Paano gumagana ang 3D printing?

Ang isang additive na paraan ng pagmamanupaktura ay 3D printing. Ito ay "additive" dahil sa simpleng pagsasalansan at pagsasanib ng mga layer ng materyal upang lumikha ng aktwal na mga bagay sa halip na nangangailangan ng isang bloke ng materyal o isang amag. Maaari itong bumuo ng mas kumplikadong mga geometries kaysa sa "konventional" na mga teknolohiya, kadalasang mabilis, may murang mga fixed setup na gastos, at gumagana sa patuloy na lumalagong hanay ng mga materyales. Ginagamit ito ng sektor ng engineering, lalo na kapag nagpo-prototyp at bumubuo ng magaan na geometries.

Additive manufacturing at 3D printing

Ang terminong "3D printing" ay madalas na naka-link sa maker culture, amateurs at enthusiasts, desktop printer, accessible printing techniques gaya ng FDM, at murang materyales gaya ng ABS at PLA. Ito ay bahagyang dahil sa abot-kayang mga desktop printer na lumitaw mula sa kilusang RepRap, tulad ng orihinal na MakerBot at Ultimaker, na nag-ambag sa demokratisasyon ng 3D printing at ang 2009 3D printing boom.

3D Printing Technology: Ang Kinabukasan ng Makabagong Paggawa

3Dpaglilimbagkasaysayan

Nagsimula ang mga produkto ng konsepto ng 3D printing noong 1970s. Noong 1981, sinubukan ng Japanese scientist na si Dr. Kodama, na siyang unang naglalarawan ng layer-by-layer na paraan ng pagmamanupaktura ng pag-print, ang 3D printing, at personal na nilikha ang SLA (stereolithography) 3D printing technology-photosensitive resin polymerized by ultraviolet light.

Pagkalipas ng ilang taon, nagsagawa din ang Amerikanong siyentipiko na si Charles Hull ng malalim na pananaliksik sa teknolohiya ng SLA, at nagsumite ng unang patent ng SLA noong 1986. Itinatag ang 3D Systems at inilabas ang kanilang unang komersyal na produkto, ang SLA-1, noong 1988. (larawan sa ibaba)

Ang SLA ay masasabing pinakamaagang binuong 3D printing technology, kaya kailan ginawa ang SLS (Selective Laser Sintering) at FDM (Fused Deposition Modeling) mamaya

Noong 1988, pina-patent ng American Carl Deckard ang teknolohiya ng SLS sa University of Texas, na isa pang 3D printing technique kung saan lokal na pinagsasama ng laser ang mga particle ng pulbos upang mag-print . Sa parehong taon, si Scott Crump, isa sa mga tagapagtatag ng Stratasys, ay nag-aplay para sa isang patent para sa fused deposition modeling (FDM). Mula 1980 hanggang 1990, ang tatlong pangunahing teknolohiya ng 3D printing ay patented lahat, na minarkahan ang simula ng isang panahon ng mabilis na pag-unlad sa industriyang ito. .

Sa Europe, ang EOS GmbH ay lumikha ng isang sistema ng disenyo para sa 3D printing: ang Stereos" system. Ngayon, ang mga 3D printed na modelo nito sa sektor ng industriya ay ginagamit sa buong mundo para sa SLS 3D printing technology (Selective Laser Sintering) para sa mga plastik at metal na kinikilala sa.

Noong 1992, ang FDM (Fused Deposition Modeling) 3D printing technology patent ay pinahintulutan ng Stratasys, na bumuo ng mga 3D printer upang matugunan ang iba't ibang pangangailangan ng maraming propesyonal at indibidwal.

Mula 1993 hanggang 1999, lumitaw ang iba't ibang mga teknolohiya sa industriya ng 3D printing. Kasabay nito, parami nang parami ang bagong CAD software, at 3D modeling software ang binuo, halimbawa, Sanders Prototype (tinatawag na ngayon na Solidscape) na isa sa mga unang kalahok na nilikha.

3D printing multi-field application

Noong 2008, lumabas ang unang 3D-printed na prosthetic, na higit na nagpapataas ng bahagi ng 3D printing sa media. Nalaman ng mga tao na ang 3D printing ay hindi lamang makakapag-print ng mga tradisyonal na bahagi ngunit mailalapat din sa pag-aayos ng katawan ng tao. Pinagsasama ng kamangha-manghang proyektong ito ng medikal na 3D printing ang lahat ng bahagi ng isang biological limb at maaaring i-print "as is" nang walang anumang kasunod na pagpupulong. Ngayon, kasama ang 3D scanning, 3D printed medical prostheses, at orthotics ay nagiging mas mura at mas mabilis upang matugunan ang mga pangangailangan ng mga pasyente. Bukod dito, ang mga prostheses na ito ay lalong na-optimize at inangkop sa morpolohiya ng pasyente. Ang 3D printing ay nagdudulot ng mga bagong pagkakataon para sa mass personalization. (magdagdag ng larawan)

Ang 2009 ay ang taon na ang mga patent ng FDM ay pumasok sa larangan ng mass consumption, na nagbukas ng isang bagong landas para sa malawak na pagbabago ng mga FDM 3D printer. Habang bumaba ang presyo ng mga desktop 3D printer, parami nang parami ang nakapagbigay-pansin sa pag-unlad ng industriya ng 3D printing.

Noong 2013, binanggit ni US President Barack Obama ang 3D printing sa kanyang State of the Union address bilang pangunahing paraan ng produksyon ng hinaharap, na ginagawang ganap na buzzword ang "3D printing." Ngayon, ang lugar nito sa isip ng publiko ay napaka-prominente. Parami nang parami ang maliliit at katamtamang laki ng mga kumpanya ang sinasamantala ang murang prototyping na ibinigay ng 3D printing, na ganap na isinasama ito sa kanilang pag-ulit, pagbabago at mga proseso ng produksyon.

3D printing concept car

Sa abot ng mga aplikasyon sa pagtatayo, ang mga 3D printed na bahay ay isang katotohanan na ngayon. Lumipat ang mga tao sa mga 3D printed na bahay sa unang pagkakataon noong 2018. Ang bahay ay may sukat na 1022 square feet, na napaka-tirahan. Inabot ng kabuuang dalawang araw ang pag-print.

Ang sistema ng pag-uuri ng 3D printing sa mga pagkakatulad at pagkakaiba sa pagitan ng pagmamanupaktura at 3D printing

Kunin ang hungkag na bola bilang isang halimbawa. Mayroong higit sa isang dosenang mga bulaklak sa ibabaw. Kung ito ay pinoproseso ng tradisyunal na machining, ito ay magiging lubhang mahirap, at ang mga pattern ay dapat na baguhin nang paisa-isa. At kung pipiliin mo ang 3D printing, walang basura ng materyal, kaya mayroon din itong pangalan na tinatawag na additive manufacturing, na nangangahulugan na ang paraan ng unti-unting pag-iipon ng mga materyales ay ginagamit sa paggawa ng mga pisikal na bahagi. Ang tradisyonal na pamamaraan ay gawin muna ang embryo, pagkatapos ay alisin ang labis na materyal, at ang natitirang materyal ay ang kinakailangang hugis. Kung ang isang problema ay nakita, ito ay kinakailangan upang buksan ang isang amag at baguhin ito; habang ang 3D printing ay gumagamit ng unti-unting pagtitipon ng materyal, mabilis mong makikita ang tapos na produkto.

3D printing technology realization

Ang 3D printing technology ay inilalapat sa pang-industriyang produksyon. Ang kailangang gamitin ng 3D printing ay hindi ang pisikal na bagay, ngunit ang digital na modelo. Kung gusto mong i-print ng 3D ang totoong bagay sa harap mo, dapat kang gumamit ng computer para i-modelo ito, o gumamit ng 3D scanner para i-digitize ang totoong bagay, iyon ay, isang 3D na modelo, at maaari kang mag-print ng mga bagay sa loob ng labinlimang minuto. Sa kasalukuyan, ang 3D printing technology ay nahahati sa apat na pangunahing kategorya: FDM, DLP/SLA, at SLS

SLS-- proseso ng paghubog ng laser sintering

Ang SLS ay isang medyo high-tech na powder na natutunaw sa ilalim ng mataas na temperatura na mga kondisyon ng laser irradiation. Ikalat ang isang layer ng manipis na pulbos sa workbench, at i-scan ang cross-section ng layer gamit ang laser beam upang itaas ang temperatura sa punto ng pagkatunaw, upang mapagtanto ang sintering at bonding, ulitin ang pagkalat ng powder, sintering, paggiling, at pagpapatuyo hanggang sa mabuo ang modelo. Sa katunayan, ang 3D printing ay 2D printing nang paulit-ulit. Kung hinihiwa mo ang isang bagay na napakanipis, makikita mo na ang bawat piraso ay may hugis. Kung pinagsama mo ang lahat ng mga hugis, makakakuha ka ng isang three-dimensional na structure object. Kaya gumagamit kami ng mga laser upang gumuhit ng mga graphics. Ang paglaban ng SLS molded parts sa kapaligiran (temperatura, halumigmig, at kemikal na kaagnasan) ay katulad ng mga thermoplastic na materyales; habang ang resistensya ng SLA molded parts ay medyo mahina, halimbawa, SLA workpieces molded with epoxy resin ay madaling kapitan sa moisture at mga kemikal. Ang kaagnasan, ito ay lumalambot at mag-warp sa isang kapaligiran na higit sa 38°C, ngunit ang katumpakan ng pagbuo ay mataas.

SLA --stereolithography molding process

Ang SLA ay isang light-curing na teknolohiya, na medyo binuo sa China sa kasalukuyan. Ang "Stereolithography" ay kapag ang laser beam ay binabalangkas ang unang layer na hugis ng bagay sa ibabaw ng likidong dagta, at pagkatapos ay ang production platform ay binabaan ng isang tiyak na distansya (sa pagitan ng 0.05-0.025mm), at pagkatapos ay ang solidified layer ay nahuhulog sa likidong dagta, at iba pa. Ang resin na ginamit ay isang photosensitive resin, na bubuo ng solid state pagkatapos ma-irradiated ng laser beam, at mabilis at tumpak ang forming model.

DLP-- proseso ng paghubog ng stereolithography

DLP digital light processing, na kilala bilang laser shaping technology. Ang DLP 3D printing technology ay may maraming pagkakatulad sa SLA 3D printing technology. Kung ang produksyon ay inihalintulad sa pagguhit ng bilog na may lapis, ang teknolohiya ng SLA ay katumbas ng pagguhit ng layer sa pamamagitan ng layer, habang ang DLP ay katumbas ng direktang pagtatatak. Ang mass production na ating hinahabol ay may dalawang napakahalagang punto, ang isa ay kahusayan, at ang isa ay materyal na gastos. Mayroong 3D printer na maaaring mag-print ng daan-daang beses na mas mabilis kaysa sa tradisyonal na pagmamanupaktura, iyon ay, ang face-to-face na teknolohiya, na binuo ng isang kumpanya sa Shenzhen, Light Prism Technology. Tumatagal ng 2-5 oras upang mag-print ng hollow ball na may tradisyonal na FDM 3D na pag-print, at tumatagal ng isang oras sa pinakamabilis, ngunit humigit-kumulang 10 minuto lang ang kailangan upang mag-print gamit ang pinakabagong face-to-face na teknolohiya. Ang bilis ng pag-print ay kamangha-manghang. Kapag ang 3D printing na ito ay nasa merkado, Ang epekto sa tradisyonal na crafts ay mahusay pa rin.

FDM --Fused Deposition Molding na Proseso

Kung ikukumpara sa mga teknolohiya ng DLP at SLS, ang teknolohiya ng FDM ay medyo simple, kaya marami itong audience at mas madaling makapasok sa pamilya. Ang prototype ay direktang binuo mula sa 3D CAD data sa pamamagitan ng paggamit ng thermoplastic na materyal na ipapalabas sa isang semi-molten na filament, na idineposito sa isang layer-by-layer na batayan. Ang mga bentahe ng teknolohiya ng FDM ay simpleng mekanikal na istraktura, madaling disenyo, mababang gastos sa pagmamanupaktura, gastos sa pagpapanatili at gastos sa materyal, at walang polusyon sa kapaligiran. Samakatuwid, ang FDM din ang pinakalawak na ginagamit na teknolohiya sa mga desktop 3D printer sa bahay. Ito ay medyo tradisyonal na paraan ng pag-print, na hindi gumagamit ng laser at may mababang gastos, ngunit ang katumpakan ay hindi mataas at ang bilis ng pag-print ay napakabagal. Ito ang pinaka-naa-access na paraan para sa lahat, at ito ay karaniwang ginagamit sa merkado ng edukasyon.

Ang Epekto ng 3D Printing sa Manufacturing at Traditional Craftsmanship

Mga kalamangan ng 3D printing

(1) Pagpapasadya

Ang pagkuha ng dentistry bilang isang halimbawa, ang mga ngipin ng lahat ay magkakaiba, ngunit ang 3D printing ay maaaring malutas ang kontradiksyon sa pagitan ng customized na produksyon at mass production, at mass ay gumagawa ng mga customized na implant, braces, atbp.

(2) sample ng real-time

Dahil sa mabilis na bilis ng pag-print ng 3D, ang taga-disenyo ay nagdidisenyo ng isang bersyon ng produkto sa umaga, at makikita ng pinuno ang natapos na produkto sa tanghali, at pagkatapos ay nagdidisenyo ng isa pang bersyon sa 6 pm, at makikita ang natapos na produkto sa susunod na umaga, na lubos na nagpapabilis sa pagbuo ng mga bagong produkto na bilis. Kung ito ay hindi partikular na kumplikado, ang 3D na pag-print ay maaaring gumawa ng mga natapos na produkto sa loob ng 3 oras, habang ang tradisyonal na pag-proofing ay tumatagal ng 4-6 na linggo bawat oras, kaya ang pangkalahatang bilis ng pang-industriyang disenyo ay napabuti din.

(3) Walang polusyon

 Dahil ang mga hilaw na materyales na ginawa ay lahat ng kapaligiran friendly, ang buong proseso ng produksyon ay polusyon-free produksyon. Walang polusyon ng waste gas at waste water, at walang waste of leftover materials.

(4) Dataization

Kapag nag-mature na ang digital dentistry, ang mga teknikal na kinakailangan para sa mga doktor ay lubos na mababawasan. Kailangan lang gamitin ng mga pasyente ang instrumento para mag-scan ng dalawang minuto sa ospital, at malalaman nila ang mga sanhi at solusyon ng lahat ng problema sa ngipin.

Bilang karagdagan, ang 3D printing ay maaari ding gamitin para sa orthodontics, pag-print ng personalized at customized na transparent braces. Sa panahon ng plastic surgery, dapat bang lumipat ang mga ngipin sa kaliwa o pasulong? Ilang millimeters ang dapat ilipat? Noong nakaraan, ang dental surgery ay umaasa lamang sa personal na karanasan ng doktor, ngunit pinataas ng digital dentistry ang katatagan ng operasyon at ibinaba ang teknikal na threshold para sa mga doktor.

(5) Mabilis

 Kung ikukumpara sa mga tradisyunal na prosesong pang-industriya, ang 3D printing ay hindi nangangailangan ng mga paunang paghahanda tulad ng lakas-tao at transportasyon. Kailangan lang nito ng mga makina at hilaw na materyales, at maaari itong mailagay sa produksyon nang mabilis.

(6) Automation

 Masasabing iisa lang ang 3D printer sa pagitan ng virtual na imahinasyon at ng tunay na bagay. Ang isang mahalagang produksyon ng 3D printing ay nakakatipid ng maraming gastos sa paggawa at pagkakamali ng tao.