаар 3D хэвлэх технологи нь FDM, DLP/SLA, SLS гэсэн дөрвөн үндсэн ангилалд хуваагддаг.

SLS-- лазераар шингэлэх хэлбэржүүлэх үйл явц

SLS нь лазерын цацрагийн өндөр температурт хайлдаг харьцангуй өндөр технологийн нунтаг юм. Ажлын ширээн дээр нимгэн нунтаг давхаргыг тарааж, хайлах цэг хүртэл температурыг нэмэгдүүлэхийн тулд давхаргын хөндлөн огтлолыг лазер туяагаар сканнердах, холбох, нунтаг тараах, нунтаглах, нунтаглах, хатаах ажлыг загвар үүсэх хүртэл давтан хийнэ. Үнэн хэрэгтээ 3D хэвлэх нь дахин дахин 2D хэвлэх явдал юм. Хэрэв та объектыг маш нимгэн зүсвэл хэсэг бүр нь хэлбэртэй болохыг олж мэдэх болно. Хэрэв та бүх дүрсийг нийлүүлбэл гурван хэмжээст бүтэцтэй объект болно. Тиймээс бид график зурахдаа лазер ашигладаг. SLS цутгасан эд ангиудын хүрээлэн буй орчны эсэргүүцэл (температур, чийгшил, химийн зэврэлт) нь термопластик материалтай төстэй; SLA цутгасан эд ангиудын эсэргүүцэл харьцангуй муу байхад эпокси давирхайгаар цутгасан SLA бэлдэцүүд чийг, химийн бодист өртөмтгий байдаг. Зэврэлт, энэ нь 38 ° C-аас дээш температурт зөөлөрч, муруйх боловч үүсэх нарийвчлал өндөр байдаг.

SLA --стереолитографийн хэвлэх үйл явц

SLA нь одоогоор Хятадад харьцангуй хөгжсөн гэрлээр хатууруулах технологи юм. "Стереолитографи" гэдэг нь лазер туяа нь шингэн давирхайн гадаргуу дээрх объектын эхний давхаргын хэлбэрийг тоймлон харуулж, дараа нь үйлдвэрлэлийн тавцанг тодорхой зайд (0.05-0.025 мм-ийн хооронд) буулгаж, дараа нь хатуурсан давхаргыг шингэн давирхайд дүрэх гэх мэт. Ашигласан давирхай нь гэрэл мэдрэмтгий давирхай бөгөөд лазер туяагаар цацруулсаны дараа хатуу төлөвт ордог бөгөөд хэлбэржүүлэх загвар нь хурдан бөгөөд нарийвчлалтай байдаг.

DLP-- стереолитографийн хэвлэх процесс

DLP дижитал гэрэл боловсруулах, лазер хэлбэржүүлэх технологи гэж нэрлэдэг. DLP 3D хэвлэх технологи нь SLA 3D хэвлэх технологитой ижил төстэй олон талтай. Хэрэв үйлдвэрлэлийг харандаагаар тойрог зурахтай адилтгавал SLA технологи нь давхаргаар зурахтай тэнцэх бол DLP нь шууд тамга дарахтай тэнцэнэ. Бидний хөөцөлдөж буй масс үйлдвэрлэл нь нэг нь үр ашиг, нөгөө нь материалын өртөг гэсэн хоёр маш чухал зүйлтэй. Уламжлалт үйлдвэрлэлээс хэдэн зуу дахин хурдан хэвлэх чадвартай 3D принтер байдаг, өөрөөр хэлбэл нүүр тулсан технологи нь Шэньжэнь хотын Light Prism Technology компанийн бүтээсэн. Уламжлалт FDM 3D хэвлэлтээр хөндий бөмбөг хэвлэхэд 2-5 цаг зарцуулдаг ба хамгийн хурдан хугацаанд нэг цаг зарцуулдаг ч хамгийн сүүлийн үеийн нүүр тулсан технологиор хэвлэхэд ердөө 10 минут л зарцуулдаг. Хэвлэх хурд нь гайхалтай. Энэхүү 3D хэвлэлийг зах зээлд гаргасны дараа уламжлалт гар урлалд үзүүлэх нөлөө нь гайхалтай хэвээр байна.

FDM --Fused Deposition Molding Process

DLP болон SLS технологитой харьцуулахад FDM технологи нь харьцангуй энгийн тул олон үзэгчтэй, гэр бүлд ороход хялбар байдаг. Прототипийг 3D CAD өгөгдлөөс шууд бүтээдэг термопластик материалыг хагас хайлсан судалтай болгон шахаж, давхаргаар нь хадгалдаг. FDM технологийн давуу тал нь энгийн механик бүтэцтэй, хялбар дизайнтай, үйлдвэрлэлийн зардал багатай, засвар үйлчилгээний болон материалын өртөг багатай, байгаль орчныг бохирдуулдаггүй. Тиймээс FDM нь гэр ахуйн ширээний 3D принтерүүдэд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг технологи юм. Энэ нь харьцангуй уламжлалт хэвлэх арга бөгөөд лазер ашигладаггүй, зардал багатай ч нарийвчлал өндөр биш, хэвлэх хурд маш удаан байдаг. Энэ бол хүн бүрт хамгийн хүртээмжтэй арга бөгөөд ерөнхийдөө боловсролын зах зээлд хэрэглэгддэг.

Үйлдвэрлэл ба уламжлалт гар урлалд 3D хэвлэх үзүүлэх нөлөө

3D хэвлэлийн давуу тал

(1) Тохируулга

Шүдний эмчилгээг жишээ болгон авч үзвэл хүн бүрийн шүд өөр өөр байдаг ч 3D хэвлэх нь захиалгат үйлдвэрлэл, бөөнөөр үйлдвэрлэх хоёрын зөрчилдөөнийг шийдэж, захиалгат имплант, аппарат гэх мэтийг бөөнөөр үйлдвэрлэдэг.

(2) бодит цагийн дээж

3D хэвлэх нь маш хурдтай байдаг тул загвар зохион бүтээгч нь өглөө нь тухайн бүтээгдэхүүний хувилбарыг гаргаж, удирдагч нь үд дунд бэлэн бүтээгдэхүүнийг харж, дараа нь 18.00 цагт өөр хувилбарыг зохион бүтээж, маргааш өглөө нь бэлэн бүтээгдэхүүнийг харах боломжтой байдаг нь шинэ бүтээгдэхүүний хөгжлийг ихээхэн хурдасгадаг. Хэрэв энэ нь тийм ч төвөгтэй биш бол 3D хэвлэлт нь 3 цагийн дотор бэлэн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх боломжтой бол уламжлалт баталгаа нь 4-6 долоо хоног үргэлжилдэг тул үйлдвэрлэлийн дизайны ерөнхий хурдыг сайжруулдаг.

(3) Бохирдолгүй

 Үйлдвэрлэсэн түүхий эд нь байгальд ээлтэй учраас үйлдвэрлэлийн бүх процесс нь бохирдолгүй үйлдвэрлэл юм. Хаягдал хий, бохир ус бохирдохгүй, үлдсэн материалын хаягдал байхгүй.

(4) Өгөгдөлжилт

Дижитал шүдний эмчилгээ төлөвшихөд эмч нарт тавих техникийн шаардлага эрс багасна. Өвчтөн эмнэлэгт хоёр минутын турш сканнердах багажийг ашиглахад л хангалттай бөгөөд тэд шүдний бүх асуудлын шалтгаан, шийдлийг мэддэг болно.

Нэмж дурдахад 3D хэвлэх аргыг гажиг заслын эмчилгээ, хувийн болон захиалгат тунгалаг аппарат хэвлэх зэрэгт ашиглаж болно. Гоо сайхны мэс заслын үед шүд нь зүүн тийшээ эсвэл урагшаа шилжих ёстой юу? Хэдэн миллиметр хөдөлгөх вэ? Өмнө нь шүдний мэс засал нь зөвхөн эмчийн хувийн туршлагад тулгуурладаг байсан бол дижитал шүдний эмчилгээ нь хагалгааны тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлж, эмч нарын техникийн босгыг багасгасан.

(5) Хурдан

 Уламжлалт үйлдвэрлэлийн процессуудтай харьцуулахад 3D хэвлэх нь хүн хүч, тээврийн хэрэгсэл гэх мэт урьдчилсан бэлтгэл шаарддаггүй. Түүнд машин, түүхий эд л хэрэгтэй, үйлдвэрлэлд хурдан орох боломжтой.

(6) Автоматжуулалт

 Виртуал төсөөлөл, бодит зүйлийн хооронд ганц л 3D принтер байдаг гэж хэлж болно. 3D хэвлэх нэг түлхүүрийн үйлдвэрлэл нь хөдөлмөрийн зардал, хүний ​​алдаанаас ихээхэн хэмнэнэ.