Impressão 3D
Como funciona a impressão 3D?
Um método de manufatura aditiva é a impressão 3D. Ela é "aditiva" no sentido de que simplesmente empilha e funde camadas de material para criar objetos reais em vez de precisar de um bloco de material ou um molde. Ela pode construir geometrias mais complicadas do que as tecnologias "convencionais", geralmente é rápida, tem custos de configuração fixos baratos e funciona com uma gama cada vez maior de materiais. O setor de engenharia faz uso substancial dela, especialmente ao prototipar e desenvolver geometrias leves.
Fabricação aditiva e impressão 3D
O termo "impressão 3D" é frequentemente associado à cultura maker, amadores e entusiastas, impressoras de mesa, técnicas de impressão acessíveis como FDM e materiais baratos como ABS e PLA. Isso se deve em parte às impressoras de mesa acessíveis que surgiram do movimento RepRap, como a MakerBot original e a Ultimaker, que contribuíram para a democratização da impressão 3D e o boom da impressão 3D em 2009.
Tecnologia de impressão 3D: o futuro da fabricação inovadora
3Dimpressãohistória
Os produtos conceituais de impressão 3D começaram na década de 1970. Em 1981, o cientista japonês Dr. Kodama, que foi o primeiro a descrever o método de fabricação de impressão camada por camada, tentou a impressão 3D e criou pessoalmente a tecnologia de impressão 3D SLA (estereolitografia) - resina fotossensível polimerizada por luz ultravioleta.
Alguns anos depois, o cientista americano Charles Hull também conduziu uma pesquisa aprofundada sobre a tecnologia de SLA e apresentou a primeira patente de SLA em 1986. Fundou a 3D Systems e lançou seu primeiro produto comercial, o SLA-1, em 1988. (imagem abaixo)
Pode-se dizer que a SLA é a primeira tecnologia de impressão 3D desenvolvida, então quando surgiu a SLS (Sinterização Seletiva a Laser) e a FDM (Modelagem por Deposição Fundida) mais tarde?
Em 1988, o americano Carl Deckard patenteou a tecnologia SLS na Universidade do Texas, que é outra técnica de impressão 3D na qual um laser funde localmente partículas de pó para imprimir. No mesmo ano, Scott Crump, um dos fundadores da Stratasys, solicitou uma patente para modelagem por deposição fundida (FDM). De 1980 a 1990, as três principais tecnologias de impressão 3D foram todas patenteadas, marcando o início de um período de rápido desenvolvimento nesta indústria.
Na Europa, a EOS GmbH criou um sistema de design para impressão 3D: o sistema "Stereo". Hoje, seus modelos impressos em 3D no setor industrial são usados em todo o mundo para a tecnologia de impressão 3D SLS (Selective Laser Sintering) para plásticos e metais reconhecida em.
Em 1992, a patente da tecnologia de impressão 3D FDM (Fused Deposition Modeling) foi autorizada pela Stratasys, que desenvolveu impressoras 3D para atender às diferentes necessidades de muitos profissionais e indivíduos.
De 1993 a 1999, várias tecnologias surgiram na indústria de impressão 3D. Ao mesmo tempo, mais e mais novos softwares CAD e softwares de modelagem 3D foram desenvolvidos, por exemplo, Sanders Prototype (agora chamado Solidscape), que foi um dos primeiros participantes criados.
Aplicações multicampo de impressão 3D
Em 2008, a primeira prótese impressa em 3D foi lançada, o que aumentou ainda mais a participação da impressão 3D na mídia. As pessoas descobriram que a impressão 3D não só pode imprimir peças tradicionais, mas também ser aplicada ao reparo do corpo humano. Este incrível projeto de impressão 3D médica combina todas as partes de um membro biológico e pode ser impresso "como está", sem nenhuma montagem subsequente. Hoje, combinadas com a digitalização 3D, as próteses médicas impressas em 3D e as órteses estão ficando mais baratas e rápidas para atender às necessidades dos pacientes. Além disso, essas próteses são cada vez mais otimizadas e adaptadas à morfologia do paciente. A impressão 3D traz novas oportunidades para personalização em massa. (adicionar imagem)
2009 foi o ano em que as patentes FDM entraram no campo do consumo de massa, o que abriu um novo caminho para a inovação extensiva de impressoras 3D FDM. À medida que o preço das impressoras 3D de mesa caiu, mais e mais pessoas puderam prestar atenção ao desenvolvimento da indústria de impressão 3D.
Em 2013, o presidente dos EUA Barack Obama mencionou a impressão 3D em seu discurso do Estado da União como o principal modo de produção do futuro, tornando a "impressão 3D" uma palavra da moda absoluta. Agora, seu lugar na mente do público é muito proeminente. Mais e mais empresas de pequeno e médio porte estão aproveitando a prototipagem de baixo custo fornecida pela impressão 3D, integrando-a totalmente em seus processos de iteração, inovação e produção.
Conceito de carro de impressão 3D
No que diz respeito a aplicações de construção, casas impressas em 3D agora são uma realidade. As pessoas se mudaram para casas impressas em 3D pela primeira vez em 2018. A casa tem uma área de 1022 pés quadrados, o que é muito habitável. Levou um total de dois dias para imprimir.
O sistema de classificação da impressão 3D sobre as semelhanças e diferenças entre a fabricação e a impressão 3D
Tome a bola oca como exemplo. Há mais de uma dúzia de flores na superfície. Se for processado por usinagem tradicional, será muito problemático, e os padrões devem ser modificados um por um. E se você escolher a impressão 3D, não há desperdício de material, então também tem um nome chamado manufatura aditiva, o que significa que o método de acumulação gradual de materiais é usado para fabricar peças físicas. O método tradicional é fazer o embrião primeiro, depois remover o excesso de material, e o material restante é o formato necessário. Se um problema for detectado, é necessário abrir um molde e modificá-lo; enquanto a impressão 3D usa pouco a pouco o acúmulo de material, você pode ver rapidamente o produto acabado.
Realização da tecnologia de impressão 3D
A tecnologia de impressão 3D é aplicada à produção industrial. O que a impressão 3D precisa usar não é o objeto físico, mas o modelo digital. Se você quiser imprimir em 3D o objeto real na sua frente, então você deve usar um computador para modelá-lo, ou usar um scanner 3D para digitalizar o objeto real, ou seja, um modelo 3D, e você pode imprimir coisas em apenas quinze minutos. Atualmente, a tecnologia de impressão 3D é dividida em quatro categorias principais: FDM, DLP/SLA e SLS
SLS-- processo de moldagem por sinterização a laser
SLS é um pó de tecnologia relativamente alta que derrete sob condições de alta temperatura de irradiação a laser. Espalhe uma camada de pó fino na bancada e escaneie a seção transversal da camada com o feixe de laser para elevar a temperatura até o ponto de fusão, de modo a realizar a sinterização e a colagem, repita o espalhamento do pó, a sinterização, a moagem e a secagem até que o modelo seja formado. Na verdade, a impressão 3D é impressão 2D repetidamente. Se você fatiar um objeto muito fino, verá que cada pedaço tem uma forma. Se você juntar todas as formas, obterá um objeto de estrutura tridimensional. Então usamos lasers para desenhar gráficos. A resistência das peças moldadas em SLS ao ambiente (temperatura, umidade e corrosão química) é semelhante à dos materiais termoplásticos; enquanto a resistência das peças moldadas em SLA é relativamente baixa, por exemplo, as peças de trabalho em SLA moldadas com resina epóxi são suscetíveis à umidade e aos produtos químicos. Corrosão, ele amolece e deforma em um ambiente acima de 38°C, mas a precisão de conformação é alta.
SLA - processo de moldagem por estereolitografia
SLA é uma tecnologia de fotopolimerização, que é relativamente desenvolvida na China atualmente. "Estereolitografia" é quando o feixe de laser delineia o formato da primeira camada do objeto na superfície da resina líquida, e então a plataforma de produção é abaixada por uma certa distância (entre 0,05-0,025 mm), e então a camada solidificada é imersa na resina líquida, e assim por diante. A resina usada é uma resina fotossensível, que formará um estado sólido após ser irradiada pelo feixe de laser, e o modelo de formação é rápido e preciso.
DLP-- processo de moldagem por estereolitografia
Processamento de luz digital DLP, conhecido como tecnologia de modelagem a laser. A tecnologia de impressão 3D DLP tem muitas semelhanças com a tecnologia de impressão 3D SLA. Se a produção for comparada a desenhar um círculo com um lápis, então a tecnologia SLA é equivalente a desenhar camada por camada, enquanto DLP é equivalente a estampar diretamente. A produção em massa que estamos buscando tem dois pontos muito importantes, um é a eficiência e o outro é o custo do material. Existe uma impressora 3D que pode imprimir centenas de vezes mais rápido do que a fabricação tradicional, ou seja, a tecnologia face a face, que foi desenvolvida por uma empresa em Shenzhen, Light Prism Technology. Leva de 2 a 5 horas para imprimir uma bola oca com a impressão 3D FDM tradicional, e leva uma hora no máximo, mas leva apenas cerca de 10 minutos para imprimir com a mais recente tecnologia face a face. A velocidade de impressão é incrível. Uma vez que esta impressão 3D esteja no mercado, o impacto no artesanato tradicional ainda é grande.
FDM -- Processo de moldagem por deposição fundida
Comparada com as tecnologias DLP e SLS, a tecnologia FDM é relativamente simples, por isso tem um grande público e é mais fácil de entrar na família. O protótipo é construído diretamente a partir dos dados CAD 3D usando o material termoplástico a ser extrudado em um filamento semifundido, que é depositado camada por camada. As vantagens da tecnologia FDM são estrutura mecânica simples, design fácil, baixo custo de fabricação, custo de manutenção e custo de material, e nenhuma poluição ao meio ambiente. Portanto, a FDM também é a tecnologia mais amplamente usada em impressoras 3D de mesa domésticas. É um método de impressão relativamente tradicional, que não usa laser e tem baixo custo, mas a precisão não é alta e a velocidade de impressão é muito lenta. Este é o método mais acessível para todos e é geralmente usado no mercado educacional.
O impacto da impressão 3D na fabricação e no artesanato tradicional
Vantagens da impressão 3D
(1) Personalização
Tomando a odontologia como exemplo, os dentes de cada pessoa são diferentes, mas a impressão 3D pode resolver a contradição entre a produção personalizada e a produção em massa, e a produção em massa de implantes, aparelhos ortodônticos, etc. personalizados.
(2) amostra em tempo real
Devido à velocidade rápida da impressão 3D, o designer projeta uma versão do produto pela manhã, e o líder pode ver o produto finalizado ao meio-dia, e então projeta outra versão às 18h, e pode ver o produto finalizado na manhã seguinte, o que acelera muito o desenvolvimento da velocidade de novos produtos. Se não for particularmente complicado, a impressão 3D pode produzir produtos finalizados em 3 horas, enquanto a prova tradicional leva de 4 a 6 semanas cada vez, então a velocidade geral do design industrial também é melhorada.
(3) Sem poluição
Como as matérias-primas produzidas são todas ecologicamente corretas, todo o processo de produção é uma produção livre de poluição. Não há poluição de gás residual e água residual, e nenhum desperdício de materiais restantes.
(4) Dataização
Quando a odontologia digital amadurecer, os requisitos técnicos para médicos serão muito reduzidos. Os pacientes só precisam usar o instrumento para escanear por dois minutos no hospital, e eles podem saber as causas e soluções de todos os problemas dentários.
Além disso, a impressão 3D também pode ser usada para ortodontia, imprimindo aparelhos transparentes personalizados e customizados. Durante a cirurgia plástica, os dentes devem se mover para a esquerda ou para a frente? Quantos milímetros mover? No passado, a cirurgia odontológica dependia apenas da experiência pessoal do médico, mas a odontologia digital aumentou a estabilidade da operação e reduziu o limite técnico para os médicos.
(5) Rápido
Comparada com processos industriais tradicionais, a impressão 3D não requer preparações preliminares como mão de obra e transporte. Ela só precisa de máquinas e matérias-primas, e pode ser colocada em produção rapidamente.
(6) Automação
Pode-se dizer que há apenas uma impressora 3D entre a imaginação virtual e a coisa real. A produção de uma tecla da impressão 3D economiza muitos custos de mão de obra e erros humanos.