3D-tulostus muuntaa muovifilamenttilangat tai hartsialustat fyysisiksi kohteiksi. 3D-tulostus ei kuulu tähän maailmaan. NASA ylläpitää 3D-tulostinta kansainvälisellä avaruusasemalla, ja astronautit voivat tehdä mukautettuja työkaluja (kuten tämän korjausavainta) ilman, että ne tarvitsevat lentää avaruuteen.
3D-tulostusta ovat hyväksyneet opiskelijat, yrittäjät, amatöörit ja suuret tehtaat. Koska 3D-tulostus mahdollistaa digitaalisten kuvioiden muuntamisen aineellisiksi kohteiksi, on löydetty laaja valikoima käyttötarkoituksia.
Lääkäri voi tulostaa potilaan anatomian fyysisen mallin, jotta se voidaan visualisoida paremmin ja osoittaa käytännön. Tehdasinsinöörit voivat luoda mukautettuja kalusteita ja kalusteita, jotka säästävät aikaa ja vähentävät vaurioita valmistuksen aikana. Yhteisö edistää yrittäjyyttä, opettaa STEM-taitoja ja auttaa uusien yritysten perustamista, luo uusia työpaikkoja ja paikallisia mahdollisuuksia.
3D-tulostusta käytetään pääasiassa muovisten esineiden valmistukseen, mutta 3D-tulostus voi myös tuottaa metalliesineitä, vaikka tämä on kalliimpi ja vähemmän yleinen prosessi kuin muovinen 3D-tulostus.
Tiivistelmä
Mikä on 3D-tulostus? 3D-tulostus on fyysisten objektien luominen digitaalisesta mallista. 3D-tulostus on lisäysprosessi. Muovikerrokset rakennetaan yksi toisensa jälkeen esineiden luomiseksi.
Miten 3D-tulostus vaikuttaa talouteen?
3D-tulostus on olennainen osa valmistajan liikettä ja hyödyttää yhteisöä, koulutusta, yrittäjiä ja perinteisiä yrityksiä. Se auttaa edistämään uusien tuotteiden ja uusien yritysten luomista ja opettaa taitoja, jotka voidaan muuntaa erilaisiksi teknisiksi ja ammatillisiksi työpaikoiksi.
Kuinka kallista on 3D-tulostus perinteisiin valmistusmenetelmiin verrattuna?
Se riippuu. Se maksaa paljon vähemmän ja luo 3D-tulostuksella prototyyppejä, kalusteita, työkaluja ja kalusteita paljon vähemmän aikaa. Kun asennus- ja työkalukustannukset maksetaan, perinteiset valmistustekniikat (kuten ruiskuvalu) voivat tuottaa esineitä nopeammin ja edullisemmin.
Miten 3D-tulostus vaikuttaa toimitusketjuun?
3D-tulostus on ihanteellinen lyhyen aikavälin valmistukseen ja pienimuotoiseen tuotantoon. Se mahdollistaa myös varaosien "tallennuksen pilviin", joten fyysistä varastoa ei tarvita ennen kuin kohde on tarpeen. Tarjoamalla 3D-objekteja maailmanlaajuisesti digitaalisessa muodossa ja tulostamalla ne paikallisesti, kuljetuksen kustannukset ja aika voidaan poistaa kokonaan.
Voiko 3D-tulostus muuttaa tuotantoa?
Valmistuksessa tapahtuu valtavia muutoksia, ja 3D-tulostus on yksi niistä elementeistä. Muita tekijöitä ovat tietomäärän ja läpäisevyyden merkittävä kasvu, parannettu analyysi, parantuneet inhimilliset tekijät ja eri tuotantoprosessien automatisointi.
Mikä on 3D-tulostus?
3D-tulostus on prosessi, jossa digitaaliset mallit luodaan esineitä (yleensä muovia, joskus metalli- tai komposiittimateriaaleja). Useimmat 3D-tulostimet lisäävät materiaalia hyvin ohuelle kerrokselle kerrallaan, minkä vuoksi 3D-tulostimet luokitellaan "lisäaineiden valmistukseen".
Miten lisäaineen valmistus toimii?
Tietokoneen tulostimet käyttävät yleensä yhtä riviä kerrallaan. 3D-tulostin on enemmän kuin piirturi, joka siirtää tulostuspäätä X- ja Y-akseleille piirtääkseen kuviota. 3D-tulostimen tapauksessa 3D-tulostin on kolmiulotteinen. Kun kuvio on piirretty, tulostuspää liikkuu ylöspäin (tai tulostus siirtyy alaspäin) ja toinen kuvio vedetään ensimmäiseen.
Miten 3D-tulostin toimii?
3D-tulostimia on useita, mutta keskitymme kahteen tyyppiin: fuusioituneeseen laskeutumiseen (tai FDM) ja stereolitografiaan (tai SLA).
FDM alkaa hehkulangalla. Nämä ovat yleensä 1,75 tai 2,85 mm paksuja lankoja, jotka on käämitty karaan. FDM-tulostin lämmittää hehkulangan, purkaa sen suulakepuristimen läpi ja asettaa kerroksen rakennuspinnalle. Nämä kerrokset ovat hyvin ohuita ja kun kukin sulaa kerrosta asetetaan edellisen kerroksen päälle, se sulaa osittain jäähdytettäessä.
Ajan myötä - joskus se vie paljon aikaa - esine rakennetaan satoja tai tuhansia näistä kerroksista.
SLA alkaa nestemäisellä hartsilla. Rakennusalusta laskeutuu hartsiin (yleensä ylösalaisin) ja valo (joskus LCD: stä, joskus UV-laserista) tuottaa kemiallisen reaktion hartsissa, joka kovettuu. Kun jokainen kerros on alttiina valolle, tulostin nostaa rakennusalustan hieman pois hartsikennosta ja altistaa seuraavan kerroksen.
FDM on yleisin materiaaliuuttamisen 3D-tulostus. SLA on yleisin fotopolymeerinen 3D-tulostus. Nämä kaksi painomenetelmää ovat saavuttaneet riittävän alhaiset kustannukset, joita kuluttajat, harrastajat, opettajat, yrittäjät ja pienyritykset voivat varaa, mutta ne rajoittuvat yleensä muovien, muovikomposiittien ja nailonmateriaalien tuotantoon. .
Muita 3D-tulostimien muotoja voidaan käyttää, mutta ne edellyttävät suuria ostokustannuksia. Näitä ovat jauheen sängyn 3D-tulostus (pudottamalla jauhe ja sitten fuusio), laminaattivalmistus (liimautuvat levyt yhteen ja sitten leikkaamalla ne), suuntaava energiakerros (tämä on jonkin verran samanlainen, jos hitsaaja ja FDM-tulostin syntyi) ja elektronisuihkun vapaan muodon valmistus (elektronisuihkun poistaminen tyhjiössä sulan metallin tuottamiseksi 3D-mallin perusteella).
Näitä 3D-tulostuksen viimeisiä muotoja käytetään yleisesti metalliosien valmistukseen, kun taas FDM: ää ja SLA: ta käytetään yleisimmin muovisten esineiden valmistukseen.
Kaiken kaikkiaan ne luovat uusia esineitä lisäämällä ja sekoittamalla vähitellen raaka-aineita.
Mikä 3D-tulostus ei ole
3D-tulostin ei ole Star Trekin replikaattori. Kuka tahansa, jolla on 3D-tulostin, kertoo, että heti kun vieras näkee tulostimen toiminnassa, niiden mielikuvitus on innoissaan. Lähes välittömästi he alkavat soittaa sellaisia kohteita, joita he haluavat tehdä. Usein nämä eivät ole edes olemassa olevia kohteita, mutta he uskovat, että 3D-tulostuksen maaginen voi luoda uusia keksintöjä yön yli.
Miten 3D-tulostus vaikuttaa talouteen?
Aivan kuten 3D-tulostus on tekijä digitaalisen valmistuksen muutossuunnassa, 3D-tulostus on osa suurempaa taloudellista kehitystä ja valmistajan liikkeen nousua.
Tuotannon jännittävä osa on sen osallistuminen ja sukupuolineutraali. Se kattaa kaiken nuken tekemisestä robotin suunnitteluun, scrapbookingista huonekalujen valmistukseen, nahan valmistuksesta 3D-tulostukseen. Tämä on sana, joka sisältää mitä tahansa, mikä tekee asiat puhtaana ja yksinkertaisesti.
Valmistus eroaa valmistuksesta, vaikka se johtaa usein valmistukseen. Kun joku suunnittelee tuotteen ja rakentaa prototyypin, harkitse sen tekemistä. Kun prototyyppi on aktiivisessa tuotannossa, se on valmistus. Nyt, yhdistämällä työpöydän tuotantoa joukkorahoitukseen, voit suunnitella erittäin monimutkaisia prototyyppejä, joita potentiaaliset asiakkaat rahoittavat.
FDM- ja SLA-tulostimien edut ja haitat
Koska FDM- ja SLA-tulostimet ovat jo saatavilla amatööreille ja ammattilaisille, ne ovat yleisin 3D-tulostimen tyyppi. Kuluttajaversiota voidaan käyttää satoja dollareita, ja ammattikäyttöön tarkoitetut prototyyppikoneet ja -valmistustarvikkeet hinnoitellaan $ 3000 ja 6000 dollarin välillä.
Nämä ovat 3D-tulostustekniikat, joihin olet todennäköisesti investoimassa.
FDM-tulostin
FDM on ensimmäinen valtavirran amatööri-3D-tulostustekniikka, joka on edelleen markkinajohtaja tuotemerkkien ja tuotteiden tarjonnan ja myynnin osalta.
Yksi tärkeimmistä 3D-tulostuksen haasteista on saada onnistunut tuloste. Tulostus epäonnistui, koska tallennettu muovi kuumenee tai jäähdyttää liian nopeasti, koska kerros ei liity onnistuneesti, koska tulostus irrotetaan rakennuslevyn painopinnasta ekstruuderissa olevan filamentin tukkeutumisen ja useiden muiden tuotantoongelmien vuoksi.
FDM-tulostimet voivat tulostaa erilaisissa muoveissa. Jokaisella muovilla on erilaiset ominaisuudet, jotka helpottavat tai vaikeuttavat tulostusta ja tuottavat eri ominaisuuksia valmiissa osassa.
Yleisin filamenttityyppi on PLA (polymaitohappo), joka on erittäin helppo tulostaa, mutta se voi olla hyvin hauras ja muodostaa auringon.
Nylon on hyvin joustava, mutta se vaatii yleensä paljon hajautusta saadakseen tulostusasetuksensa.
ABS on voimakkaampi (se on valmistettu LEGOsta), mutta sen jäähdytysnopeus aiheuttaa yleensä taustalla olevan käyrän vääristymisen koko tulostukseen. Sillä on myös epämiellyttävä haju ja kohtalaisen myrkylliset höyryt.
Jotkut toimittajat pistävät perusmuovia (pääasiassa PLA: ta) muihin materiaaleihin, mukaan lukien puu, metalli ja hiilikuitu. Kukin näistä muuttaa valmiiden painetun esineen ominaisuuksia.
Useimmissa FDM-tulostimissa on ekstruuderi, joka voi tulostaa yhden hehkulangan kerrallaan. Kehittyneemmät (ja kalliit) FDM-tulostimet voivat tulostaa kaksi, kolme, neljä tai useampia säikeitä kerrallaan, jolloin tulostin voi sekoittaa värejä, toiminnallisia ominaisuuksia (kuten kiinteitä muoveja ja joustavia saranoita) ja liukoisia tukimateriaaleja.
Tulostus koostuu sulasta muovista, joten ylitys voi olla ongelma. Vaikka FDM-tulostimet voivat tyypillisesti tulostaa ympyröitä tai kulmia jopa 45-60 astetta, ne eivät voi tulostaa ilmarakoihin, koska sulaa muovia uppoaa yksinkertaisesti rakoon.
Suurten aukkojen kompensoimiseksi useimmat tulostimet tuottavat tukea tai tilapäistä muovitornia, joka voi tukea silta-aluetta. Monofilamenttitulostin käyttää samaa materiaalia kuin itse esine ja sillä on useita asetuksia, jotka helpottavat tuen poistamista.
Dual filamenttulostimet tulostaa usein liukenevalla tukimateriaalilla, kuten PVA: lla (polyvinyylialkoholi), joka on melko sama materiaali kuin Elmerin liima on valmistettu. Kun kaksoisfilamenttitulostus on valmis, se upotetaan veteen tunteina (tai joskus päivinä), ja PVA liukenee, jättäen ehjä painettu avoin tyhjäksi suunnittelijalle tarkoitettu lopputuote.
Koska FDM-tulostimet tulostuvat kerroksina, tulostettavan kohteen suunta voi olla tärkeä. Kerrosten väliset joukkovelkakirjat ovat usein heikompia kuin lineaariset muovit. Sellaisenaan sängyn sijoittelussa on otettava huomioon kaikki kohteet, jotka ovat todennäköisesti stressin alaisia.
FDM-tulostimet ovat eri kokoisia. Mitä suurempi koko, sitä haastavampi tulostus, koska on usein vaikea tasapainottaa lämmön ominaisuuksia koko rakennusalueen sisällä.
FDM-tulostimet tarjoavat myös erilaisia suutinkokoja. Mitä suurempi suutin on, sitä enemmän materiaalia puristetaan minuutissa, mutta mitä vähemmän lopputulos on. Mitä pienempi suutin on, sitä yksityiskohtaisempi tulostus. Suurilla suuttimilla tai pienillä suuttimilla tulostaminen tuo mukanaan muita haasteita, jotka liittyvät usein tukeen, silloittamiseen ja lämmönhallintaan.
SLA-tulostin
SLA-tulostimissa on monia ominaisuuksia, jotka tekevät ne pois valtavirrasta:
Niiden käyttämät nestemäiset hartsit ovat erittäin myrkyllisiä niiden kovettumattomassa muodossa. Jos saat sen, se voi aiheuttaa kivuliaita palovammoja tai ihottumia.
Valmis tulostus on käsiteltävä kylvyssä ja sitten kovetettava. Ne deformoituvat tämän käsittelyajan aikana. Ne ovat myös myrkyllisiä.
SLA-tulostimet ovat raskaampia kuin FDM-tulostimet, jotka johtuvat nestemäisistä hartseista ja prosessointihauteista.
SLA-tulostimissa on tyypillisesti hyvin pieniä rakennusalueita, mikä johtaa tyypillisesti pieniin tulosteisiin. Hartsit formuloidaan tyypillisesti erityisesti tietylle tulostimelle, joten käyttäjä voi lukita toimittajan tuotteen, mikä voi rajoittaa materiaalin ja värin valintoja.
SLA-tulostimet ovat kuitenkin yhä suositumpia, lähinnä siksi, että ne tuottavat tulosteita, joissa on erittäin hienot yksityiskohdat ja muutama kerros kerros. Tämä tekee niistä erityisen sopivia korujen suunnitteluun ja kuolemiin, pieniin lääketieteellisiin ja hammaslääketieteellisiin malleihin sekä harrastuksiin, kuten rautatie- ja peliautomaatteihin.
Tulosten suunnittelu ja valmistelu
Luovista 3D-painetuille kohteille siirtymisprosessin on ensin läpäistävä kaksi ohjelmistotyökalutekniikkaa: 3D-mallinnus (tai CAD) -ohjelma ja viipalointi.
3D-mallinnusohjelmisto
3D-mallinnusohjelmistoa (joka tunnetaan myös nimellä CAD (tietokoneavusteinen suunnittelu)) voidaan pitää 3D-mallien luontimoottorina. Samalla tavalla voit luoda Photoshopin avulla grafiikkaa, Illustratoria kuvien luomiseen tai käyttää Wordia luomaan tällaisia artikkeleita ja CAD-ohjelmistoa 3D-mallien luomiseen.
On olemassa monia CAD-ohjelmia, ja jokainen ohjelma sopii parhaiten erilaisiin tehtäviin. Vaihdan TinkerCADin ja Fusion 360: n välillä, riippuen siitä, tarvitseeko rakentaa nopean osan tai monimutkaisemman suunnittelun.
viipaleet
CAD-ohjelma luo 3D-objektin virtuaalisen mallin. Mutta useimmat 3D-tulostus tehdään kerroksittain. Prosessi, jossa 3D-muotoilu muunnetaan konesuoritusten sarjaksi kaksiulotteisella tasolla (ja sitten siirtämällä tasoa), on viipalointiohjelman tehtävä.