Какво е 3D принтирането
Ние сме опростили информацията за
3D прототипирането за вас. Нека разгледаме
3D принтирането или дигиталното прототипиране е процес на изработване на триизмерни твърди обекти от цифров файл. Създаването на 3D отпечатан обект се постига с помощта на адитивни процеси. В последователни процеси обектът се създава чрез полагане на последователни слоеве материал, докато се създаде целият обект. Всеки от тези слоеве може да се разглежда като тънко нарязано хоризонтално напречно сечение на евентуалния обект.
Как се работи с 3D машини?
Всичко започва с изработването на виртуален дизайн на обекта, който искате да създадете. Този виртуален дизайн е направен в CAD (Computer Aided Design) файл с помощта на програма за 3D моделиране (за създаване на изцяло нов обект) или с използването на 3D скенер (за копиране на съществуващ обект). 3D скенер прави 3D цифрово копие на обект.
3D скенерите използват различни технологии за генериране на 3D модел, като време на технологичен процес, структурирана / модулирана светлина, обемно сканиране и много други.
Наскоро много IT компании като Microsoft и Google разработиха хардуера си да извършва 3D сканиране, чудесен пример е Kinect на Microsoft. Това е ясен знак, че бъдещите ръчни устройства като смартфони ще имат интегрирани 3D скенери. Дигитализирането на реални обекти в 3D модели ще стане толкова лесно, колкото правенето на снимка. Цените на 3D скенери варират от много скъпи професионални индустриални устройства до $30 ръчно направени устройства, които всеки може да си направи у дома.
Процес &
Технология
Изработването на виртуален дизайн
Не всички 3D принтери използват една и съща технология. Има няколко начина за печат и всички налични са сложни прожеси, като се различават главно в начина, по който се изграждат слоевете за създаване на крайния обект.
Някои методи използват топящ се или омекотяващ материал за получаване на слоевете. Селективното лазерно синтероване (SLS) и моделирането на стопено отлагане (FDM) са най-често срещаните технологии, използващи този начин на печат. Друг метод за печат е, когато говорим за втвърдяване на фотореактивна смола с UV лазер или друг подобен източник на енергия един слой по един. Най-често срещаната технология, използваща този метод, се нарича стереолитография (SLA).
2010 г. групата на Американското дружество за изпитване и материали (ASTM) „ASTM F42 – Адитивно производство“ разработи набор от стандарти, които класифицират процесите на адитивно производство в 7 категории според Стандартната терминология за технологиите за адитивно производство. Тези седем процеса са:
- Фотополимеризация на вана
- Почистване на материала
- Почистване на свързващо вещество
- Екструдиране на материал
- Прахово легло Fusion
- Ламиниране на листове
- Насочено отлагане на енергия
Фотополимеризация във вана
3D принтерът базиран на метода Vat Photopolymerisation, има контейнер, пълен с фотополимерна смола, която след това се втвърдява с източник на UV светлина. Най-често използваната технология в тези процеси е стереолитографията (SLA). Тази технология използва вана от течна ултравиолетова фотополимерна смола и ултравиолетов лазер за изграждане на слоевете на обекта един по един. За всеки слой лазерният лъч проследява напречно сечение на модела на детайла върху повърхността на течната смола. Излагането на ултравиолетова лазерна светлина втвърдява модела проследен върху смолата и го свързва със слоя отдолу.
След като моделът бъде проследен, платформата на асансьора на SLA се спуска на разстояние, равно на дебелината на един слой, обикновено от 0,05 mm до 0,15 mm (0,002″ до 0,006″). След това острие, напълнено със смола, преминава през напречното сечение на детайла, като го покрива отново с пресен материал. Върху тази нова течна повърхност се проследява моделът на следващия слой, който се съединява с предишния слой. Пълният триизмерен обект се формира от този проект. Стереолитографията изисква използването на носещи конструкции, които служат за закрепване на частта към платформата на асансьора и за задържане на обекта, тъй като той плува в басейна, пълен с течна смола. Те се премахват ръчно, след като обектът е завършен.
Почистване на материала
В този процес материалът се нанася на капчици през дюза с малък диаметър, подобно на начина, по който работи обикновен мастиленоструен хартиен принтер, но се нанася слой по слой върху платформа за изграждане, правеща 3D обект и след това се втвърдява от UV светлина. Тук можете да видите представяне на 3D принтерите Objet500 Connex на Stratasys, които използват собствената им технология Triple-Jetting, където можете да видите ясно печатащите глави и UV светлината.
При нанасяне на свързващо вещество се използват два материала: прахообразен основен материал и течно свързващо вещество. В строителната камера прахът се разстила на равни слоеве и свързващото вещество се нанася през струйни дюзи, които „залепват” праховите частици във формата на програмиран 3D обект.
Технологията FDM работи с помощта на пластмасова нишка или метална тел, която се развива от намотка и доставя материал към екструзионна дюза, която може да включва и изключва потока. Дюзата се нагрява, за да стопи материала и може да се движи както в хоризонтална, така и във вертикална посока чрез цифрово управляван механизъм, директно управляван от софтуерен пакет за компютърно подпомагано производство (CAM). Предметът се произвежда чрез екструдиране на разтопен материал за образуване на слоеве, тъй като материалът се втвърдява веднага след екструдирането от дюзата. Тази технология се използва най-широко с два вида пластмасови нишки: ABS (акрилонитрил бутадиен стирен) и PLA (полимлечна киселина), но са налични много други материали, вариращи в свойства от дърво, проводими, гъвкави и др.
.
3D принтирането като
индустрия
Очаква се световната индустрия за 3D печат да нарасне от $3,07 млрд. приходи през 2013 г. до $12,8 млрд. до 2018 г. и да надхвърли $21 млрд. световни приходи до 2020 г. С развитието си технологията за 3D печат е предназначена да трансформира почти всяка голяма индустрия и да промени начина, по който живеем и работим.
Медицинската индустрия
Перспективата за медицинска употреба на 3D печата се развива с изключително бързи темпове, тъй като специалистите започват да използват 3D печата по по-напреднали начини. Пациентите по света изпитват подобрено качество на грижите чрез 3D отпечатани импланти и протези невиждани досега.
Биопечат
3D технологията за печат е проучена от биотехнологични фирми и академични среди за възможна употреба в приложения за тъканно инженерство, където органите и частите на тялото се изграждат с помощта на мастиленоструйни техники. Слоевете от живи клетки се отлагат върху гел среда и бавно се изграждат, за да образуват триизмерни структури. Ние се отнасяме към тази област на изследване с термина: биопечат.
Аерокосмическа & авиационна индустрия
Ръстът в използването на 3D печат в аерокосмическата и авиационната индустрия може до голяма степен да се дължи на развитието в сектора на производството на метални добавки. НАСА например отпечатва облицовки на горивната камера, използвайки селективно лазерно топене и от март 2015 г. FAA разреши първата 3D отпечатана част на реактивния двигател на GE Aviation за полет: лазерно синтерован корпус за сензор за температура на входа на компресора.
Автомобилна индустрия
Въпреки че автомобилната индустрия е сред първите, които възприемат 3D печата, тя в продължение на десетилетия пренасочва технологията за 3D печат към приложения за създаване на прототипи с малък обем. В днешно време използването на 3D печат в автомобилостроенето се развива от сравнително прости концептуални модели за проверки на монтиране и завършване и проверка на дизайна, до функционални части, които се използват в тестови превозни средства, двигатели и платформи. Очакванията са, че 3D принтирането в автомобилната индустрия ще генерира общо 1,1 милиарда долара до 2019 г.
Историята на
3D принтирането
В историята на производството методите на изработване често са били на първо място. Областта на машинната обработка (генериране на точни форми с висока прецизност) като цяло беше трудоемка работа, от пилене и струговане през фрезоване и шлайфане.
Най-ранните приложения на дигиталното прототипиращо производство са в края на производствения цикъл на производсвения процес. Например, бързото прототипиране беше един от най-ранните варианти на добавки и мисията му беше да намали времето за изпълнение и разходите за разработване на прототипи на нови части и устройства, което по-рано се правеше само с методите за отливане на инструменти (обикновено бавно и скъпо). Въпреки това, с течение на годините и технологиите непрекъснато напредват, адитивните методи се придвижват все по-навътре в производствения край на производството. Части, които преди са били единствената област на субтрактивните методи, сега в някои случаи могат да бъдат направени по-изгодно чрез 3D принтирането.
бъдещето на
3d принтирането
Някои защитници на дигиталното производство предвиждат, че това технологично развитие ще промени естеството на търговията, тъй като крайните потребители ще могат да извършват голяма част от собственото си производство, вместо да се занимават с търговия, за да купуват продукти от други хора и фирми.
3D принтери, способни да извеждат в цвят и множество материали, вече съществуват и ще продължат да се подобряват до точката, в която ще могат да се извеждат функционални продукти. С ефектите върху използването на енергия, намаляването на отпадъците, персонализирането, наличността на продукти, медицината, изкуството, строителството и науката, 3D печатът ще промени света на производството, какъвто го познаваме.