Τι είναι η τρισδιάστατη εκτύπωση;

Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια συλλογή τεχνολογιών που όλες προσπαθούν να απαντήσουν σε μια ερώτηση, "Ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος για να φτιάξετε οποιοδήποτε μεμονωμένο φυσικό αντικείμενο δημιουργώντας το στρώμα προς στρώμα;" Με την εκτύπωση 3D συνήθως φτιάχνετε ένα καρβέλι ψωμί φέτα φέτα.

Όλες οι τεχνολογίες λειτουργούν διαφορετικά, αλλά ένα από τα πιο κοινά FDM (Fused Deposition Modelling) λειτουργεί με μια κεφαλή εκτύπωσης που τροφοδοτείται με πλαστικό νήμα (συνήθως ABS, το ίδιο πλαστικό από το οποίο κατασκευάζεται η LEGO).

Ένα αρχείο 3D ελέγχεται από το λογισμικό για να διαπιστωθεί εάν είναι εκτυπώσιμο.

Στη συνέχεια, το λογισμικό κόβει σε φέτες το αρχείο και το στέλνει σε ένα μηχάνημα.

Ένα πλαστικό νήμα τροφοδοτείται μέσω της κεφαλής εκτύπωσης.

Το νήμα λιώνει και η κεφαλή το εναποθέτει στη συνέχεια σε μια πλατφόρμα κατασκευής.

Η κεφαλή κινείται γύρω από την εναπόθεση του υλικού έτσι ώστε να αποτελεί την κάτω φέτα του αντικειμένου.

Η κεφαλή επιστρέφει στην αρχική της θέση και η πλατφόρμα κατασκευής χαμηλώνει.

Στη συνέχεια, η κεφαλή χτίζει το νέο στρώμα πάνω από το πρώτο και αυτό επαναλαμβάνεται μέχρι να ολοκληρωθεί το αντικείμενο.

Για μια προσομοίωση DIY, πιέστε ένα σωληνάριο οδοντόκρεμας στο χέρι σας.

Αν φτιάχναμε ένα σχήμα ποτηριού κρασιού θα συναντούσαμε πρόβλημα. Αν θέλαμε να τυπώσουμε το μπολ του γυαλιού το πλαστικό θα πήγαινε παντού. Εξαιτίας αυτού, τα προηγμένα μηχανήματα (και σύντομα και τα επιτραπέζια μηχανήματα) καταθέτουν επίσης υλικό υποστήριξης. Με υλικό υποστήριξης, η κεφαλή εκτύπωσης έχει δύο εξωθητήρες, έναν που εναποθέτει δομικό υλικό και το άλλο υλικό υποστήριξης. Έτσι, όταν κατασκευάζετε ένα ποτήρι κρασιού, θα χτίζατε στην πραγματικότητα ένα σχήμα κυλίνδρου που εκτείνεται μέχρι το πιο απομακρυσμένο σημείο του μπολ του ποτηριού.

Η κεφαλή εκτύπωσης θα εξώθηση οικοδομικό υλικό για τα μέρη του στρώματος που θα κατέληγαν να είναι το ποτήρι του κρασιού και επίσης θα εξώθησε πολλά υλικά στήριξης, έτσι ώστε όταν πρέπει να κατασκευαστεί μια προεξέχουσα κατασκευή, το δομικό υλικό μπορεί να κατασκευαστεί πάνω από αυτό. Έτσι καταλήγετε σε έναν κύλινδρο από πλαστικό που έχει μέσα το ποτήρι του κρασιού σας. Στη συνέχεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα νερό ή ένα λουτρό με διαλύτη (υπάρχουν πολλοί τρόποι) για να ξεπλύνετε το υλικό στήριξης και θα μείνετε με το τελικό σας αντικείμενο.

Ακολουθεί ένα βίντεο που δείχνει πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία (αποκάλυψη, βίντεο γίνεται από την Materialize μια εταιρεία στην οποία εργάστηκα):

Εδώ είναι ένα άλλο βίντεο από το Shapeways (αποκάλυψη, δούλευα και εκεί) που σας δείχνει κάποιο υλικό υποστήριξης και την αφαίρεσή του:

Το FDM σας προσφέρει υψηλή ακρίβεια διαστάσεων, αλλά τα εξαρτήματα είναι γενικά λιγότερο ελκυστικά από αυτά που κατασκευάζονται με άλλες τεχνολογίες.

Επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ

 

 

Το Selective Laser Intering ή το Laser Sintering είναι μια διαφορετική διαδικασία κατά την οποία μια λεπτή πλαστική σκόνη (PA12 παρόμοια με το νάιλον) εναποτίθεται και ένα λέιζερ πυροσυσσωματώνει τα μέρη που θα γίνουν το μοντέλο σας. Η υπόλοιπη σκόνη λειτουργεί ως στήριγμα. Στη συνέχεια εφαρμόζεται ένα νέο στρώμα και η διαδικασία επαναλαμβάνεται. Έπειτα, σας μένει ένα μπλοκ λεπτής σκόνης που συγκρατεί τα μέρη σας. Το SLS έχει μια αίσθηση σαν τζιν και έχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, αλλά το υλικό είναι πορώδες και έτσι απορροφά βρωμιά και υγρά. Πάνω είναι ένα φτερό UAV κατασκευασμένο με SLS.

DMLS

 

 

Μπορείτε επίσης να εκτυπώσετε 3D τιτάνιο και χάλυβα με DMLS (Direct Metal Laser Sintering) που λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο, αλλά με σκόνη τιτανίου. Εδώ μπορείτε να δείτε πώς κατασκευάζεται ένα εμφύτευμα γνάθου:

Το DMLS σας προσφέρει μεταλλικά μέρη και πολύ υψηλή αντοχή, αλλά εκτός από τη στήριξη που προέρχεται από την μη πυροσυσσωματωμένη σκόνη, πρέπει να κατασκευαστούν πρόσθετες δομές στήριξης λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που επιδρούν στο εξάρτημα. Αυτά πρέπει να αφαιρεθούν με το χέρι χρησιμοποιώντας ένα flex ή άλλο εργαλείο μηχανής.

EBM

 

 

Το Electon Beam Melting (EBM) λειτουργεί με μια κατευθυνόμενη δέσμη ηλεκτρονίων. Το EBM έχει πιο τραχιά υφή επιφάνειας από άλλες διαδικασίες, αλλά αυτό το καθιστά ιδανικό για εμφυτεύματα. Πάνω από 30,000 ορθοπεδικά εμφυτεύματα κατασκευάζονται κάθε χρόνο με EBM.

3D Εκτύπωση

 

Το πραγματικό σωστό όνομα για όλες τις τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι πρόσθετη κατασκευή, αλλά το κοινό έχει επιλέξει την τρισδιάστατη εκτύπωση ως όρο. Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι στην πραγματικότητα το όνομα ενός συνόλου τεχνολογιών που προέρχονται από το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τρισδιάστατης εκτύπωσης του MIT, όπου μια κεφαλή εκτύπωσης (η ίδια όπως στον εκτυπωτή σας Hewlett-Packard) περνά πάνω από ένα στρώμα σκόνης και δένει αυτό το υλικό με ένα συνδετικό. Μπορείτε να εκτυπώσετε έγχρωμη με αυτή τη διαδικασία και αυτό κάνουν οι μηχανές Zcorp. Χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνολογία, αλλά με πιο περίπλοκη διαδικασία, το ExOne μπορεί να εκτυπώσει μέταλλο. Τα μέρη Zcorp έχουν χρώμα, αλλά είναι εύθραυστα. Το ExOne κατασκευάζει μεταλλικά μέρη φθηνά (μια χαλύβδινη βέρα κοστίζει 8 $), αλλά έχει μικρότερη ακρίβεια διαστάσεων και απαιτεί πολύ χρόνο συγκριτικά.

Η Voxeljet χρησιμοποιεί την ίδια τεχνολογία για την εκτύπωση άμμου και PMMA και αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται για τη χύτευση πολλών αντλιών και άλλων βιομηχανικών μηχανημάτων. Η Voxeljet διαθέτει επί του παρόντος τον μεγαλύτερο τρισδιάστατο εκτυπωτή στον κόσμο που έχει όγκο κατασκευής 4 x 2 x 1 μέτρο.

 

Στερεολιθογραφία

 

Η στερεολιθογραφία ήταν στην πραγματικότητα η πρώτη τεχνολογία που διατέθηκε στο εμπόριο και εφευρέθηκε από τον Chuck Hull στην 3D Systems. Τα λέιζερ συσσωρεύονται και αντικρούονται σε ένα λουτρό ρητίνης. Αυτή η διαδικασία σας προσφέρει εξαιρετική ομαλότητα και όμορφα εξαρτήματα, αλλά απαιτεί ένα βήμα μετά τη σκλήρυνση και οι δομές στήριξης πρέπει να αφαιρεθούν με το χέρι. Στην παραπάνω φωτογραφία, μπορείτε να δείτε τις δομές στήριξης που κρατούν ψηλά ένα αντίγραφο της μούμιας του King Tut (σημειώστε τη δομή στήριξης του πλέγματος που κρατά ψηλά το κεφάλι). Τα εξαρτήματα SLA είναι επίσης συνήθως λιγότερο ανθεκτικά στη φθορά του πραγματικού κόσμου και χρησιμοποιούνται για πράγματα όπως πρωτότυπα επειδή φαίνονται καλά και φαίνονται καταπληκτικά όταν τελειώσουν. Ένα παράδειγμα στο εσωτερικό του αυτοκινήτου Citroen GT και στο ταμπλό που φαίνεται παρακάτω, το βίντεο δείχνει μια λάμπα κατασκευασμένη με SLA.

 

Envisiontec

 

(Αποκάλυψη, αυτή τη στιγμή κάνω συμβουλευτική εργασία για την Envisiontec) Ενώ σχεδόν όλες οι τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης λειτουργούν επίπεδο προς στρώμα, υπάρχουν εξαιρέσεις. Με την Envisiontec χρησιμοποιείται ψηφιακή επεξεργασία φωτός (η ίδια τεχνολογία που συναντάμε στους προβολείς DLP και στις τηλεοράσεις DLP). Μια υγρή ρητίνη σκληρύνεται και γίνεται στερεή από έναν προβολέα DLP που προβάλλει μια εικόνα ενός voxel (ογκομετρικό pixel) σε αυτήν. Το μέγεθος και το σχήμα του εκτυπωμένου voxel που προκύπτει μπορεί να ποικίλλει και ανάλογα με την εικόνα. Η Envisiontec δεν μπορεί να κατασκευάσει πραγματικά μεγάλα πράγματα, αλλά φτιάχνει μικρά, εξαιρετικά λεπτομερή πράγματα, όπως προσαρμοσμένα ακουστικά βαρηκοΐας, οδοντικά εμφυτεύματα και καλούπια για κοσμήματα. Παραπάνω μπορείτε να δείτε έναν δίσκο κατασκευής ακουστικών βαρηκοΐας. Πάνω από 10,000,000 ζεύγη ακουστικών βαρηκοΐας έχουν εκτυπωθεί 3D. Το δεύτερο βίντεο είναι στα γερμανικά, αλλά σας δείχνει πώς χρησιμοποιείται η τεχνολογία από τους οδοντιάτρους.

 

Αντικείμενο

Το Objet λειτουργεί όταν ένα φωτοπολυμερές εναποτίθεται από μια κεφαλή εκτύπωσης inkjet. Το προκύπτον στρώμα στη συνέχεια σκληρύνεται με μια λάμπα UV. Παραδοσιακά, το πρόβλημα με το Objet ήταν ότι τα μέρη που κατασκευάζονταν με αυτό ήταν πολύ εύθραυστα, αλλά βελτίωναν τα υλικά. Το πιο ενδιαφέρον πράγμα για το Objet είναι ότι μπορεί να κάνει τρισδιάστατη εκτύπωση πολλαπλών υλικών, ώστε να μπορείτε να κάνετε πράγματα με διαφορετικές πυκνότητες και σκληρότητα για παράδειγμα. Η λαβή του ξυραφιού παρακάτω μπορεί να γίνει εύκαμπτη σε μέρη και άκαμπτη σε άλλα μέρη, ενώ έχει μαλακά μαξιλαράκια στο σημείο που την κρατάτε, όλα σε μία εκτύπωση (όπως είναι αστείο, το παρακάτω ξυράφι μπορεί να αποτελεί περίπτωση παραβίασης πνευματικών δικαιωμάτων επειδή η Gillette έχει διπλώματα ευρεσιτεχνίας που καλύπτουν την κατασκευή από τρισδιάστατα εκτυπωμένα ξυραφάκια, 3D, επομένως αυτό μπορεί να σημαίνει ότι αυτό είναι ένα σχήμα που δεν επιτρέπεται να δημιουργήσετε. Ευρεσιτεχνία EP2266727A1 - Μια μέθοδος σχηματισμού ενός λειτουργικού φυσιγγίου ξυραφιού και ενός λειτουργικού φυσιγγίου ξυραφιού)

 

Γιατί είναι χρήσιμη η τρισδιάστατη εκτύπωση;

Η τρισδιάστατη εκτύπωση σάς επιτρέπει να δημιουργείτε μοναδικά σχήματα γρήγορα χωρίς κόστος εκκίνησης. Στην παραδοσιακή μαζική κατασκευή ξοδεύετε οκτώ εβδομάδες φτιάχνοντας ένα καλούπι και εργαλεία και πρέπει να περιμένετε οκτώ εβδομάδες για να φτάσουν τα πράγματά σας από την Κίνα. Ένα καλούπι μπορεί να σας κοστίσει από $10,000 έως $200,000, αλλά μόλις αφιερώσετε χρόνο και έξοδα για να φτιάξετε αυτό το καλούπι, μπορεί να φτύσει ένα εκατομμύριο πανομοιότυπα πράγματα με υψηλό ρυθμό για ένα πολύ χαμηλό κόστος.

Με έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή ένα αντικείμενο πρέπει να δημιουργηθεί μεμονωμένα σε ένα μηχάνημα. Μόλις έχετε το σχέδιο μπορείτε να ξεκινήσετε την εκτύπωση. Όμως, λόγω του κόστους των υλικών και του κόστους του μηχανήματος και του χώρου που καταλαμβάνει το εξάρτημα στο μηχάνημα (αγορά, εσωτερικός όγκος και ταχύτητα), το πράγμα σας θα είναι συνήθως πιο ακριβό από ένα αντικείμενο χύτευσης με έγχυση. Έτσι, ένας λαμπτήρας τρισδιάστατης εκτύπωσης μπορεί να σας κοστίσει 80 $ ενώ ο λαμπτήρας με έγχυση θα ήταν 1 $. Όμως, με την τρισδιάστατη εκτύπωση θα μπορούσατε να κάνετε χιλιάδες παραλλαγές αυτής της λάμπας και να τις εκτυπώσετε όλες χωρίς πρόσθετο κόστος ή χρόνο, η καθεμία κοστίζει 80 $ (οι μεγαλύτεροι λαμπτήρες θα είναι πιο ακριβοί και μπορεί να υπάρχει κόστος για την προσαρμογή του σχεδίου).

Η τρισδιάστατη εκτύπωση υπερέχει στη δημιουργία μοναδικών πραγμάτων. Πράγματα που πρέπει να γίνουν μόνο μία φορά, πράγματα εξατομικευμένα, πράγματα που προορίζονται να είναι όμορφα μόνο για ένα άτομο.

Γιατί η 3D εκτύπωση είναι επαναστατική;

Με την τρισδιάστατη εκτύπωση μπορείτε να εκτυπώσετε κοντά στον πελάτη ή ακόμα και στο σπίτι σας. Επειδή πολλά από τα πράγματα που μας περιβάλλουν είναι μαζικά κατασκευασμένα, αυτά τα πράγματα είναι χάλια. Προορίζονται να παράγονται στα εκατομμύρια τους γιατί έτσι λειτουργούν αυτές οι διαδικασίες μαζικής παραγωγής. Έτσι, προορίζονται να απευθύνονται σε μεγάλο αριθμό ανθρώπων χωρίς να ικανοποιούν τις ανάγκες κανενός. Με την τρισδιάστατη εκτύπωση μπορείτε να φτιάξετε και να σχεδιάσετε μοναδικά πράγματα και να φτιάξετε πράγματα για ένα μόνο άτομο. Μπορείτε επίσης να δημιουργήσετε σχήματα που δεν μπορούν να γίνουν με κανένα άλλο μέσο. Κατασκευάζοντας διαφορετικά, μπορείτε να παράγετε πράγματα κατ' απαίτηση ή να επαναλάβετε και να δοκιμάσετε το σχέδιό σας ενώ κάνετε συνεχώς καλύτερα πράγματα. Μπορούμε επίσης να συνεργαστούμε και να μοιραστούμε σχέδια και να τα βελτιώσουμε χρησιμοποιώντας λογισμικό και με αυτόν τον τρόπο να βελτιώσουμε την ποιότητα όλων των πραγμάτων. Θα μπορέσουμε επίσης να εκδημοκρατίσουμε την παραγωγή και ενδεχομένως να αφήσουμε οποιονδήποτε να κάνει οτιδήποτε. Αυτό θα έχει θεμελιώδη αντίκτυπο στον κόσμο μας.

Για περισσότερες πληροφορίες, μπορείτε να ελέγξετε αυτήν την απάντηση:
Γιατί η τρισδιάστατη εκτύπωση λέγεται ότι είναι η τρίτη βιομηχανική επανάσταση;

βιομηχανία τρισδιάστατων εκτυπώσεων

Ο κλάδος της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι ένας κλάδος $2,000,000,000 $2, ο οποίος αυξάνεται κατά 26 τοις εκατό ετησίως σε έσοδα από το 1989. Ενώ τα μέσα επικεντρώνονται στην οικιακή τρισδιάστατη εκτύπωση σχεδόν ολόκληρος ο κλάδος είναι από επιχείρηση σε επιχείρηση.

Πολλές εταιρείες χρησιμοποιούν τρισδιάστατους εκτυπωτές για να δημιουργήσουν πρωτότυπα πράγματα. Τα χρησιμοποιούν για να δοκιμάσουν σχέδια και να αναπτύξουν προϊόντα πιο γρήγορα. Άλλες εταιρείες χρησιμοποιούν την τεχνολογία για βραχυπρόθεσμα ανταλλακτικά, ανταλλακτικά ή παραγωγή χαμηλού όγκου. Χρησιμοποιείται σε αγώνες αυτοκινήτων για την κατασκευή ανταλλακτικών και επίσης στην προσαρμογή αυτοκινήτων και σε πράγματα όπως το ταμπλό της Veyron. Τα εξαρτήματα του Dreamliner και του Airbus A380 εκτυπώνονται 3D και χρησιμοποιούνται σε ιατρικά πρωτότυπα, χειρουργικούς οδηγούς και εμφυτεύματα. Όπου υπάρχει ανάγκη για ένα μοναδικό αντικείμενο με συγκεκριμένο σχεδιασμό μπορεί να βρεθεί τρισδιάστατη εκτύπωση. Στον πυρήνα της, η υπόσχεση της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι μια τεχνολογία εκπλήρωσης επιθυμιών που θα μας αφήσει να ονειρευόμαστε οτιδήποτε και να το κάνουμε.

Ποιοι είναι μερικοί από τους περιορισμούς της τρισδιάστατης εκτύπωσης;

Τα μηχανήματα είναι πολύ ακριβά και δεν είναι αξιόπιστα.
Τα υλικά δεν είναι αρκετά δυνατά.
Πολλά τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη δεν φαίνονται αρκετά καλά.
Είναι πολύ δύσκολο να σχεδιαστεί για τρισδιάστατη εκτύπωση.
Το πρόβλημα του κενού καμβά σημαίνει ότι συχνά δεν εμπνέουμε ή φοβόμαστε να δημιουργήσουμε κάτι.
Οι μηχανές δεν είναι αρκετά γρήγορες.
Πολλά μέρη δεν είναι αρκετά λεία.
και τα λοιπά.