Bagaimanakah percetakan 3D berfungsi?

Satu kaedah pembuatan bahan tambahan ialah percetakan 3D. Ia bersifat "bahan tambahan" kerana ia hanya menyusun dan menggabungkan lapisan bahan untuk mencipta objek sebenar dan bukannya memerlukan blok bahan atau acuan. Ia boleh membina geometri yang lebih rumit daripada teknologi "konvensional", selalunya cepat, mempunyai kos persediaan tetap yang murah dan berfungsi dengan pelbagai bahan yang sentiasa berkembang. Sektor kejuruteraan menggunakannya dengan banyak, terutamanya semasa membuat prototaip dan membangunkan geometri ringan.

Pembuatan aditif dan percetakan 3D

Istilah "percetakan 3D" sering dikaitkan dengan budaya pembuat, amatur dan peminat, pencetak desktop, teknik percetakan yang mudah diakses seperti FDM, dan bahan yang murah seperti ABS dan PLA. Ini sebahagiannya disebabkan oleh pencetak desktop mampu milik yang muncul daripada pergerakan RepRap, seperti MakerBot dan Ultimaker yang asal, yang menyumbang kepada pendemokrasian percetakan 3D dan ledakan percetakan 3D 2009.

Teknologi Percetakan 3D: Masa Depan Pembuatan Inovatif

3D percetakan sejarah

Produk konsep percetakan 3D bermula pada tahun 1970-an. Pada tahun 1981, saintis Jepun, Dr. Kodama, yang merupakan orang pertama yang menerangkan kaedah pembuatan percetakan lapisan demi lapisan, mencuba percetakan 3D, dan secara peribadi mencipta resin fotosensitif teknologi percetakan 3D SLA (stereolitografi) yang dipolimerkan oleh cahaya ultraungu.

Beberapa tahun kemudian, saintis Amerika Charles Hull juga menjalankan penyelidikan mendalam mengenai teknologi SLA, dan mengemukakan paten pertama SLA pada tahun 1986. Mengasaskan Sistem 3D dan mengeluarkan produk komersial pertama mereka, SLA-1, pada tahun 1988. (gambar di bawah)

SLA boleh dikatakan sebagai teknologi percetakan 3D yang terawal dibangunkan, jadi bilakah SLS (Selective Laser Sintering) dan FDM (Fused Deposition Modeling) kemudiannya

Pada tahun 1988, Carl Deckard dari Amerika Syarikat telah mempatenkan teknologi SLS di Universiti Texas, yang merupakan satu lagi teknik percetakan 3D di mana laser menggabungkan zarah serbuk secara tempatan untuk mencetak. Pada tahun yang sama, Scott Crump, salah seorang pengasas Stratasys, memohon paten untuk pemodelan pemendapan terlakur (FDM). Dari tahun 1980 hingga 1990, ketiga-tiga teknologi utama percetakan 3D telah dipatenkan, menandakan permulaan tempoh perkembangan pesat dalam industri ini.

Di Eropah, EOS GmbH telah mencipta sistem reka bentuk untuk percetakan 3D: sistem Stereos. Hari ini, model cetakan 3Dnya dalam sektor perindustrian digunakan di seluruh dunia untuk teknologi percetakan 3D SLS (Selective Laser Sintering) untuk plastik dan logam yang diiktiraf dalam.

Pada tahun 1992, paten teknologi percetakan 3D FDM (Fused Deposition Modeling) telah dibenarkan oleh Stratasys, yang membangunkan pencetak 3D untuk memenuhi keperluan berbeza ramai profesional dan individu.

Dari tahun 1993 hingga 1999, pelbagai teknologi muncul dalam industri percetakan 3D. Pada masa yang sama, semakin banyak perisian CAD baharu dan perisian pemodelan 3D telah dibangunkan, contohnya, Sanders Prototype (kini dipanggil Solidscape) yang merupakan salah satu peserta pertama yang dicipta.

Aplikasi berbilang bidang percetakan 3D

Pada tahun 2008, prostetik cetakan 3D pertama muncul, yang seterusnya meningkatkan bahagian percetakan 3D dalam media. Orang ramai mendapati bahawa percetakan 3D bukan sahaja boleh mencetak bahagian tradisional tetapi juga boleh digunakan untuk pembaikan badan manusia. Projek percetakan 3D perubatan yang menakjubkan ini menggabungkan semua bahagian anggota biologi dan boleh dicetak "sebagaimana adanya" tanpa sebarang pemasangan berikutnya. Hari ini, digabungkan dengan pengimbasan 3D, prostesis perubatan cetakan 3D, dan ortotik semakin murah dan pantas untuk memenuhi keperluan pesakit. Selain itu, prostesis ini semakin dioptimumkan dan disesuaikan dengan morfologi pesakit. Percetakan 3D membawa peluang baharu untuk pemperibadian besar-besaran. (tambah gambar)

Tahun 2009 merupakan tahun paten FDM memasuki bidang penggunaan besar-besaran, yang membuka laluan baharu untuk inovasi meluas pencetak 3D FDM. Apabila harga pencetak 3D desktop menurun, semakin ramai orang dapat memberi perhatian kepada perkembangan industri percetakan 3D.

Pada tahun 2013, Presiden AS Barack Obama menyebut percetakan 3D dalam ucapan State of the Union beliau sebagai mod pengeluaran utama masa depan, menjadikan "percetakan 3D" sebagai kata kunci mutlak. Kini, kedudukannya dalam minda orang ramai sangat menonjol. Semakin banyak syarikat kecil dan sederhana memanfaatkan prototaip kos rendah yang disediakan oleh percetakan 3D, mengintegrasikannya sepenuhnya ke dalam proses lelaran, inovasi dan pengeluaran mereka.

Kereta konsep percetakan 3D

Dari segi aplikasi pembinaan, rumah bercetak 3D kini menjadi kenyataan. Orang ramai berpindah ke rumah bercetak 3D buat kali pertama pada tahun 2018. Rumah ini mempunyai keluasan 1022 kaki persegi, yang sangat sesuai untuk didiami. Ia mengambil masa selama dua hari untuk dicetak.

Sistem pengelasan percetakan 3D berdasarkan persamaan dan perbezaan antara pembuatan dan percetakan 3D

Ambil bola yang berongga sebagai contoh. Terdapat lebih daripada sedozen bunga di permukaannya. Jika ia diproses dengan pemesinan tradisional, ia akan menjadi sangat menyusahkan, dan coraknya mesti diubah suai satu persatu. Dan jika anda memilih percetakan 3D, tiada pembaziran bahan, jadi ia juga mempunyai nama yang dipanggil pembuatan tambahan, yang bermaksud kaedah pengumpulan bahan secara beransur-ansur digunakan untuk mengeluarkan bahagian fizikal. Kaedah tradisional adalah untuk membuat embrio terlebih dahulu, kemudian membuang bahan berlebihan, dan bahan yang tinggal adalah bentuk yang diperlukan. Jika masalah dikesan, perlu membuka acuan dan mengubah suainya; manakala percetakan 3D menggunakan pengumpulan bahan sedikit demi sedikit, anda boleh melihat produk siap dengan cepat.

Realisasi teknologi percetakan 3D

Teknologi percetakan 3D digunakan dalam pengeluaran perindustrian. Apa yang perlu digunakan oleh percetakan 3D bukanlah objek fizikal, tetapi model digital. Jika anda ingin mencetak objek sebenar di hadapan anda secara 3D, maka anda mesti menggunakan komputer untuk memodelkannya, atau menggunakan pengimbas 3D untuk mendigitalkan objek sebenar, iaitu model 3D, dan anda boleh mencetaknya dalam masa lima belas minit sahaja. Pada masa ini, teknologi percetakan 3D dibahagikan kepada empat kategori utama: FDM, DLP/SLA, dan SLS.

SLS-- proses pengacuan sintering laser

SLS ialah serbuk berteknologi tinggi yang cair di bawah keadaan penyinaran laser pada suhu tinggi. Sebarkan lapisan serbuk nipis di atas meja kerja, dan imbas keratan rentas lapisan dengan pancaran laser untuk meningkatkan suhu ke takat lebur, supaya dapat merealisasikan pensinteran dan pengikatan, ulangi penyebaran serbuk, pensinteran, pengisaran, dan pengeringan sehingga model terbentuk. Malah, percetakan 3D ialah percetakan 2D berulang kali. Jika anda menghiris objek dengan sangat nipis, anda akan mendapati bahawa setiap bahagian mempunyai bentuk. Jika anda menggabungkan semua bentuk, anda akan mendapat objek struktur tiga dimensi. Jadi kami menggunakan laser untuk melukis grafik. Rintangan bahagian yang dibentuk SLS terhadap persekitaran (suhu, kelembapan, dan kakisan kimia) adalah serupa dengan bahan termoplastik; manakala rintangan bahagian yang dibentuk SLA agak lemah, contohnya, bahan kerja SLA yang dibentuk dengan resin epoksi mudah terdedah kepada kelembapan dan bahan kimia. Kakisan, ia akan melembutkan dan melengkung dalam persekitaran melebihi 38°C, tetapi ketepatan pembentukannya tinggi.

SLA --proses pengacuan stereolitografi

SLA ialah teknologi pengawetan cahaya, yang agak maju di China pada masa ini. "Stereolitografi" ialah apabila pancaran laser menggariskan bentuk lapisan pertama objek pada permukaan resin cecair, dan kemudian platform pengeluaran diturunkan pada jarak tertentu (antara 0.05-0.025mm), dan kemudian lapisan yang telah dipejalkan direndam dalam resin cecair, dan sebagainya. Resin yang digunakan ialah resin fotosensitif, yang akan membentuk keadaan pepejal selepas disinari oleh pancaran laser, dan model pembentukannya pantas dan tepat.

DLP-- proses pengacuan stereolitografi

Pemprosesan cahaya digital DLP, yang dikenali sebagai teknologi pembentukan laser. Teknologi percetakan 3D DLP mempunyai banyak persamaan dengan teknologi percetakan 3D SLA. Jika pengeluaran diibaratkan seperti melukis bulatan dengan pensel, maka teknologi SLA bersamaan dengan melukis lapisan demi lapisan, manakala DLP bersamaan dengan mengecap secara langsung. Pengeluaran besar-besaran yang kami usahakan mempunyai dua perkara yang sangat penting, satu ialah kecekapan, dan satu lagi ialah kos bahan. Terdapat pencetak 3D yang boleh mencetak ratusan kali lebih pantas daripada pembuatan tradisional, iaitu teknologi bersemuka, yang telah dibangunkan oleh sebuah syarikat di Shenzhen, Light Prism Technology. Ia mengambil masa 2-5 jam untuk mencetak bola berongga dengan percetakan 3D FDM tradisional, dan ia mengambil masa sejam paling pantas, tetapi hanya mengambil masa kira-kira 10 minit untuk mencetak dengan teknologi bersemuka terkini. Kelajuan percetakan adalah menakjubkan. Sebaik sahaja percetakan 3D ini berada di pasaran, kesannya terhadap kraf tradisional masih hebat.

FDM --Proses Pengacuan Pemendapan Berlakur

Berbanding dengan teknologi DLP dan SLS, teknologi FDM agak mudah, jadi ia mempunyai khalayak yang besar dan lebih mudah untuk memasuki keluarga. Prototaip dibina terus daripada data CAD 3D dengan menggunakan bahan termoplastik untuk diekstrusi menjadi filamen separa cair, yang dimendapkan secara lapisan demi lapisan. Kelebihan teknologi FDM ialah struktur mekanikal yang mudah, reka bentuk yang mudah, kos pengeluaran yang rendah, kos penyelenggaraan dan kos bahan, dan tiada pencemaran kepada alam sekitar. Oleh itu, FDM juga merupakan teknologi yang paling banyak digunakan dalam pencetak 3D desktop isi rumah. Ia merupakan kaedah percetakan yang agak tradisional, yang tidak menggunakan laser dan mempunyai kos yang rendah, tetapi ketepatannya tidak tinggi dan kelajuan percetakan sangat perlahan. Ini adalah kaedah yang paling mudah diakses oleh semua orang, dan ia biasanya digunakan dalam pasaran pendidikan.

Kesan Percetakan 3D terhadap Pembuatan dan Ketukangan Tradisional

Kelebihan percetakan 3D

(1) Penyesuaian

Mengambil pergigian sebagai contoh, gigi setiap orang adalah berbeza, tetapi percetakan 3D boleh menyelesaikan percanggahan antara pengeluaran tersuai dan pengeluaran besar-besaran, dan menghasilkan implan, pendakap gigi, dan sebagainya yang tersuai secara besar-besaran.

(2) sampel masa nyata

Disebabkan kelajuan percetakan 3D yang pantas, pereka bentuk mereka bentuk versi produk pada waktu pagi, dan ketua boleh melihat produk siap pada waktu tengah hari, dan kemudian mereka bentuk versi lain pada jam 6 petang, dan boleh melihat produk siap pada keesokan paginya, yang mempercepatkan pembangunan produk baharu dengan ketara. Jika ia tidak terlalu rumit, percetakan 3D boleh menghasilkan produk siap dalam masa 3 jam, manakala pembuktian tradisional mengambil masa 4-6 minggu setiap kali, jadi kelajuan keseluruhan reka bentuk perindustrian juga dipertingkatkan.

(3) Tiada pencemaran

 Oleh kerana bahan mentah yang dihasilkan semuanya mesra alam, keseluruhan proses pengeluaran adalah bebas pencemaran. Tiada pencemaran gas buangan dan air buangan, dan tiada pembaziran bahan tertinggal.

(4) Pendataan

Apabila pergigian digital matang, keperluan teknikal untuk doktor akan berkurangan dengan ketara. Pesakit hanya perlu menggunakan instrumen tersebut untuk mengimbas selama dua minit di hospital, dan mereka boleh mengetahui punca dan penyelesaian semua masalah pergigian.

Di samping itu, percetakan 3D juga boleh digunakan untuk ortodontik, mencetak pendakap gigi lutsinar yang diperibadikan dan disesuaikan. Semasa pembedahan plastik, perlukah gigi bergerak ke kiri atau ke hadapan? Berapa milimeter yang perlu digerakkan? Pada masa lalu, pembedahan pergigian hanya bergantung pada pengalaman peribadi doktor, tetapi pergigian digital telah meningkatkan kestabilan pembedahan dan menurunkan ambang teknikal untuk doktor.

(5) Cepat

 Berbanding dengan proses perindustrian tradisional, percetakan 3D tidak memerlukan persediaan awal seperti tenaga kerja dan pengangkutan. Ia hanya memerlukan mesin dan bahan mentah, dan ia boleh dihasilkan dengan cepat.

(6) Automasi

 Boleh dikatakan bahawa hanya terdapat satu pencetak 3D antara imaginasi maya dan benda sebenar. Pengeluaran percetakan 3D satu kunci menjimatkan banyak kos buruh dan kesilapan manusia.