Как работает 3D-печать?

Одним из методов аддитивного производства является 3D-печать. Он является «аддитивным» в том смысле, что просто складывает и соединяет слои материала для создания реальных объектов вместо использования блока материала или формы. С его помощью можно создавать более сложные геометрические конструкции, чем с помощью «традиционных» технологий, зачастую он работает быстро, требует недорогих фиксированных затрат на установку и работает с постоянно растущим диапазоном материалов. В машиностроительном секторе он широко используется, особенно при создании прототипов и разработке облегченных геометрических форм.

Аддитивное производство и 3D-печать

Термин «3D-печать» часто ассоциируется с культурой производителей, любителями и энтузиастами, настольными принтерами, доступными методами печати, такими как FDM, и недорогими материалами, такими как ABS и PLA. Частично это связано с доступными настольными принтерами, появившимися в результате движения RepRap, такими как оригинальные MakerBot и Ultimaker, которые способствовали демократизации 3D-печати и буму 3D-печати в 2009 году.

Технология 3D-печати: будущее инновационного производства

История 3D-печати

Концептуальные продукты 3D-печати появились в 1970-х годах. В 1981 году японский учёный доктор Кодама, который первым описал метод изготовления послойной печати, попробовал 3D-печать и лично создал технологию 3D-печати SLA (стереолитография) — светочувствительную смолу, полимеризуемую ультрафиолетовым светом.

Несколько лет спустя американский ученый Чарльз Халл также провел углубленное исследование технологии SLA и в 1986 году подал первый патент на SLA. Основал компанию 3D Systems и выпустил свой первый коммерческий продукт, SLA-1, в 1988 году. ( картинку ниже)

Можно сказать, что SLA является самой ранней разработанной технологией 3D-печати, поэтому когда позже появились SLS (селективное лазерное спекание) и FDM (моделирование наплавлением)

В 1988 году американец Карл Декард в Техасском университете запатентовал технологию SLS, которая представляет собой еще один метод 3D-печати, при котором лазер локально сплавляет частицы порошка вместе для печати. В том же году Скотт Крамп, один из основателей Stratasys, подал заявку на патент на моделирование методом наплавления (FDM). С 1980 по 1990 год все три основные технологии 3D-печати были запатентованы, что положило начало периоду быстрого развития этой отрасли. .

В Европе компания EOS GmbH создала систему проектирования для 3D-печати: систему «Стереос». Сегодня ее 3D-модели, напечатанные в промышленном секторе, используются во всем мире для признанной технологии 3D-печати SLS (селективное лазерное спекание) для пластмасс и металлов.

В 1992 году патент на технологию 3D-печати FDM (моделирование плавлением) был одобрен компанией Stratasys, которая разработала 3D-принтеры для удовлетворения различных потребностей многих профессионалов и частных лиц.

С 1993 по 1999 год в индустрии 3D-печати появились различные технологии. В то же время разрабатывалось все больше и больше нового программного обеспечения САПР и программного обеспечения для 3D-моделирования, например, Sanders Prototype (теперь называемого Solidscape), который был создан одним из первых участников.

Многопрофильные приложения 3D-печати

В 2008 году появился первый протез, напечатанный на 3D-принтере, что еще больше увеличило долю 3D-печати в средствах массовой информации. Люди обнаружили, что 3D-печать может не только печатать традиционные детали, но и применяться для ремонта человеческого тела. Этот удивительный проект медицинской 3D-печати объединяет все части биологической конечности и может быть напечатан «как есть» без какой-либо последующей сборки. Сегодня в сочетании с 3D-сканированием медицинские протезы и ортопедические изделия, напечатанные на 3D-принтере, становятся дешевле и быстрее, чтобы удовлетворить потребности пациентов. Более того, эти протезы все больше оптимизируются и адаптируются к морфологии пациента. 3D-печать открывает новые возможности для массовой персонализации. (добавь картинку)

2009 год стал годом, когда патенты FDM вошли в сферу массового потребления, что открыло новый путь для обширных инноваций в области 3D-принтеров FDM. Поскольку цены на настольные 3D-принтеры упали, все больше и больше людей смогли обратить внимание на развитие индустрии 3D-печати.

В 2013 году президент США Барак Обама в своем обращении к нации назвал 3D-печать основным способом производства будущего, сделав «3D-печать» абсолютным модным словечком. Сейчас его место в общественном сознании очень заметно. Все больше и больше малых и средних компаний используют преимущества недорогого прототипирования, обеспечиваемого 3D-печатью, полностью интегрируя его в свои итерационные, инновационные и производственные процессы.

Концепт-кар, напечатанный на 3D-принтере

Что касается строительных применений, 3D-печатные дома теперь стали реальностью. Люди впервые переехали в дома, напечатанные на 3D-принтере, в 2018 году. Площадь дома составляет 1022 квадратных фута, что очень удобно для жизни. На печать ушло в общей сложности два дня.

Система классификации 3D-печати по сходствам и различиям производства и 3D-печати.

Возьмем, к примеру, выдолбленный шар. На поверхности более десятка цветов. Если он будет обработан традиционной механической обработкой, это будет очень хлопотно, и шаблоны придется модифицировать один за другим. А если вы выберете 3D-печать, отходов материала не будет, поэтому ее также называют аддитивным производством, что означает, что для изготовления физических деталей используется метод постепенного накопления материалов. Традиционный метод заключается в том, чтобы сначала сделать эмбрион, затем удалить лишний материал, а оставшемуся материалу придать необходимую форму. При обнаружении проблемы необходимо открыть форму и доработать ее; В то время как 3D-печать требует постепенного накопления материала, вы можете быстро увидеть готовый продукт.

реализация технологии 3D-печати

Технология 3D-печати применяется в промышленном производстве. Для 3D-печати необходимо использовать не физический объект, а цифровую модель. Если вы хотите напечатать реальный объект, находящийся перед вами, в 3D, вам необходимо использовать компьютер для его моделирования или использовать 3D-сканер для оцифровки реального объекта, то есть 3D-модели, и вы можете распечатать вещи в том виде, в каком они есть. чуть больше пятнадцати минут. В настоящее время технологии 3D-печати разделены на четыре основные категории: FDM, DLP/SLA и SLS.

SLS — процесс лазерного спекания.

SLS — относительно высокотехнологичный порошок, плавящийся в условиях высокотемпературного лазерного облучения. Нанесите слой тонкого порошка на верстак и просканируйте поперечное сечение слоя лазерным лучом, чтобы поднять температуру до точки плавления, чтобы осуществить спекание и склеивание, повторите нанесение порошка, спекание, шлифовку и сушку. пока модель не будет сформирована. По сути, 3D-печать — это снова и снова 2D-печать. Если вы нарежете объект очень тонко, вы обнаружите, что каждый кусочек имеет форму. Если соединить все фигуры вместе, получится объект трехмерной структуры. Поэтому мы используем лазеры для рисования графики. Устойчивость формованных деталей SLS к окружающей среде (температуре, влажности и химической коррозии) аналогична устойчивости термопластических материалов; в то время как стойкость формованных деталей SLA относительно низкая, например, детали SLA, отлитые из эпоксидной смолы, чувствительны к влаге и химикатам. Коррозия, он размягчается и деформируется при температуре выше 38°C, но точность формовки высокая.

SLA – процесс формования стереолитографии.

SLA — это технология светоотверждения, которая в настоящее время относительно развита в Китае. «Стереолитография» — это когда лазерный луч обрисовывает форму первого слоя объекта на поверхности жидкой смолы, затем производственная платформа опускается на определенное расстояние (между 0,05-0,025 мм), а затем погружается затвердевший слой. в жидкой смоле и так далее. Используемая смола представляет собой светочувствительную смолу, которая после облучения лазерным лучом образует твердое состояние, а формирование модели происходит быстро и точно.

DLP — процесс формования стереолитографии.

Цифровая обработка света DLP, известная как технология лазерного формирования. Технология 3D-печати DLP во многом схожа с технологией 3D-печати SLA. Если производство уподобить рисованию карандашом круга, то технология SLA эквивалентна рисованию слой за слоем, а DLP — непосредственно штамповке. Массовое производство, к которому мы стремимся, имеет два очень важных момента: один — эффективность, а другой — материальные затраты. Существует 3D-принтер, который может печатать в сотни раз быстрее, чем традиционное производство, то есть технология «лицом к лицу», разработанная компанией в Шэньчжэне Light Prism Technology. Печать полого шара с помощью традиционной 3D-печати FDM занимает 2–5 часов, самое быстрое время — час, а печать с использованием новейшей технологии «лицом к лицу» занимает всего около 10 минут. Скорость печати потрясающая. Как только эта 3D-печать появится на рынке, влияние на традиционные ремесла по-прежнему будет огромным.

FDM - Процесс литья методом наплавления

По сравнению с технологиями DLP и SLS, технология FDM относительно проста, поэтому имеет большую аудиторию и ее легче войти в семью. Прототип создается непосредственно на основе данных 3D CAD с использованием термопластического материала, который экструдируется в полурасплавленную нить, которая наносится слой за слоем. Преимуществами технологии FDM являются простая механическая конструкция, простота конструкции, низкие производственные затраты, затраты на техническое обслуживание и стоимость материалов, а также отсутствие загрязнения окружающей среды. Таким образом, FDM также является наиболее широко используемой технологией в бытовых настольных 3D-принтерах. Это относительно традиционный метод печати, в котором не используется лазер и он имеет низкую стоимость, но точность невысокая, а скорость печати очень низкая. Это наиболее доступный для всех метод, и он обычно используется на рынке образования.

Влияние 3D-печати на производство и традиционное мастерство

Преимущества 3D-печати

(1) Настройка

Если взять в качестве примера стоматологию, то зубы у всех разные, но 3D-печать может решить противоречие между индивидуальным производством и массовым производством, а массовое производство индивидуальных имплантатов, брекетов и т. д.

(2) выборка в режиме реального времени

Из-за высокой скорости 3D-печати дизайнер проектирует версию продукта утром, а руководитель может увидеть готовый продукт в полдень, а затем разработать еще одну версию в 18:00 и увидеть готовый продукт на следующее утро. , что значительно ускоряет разработку новых продуктов. Если это не особо сложно, 3D-печать позволяет производить готовую продукцию за 3 часа, в то время как традиционная проверка каждый раз занимает 4-6 недель, поэтому общая скорость промышленного дизайна также улучшается.

(3) Отсутствие загрязнения

Поскольку все производимое сырье является экологически чистым, весь производственный процесс является экологически чистым. Нет загрязнения отходящих газов и сточных вод, а также отходов остатков материалов.

(4) Датаизация

Когда цифровая стоматология станет зрелой, технические требования к врачам значительно снизятся. Пациентам достаточно использовать этот инструмент для сканирования в течение двух минут в больнице, и они смогут узнать причины и способы решения всех стоматологических проблем.

Кроме того, 3D-печать также можно использовать в ортодонтии, печатая персонализированные и индивидуальные прозрачные брекеты. Во время пластической операции зубы должны двигаться влево или вперед? На сколько миллиметров двигаться? Раньше стоматологическая хирургия полагалась исключительно на личный опыт врача, но цифровая стоматология повысила стабильность операции и снизила технический порог для врачей.

(5) Быстро

По сравнению с традиционными промышленными процессами 3D-печать не требует предварительной подготовки, такой как рабочая сила и транспорт. Для этого нужны только машины и сырье, и их можно быстро запустить в производство.

(6) Автоматизация

Можно сказать, что между виртуальным воображением и реальной вещью есть только один 3D-принтер. Производство 3D-печати одним ключом позволяет сэкономить много трудозатрат и избежать человеческих ошибок.