Hvordan fungerer 3D-utskrift?

En additiv produksjonsmetode er 3D-utskrift. Det er "additivt" ved at det ganske enkelt stabler og smelter sammen lag med materiale for å lage faktiske objekter i stedet for å trenge en blokk med materiale eller en form. Den kan bygge mer kompliserte geometrier enn "konvensjonelle" teknologier, er ofte rask, har billige faste installasjonskostnader og arbeider med et stadig voksende utvalg av materialer. Ingeniørsektoren gjør betydelig bruk av det, spesielt ved prototyper og utvikling av lette geometrier.

Additiv produksjon og 3D-printing

Begrepet "3D-utskrift" er ofte knyttet til produsentkultur, amatører og entusiaster, skrivebordsskrivere, tilgjengelige utskriftsteknikker som FDM og rimelige materialer som ABS og PLA. Dette skyldes delvis de rimelige skrivebordsskriverne som dukket opp fra RepRap-bevegelsen, som den originale MakerBot og Ultimaker, som bidro til demokratiseringen av 3D-utskrift og 3D-utskriftsboomen i 2009.

3D-utskriftsteknologi: Fremtiden for innovativ produksjon

3Dprintinghistorie

3D-utskriftskonseptprodukter startet på 1970-tallet. I 1981 prøvde den japanske vitenskapsmannen Dr. Kodama, som var den første som beskrev produksjonsmetoden for lag-for-lag-utskrift, 3D-utskrift og personlig skapte SLA (stereolitografi) 3D-utskriftsteknologi-lysfølsom harpiks polymerisert av ultrafiolett lys.

Noen år senere utførte også den amerikanske vitenskapsmannen Charles Hull dyptgående forskning på teknologien til SLA, og sendte inn det første patentet til SLA i 1986. Grunnla 3D Systems og ga ut sitt første kommersielle produkt, SLA-1, i 1988. (bilde under)

SLA kan sies å være den tidligst utviklede 3D-utskriftsteknologien, så når gjorde SLS (Selective Laser Sintering) og FDM (Fused Deposition Modeling) senere

I 1988 patenterte amerikanske Carl Deckard SLS-teknologi ved University of Texas, som er en annen 3D-utskriftsteknikk der en laser lokalt smelter sammen pulverpartikler for å skrive ut. Samme år søkte Scott Crump, en av grunnleggerne av Stratasys, om patent på fused deposition modeling (FDM). Fra 1980 til 1990 ble de tre hovedteknologiene for 3D-utskrift patentert, noe som markerte begynnelsen på en periode med rask utvikling i denne bransjen. .

I Europa har EOS GmbH laget et designsystem for 3D-utskrift: Stereos"-systemet. I dag brukes dets 3D-printede modeller i industrisektoren over hele verden for SLS 3D-utskriftsteknologi (Selective Laser Sintering) for plast og metaller anerkjent i.

I 1992 ble FDM (Fused Deposition Modeling) 3D-utskriftsteknologipatent autorisert av Stratasys, som utviklet 3D-skrivere for å møte de ulike behovene til mange fagfolk og enkeltpersoner.

Fra 1993 til 1999 dukket det opp ulike teknologier i 3D-utskriftsindustrien. Samtidig ble det utviklet mer og mer ny CAD-programvare, og 3D-modelleringsprogramvare, for eksempel Sanders Prototype (nå kalt Solidscape) som var en av de første deltakerne som ble laget.

3D-utskrift flerfeltsapplikasjoner

I 2008 kom den første 3D-printede protesen, som ytterligere økte andelen 3D-printing i media. Folk fant ut at 3D-utskrift ikke bare kan skrive ut tradisjonelle deler, men også brukes til reparasjon av menneskekroppen. Dette fantastiske medisinske 3D-utskriftsprosjektet kombinerer alle deler av en biologisk lem og kan skrives ut "som den er" uten etterfølgende montering. I dag, kombinert med 3D-skanning, blir 3D-printede medisinske proteser og ortoser billigere og raskere for å møte pasientenes behov. Dessuten blir disse protesene i økende grad optimalisert og tilpasset pasientens morfologi. 3D-utskrift gir nye muligheter for massetilpasning. (legg til bilde)

2009 var året da FDM-patenter kom inn i masseforbruksfeltet, noe som åpnet en ny vei for omfattende innovasjon av FDM 3D-skrivere. Etter hvert som prisen på stasjonære 3D-skrivere falt, var flere og flere mennesker i stand til å ta hensyn til utviklingen av 3D-utskriftsindustrien.

I 2013 nevnte USAs president Barack Obama 3D-utskrift i sin State of the Union-tale som fremtidens viktigste produksjonsmåte, noe som gjorde "3D-utskrift" til et absolutt buzzword. Nå er dens plass i det offentlige sinn veldig fremtredende. Flere og flere små og mellomstore bedrifter drar nytte av den rimelige prototypen som tilbys av 3D-utskrift, og integrerer den fullt ut i sine iterasjons-, innovasjons- og produksjonsprosesser.

3D-utskrift konseptbil

Når det gjelder byggeapplikasjoner, er 3D-printede hus nå en realitet. Folk flyttet inn i 3D-printede hus for første gang i 2018. Huset har et areal på 1022 kvadratmeter, noe som er veldig levelig. Det tok totalt to dager å trykke.

Klassifiseringssystemet for 3D-utskrift om likheter og forskjeller mellom produksjon og 3D-utskrift

Ta den uthulede ballen som et eksempel. Det er mer enn et dusin blomster på overflaten. Hvis det behandles ved tradisjonell maskinering, vil det være svært plagsomt, og mønstrene må modifiseres en etter en. Og velger du 3D-printing er det ingen sløsing med materiale, så den har også et navn som kalles additiv produksjon, som betyr at metoden for å gradvis akkumulere materialer brukes til å produsere fysiske deler. Den tradisjonelle metoden er å lage embryoet først, deretter fjerne overflødig materiale, og det gjenværende materialet har den nødvendige formen. Hvis et problem oppdages, er det nødvendig å åpne en form og endre den; mens 3D-printing bruker litt etter litt materialakkumulering, kan du raskt se det ferdige produktet.

Realisering av 3D-utskriftsteknologi

3D-utskriftsteknologi brukes til industriell produksjon. Det 3D-printing trenger å bruke er ikke det fysiske objektet, men den digitale modellen. Hvis du vil 3D-printe det virkelige objektet foran deg, må du bruke en datamaskin til å modellere det, eller bruke en 3D-skanner for å digitalisere det virkelige objektet, altså en 3D-modell, og du kan skrive ut ting på så lite som et kvarter. For tiden er 3D-utskriftsteknologi delt inn i fire hovedkategorier: FDM, DLP/SLA og SLS

SLS - lasersintringsstøpeprosess

SLS er et relativt høyteknologisk pulver som smelter under høye temperaturforhold med laserbestråling. Spred et lag med tynt pulver på arbeidsbenken, og skann tverrsnittet av laget med laserstrålen for å heve temperaturen til smeltepunktet, for å realisere sintring og binding, gjenta pulverspredning, sintring, sliping og tørking til modellen er dannet. Faktisk er 3D-utskrift 2D-utskrift om og om igjen. Hvis du skjærer en gjenstand veldig tynn, vil du oppdage at hver del har en form. Setter du alle figurene sammen får du et tredimensjonalt strukturobjekt. Så vi bruker lasere til å tegne grafikk. Motstanden til SLS-støpte deler mot miljøet (temperatur, fuktighet og kjemisk korrosjon) er lik den for termoplastiske materialer; mens motstanden til SLA-støpte deler er relativt dårlig, er for eksempel SLA-arbeidsstykker støpt med epoksyharpiks utsatt for fuktighet og kjemikalier. Korrosjon, det vil mykne og deformeres i et miljø over 38°C, men formingsnøyaktigheten er høy.

SLA -- Stereolitografi støpeprosess

SLA er en lysherdende teknologi, som er relativt utviklet i Kina for tiden. "Stereolitografi" er når laserstrålen skisserer objektets første lagform på overflaten av den flytende harpiksen, og deretter senkes produksjonsplattformen med en viss avstand (mellom 0,05-0,025 mm), og deretter senkes det størknede laget ned i den flytende harpiksen, og så videre. Harpiksen som brukes er en lysfølsom harpiks, som vil danne en fast tilstand etter å ha blitt bestrålt av laserstrålen, og formingsmodellen er rask og presis.

DLP - stereolitografi-støpeprosess

DLP digital lysbehandling, kjent som laserformingsteknologi. DLP 3D-utskriftsteknologi har mange likhetstrekk med SLA 3D-utskriftsteknologi. Hvis produksjon sammenlignes med å tegne en sirkel med blyant, tilsvarer SLA-teknologien å tegne lag for lag, mens DLP tilsvarer stempling direkte. Masseproduksjonen vi driver med har to svært viktige punkter, det ene er effektivitet, og det andre er materialkostnad. Det finnes en 3D-printer som kan skrive ut hundrevis av ganger raskere enn tradisjonell produksjon, det vil si ansikt-til-ansikt-teknologien, som er utviklet av et selskap i Shenzhen, Light Prism Technology. Det tar 2-5 timer å skrive ut en hul ball med tradisjonell FDM 3D-printing, og det tar en time på det raskeste, men det tar bare ca. 10 minutter å skrive ut med den nyeste ansikt-til-ansikt-teknologien. Utskriftshastigheten er fantastisk. Når denne 3D-printingen først er på markedet, er innvirkningen på tradisjonelt håndverk fortsatt stor.

FDM --Fused Deposition Molding Process

Sammenlignet med DLP- og SLS-teknologier er FDM-teknologien relativt enkel, så den har et stort publikum og er lettere å komme inn i familien. Prototypen er direkte konstruert fra 3D CAD-data ved å bruke det termoplastiske materialet som skal ekstruderes til en semi-smeltet filament, som avsettes på lag-for-lag-basis. Fordelene med FDM-teknologi er enkel mekanisk struktur, enkel design, lave produksjonskostnader, vedlikeholdskostnader og materialkostnader, og ingen forurensning til miljøet. Derfor er FDM også den mest brukte teknologien i 3D-skrivere for stasjonære husholdninger. Det er en relativt tradisjonell utskriftsmetode, som ikke bruker laser og har lave kostnader, men nøyaktigheten er ikke høy og utskriftshastigheten er veldig langsom. Dette er den mest tilgjengelige metoden for alle, og den brukes generelt i utdanningsmarkedet.

Effekten av 3D-utskrift på produksjon og tradisjonelt håndverk

Fordeler med 3D-printing

(1) Tilpasning

Ta tannbehandling som eksempel, alles tenner er forskjellige, men 3D-printing kan løse motsetningen mellom spesialtilpasset produksjon og masseproduksjon, og masseproduserer tilpassede implantater, bukseseler osv.

(2) prøve i sanntid

På grunn av den høye hastigheten til 3D-utskrift, designer designeren en versjon av produktet om morgenen, og lederen kan se det ferdige produktet ved middagstid, og designer deretter en annen versjon kl. 18.00, og kan se det ferdige produktet neste morgen, noe som i stor grad akselererer utviklingen av nye produkters hastighet. Hvis det ikke er spesielt komplisert, kan 3D-printing produsere ferdige produkter på 3 timer, mens tradisjonell korrektur tar 4-6 uker hver gang, så den generelle hastigheten på industridesign forbedres også.

(3) Ingen forurensning

 Siden råvarene som produseres alle er miljøvennlige, er hele produksjonsprosessen forurensningsfri produksjon. Det er ingen forurensning av spillgass og avløpsvann, og ingen avfall av restmaterialer.

(4) Dataisering

Når digital tannbehandling modnes, vil de tekniske kravene til leger reduseres kraftig. Pasienter trenger bare å bruke instrumentet for å skanne i to minutter på sykehuset, og de kan kjenne til årsakene og løsningene til alle tannproblemer.

I tillegg kan 3D-printing også brukes til kjeveortopedi, utskrift av personaliserte og tilpassede transparente tannregulering. Under plastisk kirurgi, skal tennene bevege seg til venstre eller fremover? Hvor mange millimeter skal du flytte? Tidligere var tannkirurgi utelukkende avhengig av legens personlige erfaring, men digital tannbehandling har økt stabiliteten i operasjonen og senket den tekniske terskelen for leger.

(5) Rask

 Sammenlignet med tradisjonelle industrielle prosesser, krever ikke 3D-printing foreløpige forberedelser som arbeidskraft og transport. Den trenger kun maskiner og råvarer, og den kan settes i produksjon raskt.

(6) Automatisering

 Det kan sies at det bare er én 3D-printer mellom den virtuelle fantasien og den ekte varen. Ennøkkelproduksjonen av 3D-utskrift sparer mange arbeidskostnader og menneskelige feil.