3D spausdinimas: ką reikia žinoti

Jie nėra jūsų senelio ramunių spausdintuvas ar mamos taškų matrica. Tiesą sakant, jie mažai primena šių dienų dokumentų ar nuotraukų spausdintuvus, kurie gali spausdinti tik nuobodžiais senais dviem matmenimis. Kaip rodo jų pavadinimas, 3D spausdintuvai iš įvairių medžiagų gali kurti trimačius objektus. Jie populiarėja, pasirodo tokiuose mažmeninės prekybos tinkluose kaip „Staples“, „Best Buy“ ir „Home Depot“, o „Amazon.com“ ir kitose internetinėse parduotuvėse galite nusipirkti daugybę 3D spausdintuvų ir jų medžiagų. Nors 3D spausdintuvai vis dar dažniausiai randami parduotuvių grindyse ar dizaino studijose, mokyklose ir bendruomenės centruose bei mėgėjų rankose, 3D spausdintuvai vis dažniau randami ant darbastalių, poilsio kambariuose ir virtuvėse - ir galbūt namuose šalia jūsų, jei ne savo.

Kas yra 3D spausdinimas?

Paprasčiausias 3D spausdinimas yra gamybos procesas, kurio metu medžiaga klojama sluoksniais po sluoksnio, kad būtų sudarytas trimatis objektas. (Tai laikoma papildomu procesu, nes objektas yra pastatytas nuo nulio, priešingai nei atimami procesai, kai medžiaga yra pjaustoma, gręžiama, frezuojama arba apdirbama.) Nors 3D spausdintuvuose naudojamos įvairios medžiagos (tokios kaip plastikas ar metalas). ir būdai (žr. toliau „Kaip veikia 3D spausdinimas?“), jie turi bendrą galimybę paversti skaitmeninius failus, kuriuose yra trimatis duomenų, nesvarbu, ar jie sukurti naudojant kompiuterinio projektavimo (CAD), ar kompiuterinės gamybos (CAM) programą, arba iš 3D skaitytuvo - į fizinius objektus.

Ar 3D spausdinimas yra net spausdinimas?

Taip, 3D spausdinimas gali būti laikomas spausdinimu, nors ne tokiu, koks buvo tradiciškai apibrėžtas. Atitinkami Websterio „spausdinimo“ centro apibrėžimai, kaip spausdinti spaudinius, leidinius ar fotografijas ir gaminti naudojant įspūdį (spaudimas). Nei vienas apibrėžimas nelabai tinka 3D spausdinimui. Bet žvelgiant iš technologinės perspektyvos, 3D spausdinimas yra tradicinės spausdinimo išeitis, kai dedamas medžiagos (paprastai rašalo) sluoksnis. Paprastai jis yra toks plonas, kad nėra pastebimo aukščio (nors su kietojo rašalo spausdintuvais jis yra šiek tiek storesnis). Tai, ką daro 3D spausdinimas, labai padidina tą aukštį, pritaikant kelis sluoksnius. Taigi būtų prasminga išplėsti spausdinimo apibrėžimą ir apimti tokiu būdu trimačių objektų gaminimą.

Kaip veikia 3D spausdinimas?

3D spausdintuvai, kaip ir tradiciniai spausdintuvai, naudoja įvairias technologijas. Labiausiai žinomas yra lydyto nusodinimo modeliavimas (FDM), dar žinomas kaip lydyto pluošto gaminimas (FFF). Jame gija, susidedanti iš akrilnitrilo butadieno stireno (ABS), polilaktinės rūgšties (PLA) ar kito termoplastiko, yra išlydoma ir nusodinama sluoksniais per įkaitintą ekstruzijos purkštuką. Dešimtojo dešimtmečio viduryje „Stratasys“, padedami IBM, pagaminti pirmieji 3D spausdintuvai, pagaminti „Stratasys“ prekės ženklu, buvo naudojami FDM, kaip ir dauguma 3D spausdintuvų, skirtų vartotojams, mėgėjams ir mokykloms.

Kita 3D spausdinimui naudojama technologija yra stereolitografija. Jame į ultravioletiniams spinduliams jautraus fotopolimero indą sudedamas ultravioletinis lazeris, atsekdamas jo paviršiuje sukuriamą objektą. Polimeras sukietėja visur, kur liečiasi prie jo, ir pluoštas „išspausdina“ objekto sluoksnį sluoksniu pagal instrukcijas CAD ar CAM faile, iš kurio jis veikia.

Taip pat turite 3D skaitmeninio šviesos projektoriaus (DLP) spausdinimą. Šis metodas skystą polimerą apsaugo nuo skaitmeninio šviesos apdorojimo projektoriaus. Tai kietina polimerą sluoksniu iki objekto pastatymo, o likęs skystas polimeras nusausinamas.

Kelių purkštukų modeliavimas yra į rašalinius spausdintuvus panaši 3D spausdinimo sistema, purškianti spalvotą, klijus primenantį rišiklį ant iš eilės miltelių sluoksnių ten, kur bus sukurtas objektas. Tai yra vienas greičiausių būdų ir vienas iš nedaugelio, palaikančių daugiaspalvį spausdinimą.

Galima modifikuoti standartinį rašalinį spausdintuvą, naudojant kitą medžiagą, išskyrus rašalą. Verslūs „pasidaryk pats“ vartotojai sukūrė arba modifikavo spausdinimo galvutes, paprastai pjezoelektrines, kad galėtų dirbti su įvairiomis medžiagomis - kai kuriais atvejais spausdinimo galvutes išspausdinkite kituose 3D spausdintuvuose! Tokios kompanijos kaip „MicroFab Technologies“ parduoda 3D spausdinimo galvutes (taip pat ir visas spausdinimo sistemas).

Atrankiniu lazeriniu sukepinimu (SLS) naudojamas didelio galingumo lazeris plastiko, metalo, keramikos ar stiklo dalelėms sulydyti. Pasibaigus darbui, likusi medžiaga yra perdirbta. Lydydamas elektronų pluoštą (EBM), jūs atspėjote, naudoja elektronų pluoštą, kad išlydytų metalo miltelius sluoksnis po sluoksnio. Titanas dažnai naudojamas kartu su EBM sintetinant medicininius implantus, taip pat orlaivių dalis.

Priklausomai nuo technikos, 3D spausdintuvuose gali būti naudojamos įvairios medžiagos, įskaitant metalus (bet tuo neapsiribojant) (nerūdijantis plienas, lydmetalis, aliuminis ir titanas); plastikai ir polimerai (įskaitant kompozitus, kuriuose plastikai derinami su metalais, medžiu ir kitomis medžiagomis); keramika; tinkas; stiklas; ir net tokius maisto produktus kaip sūris, apledėjimas ir šokoladas! (Žr. Mūsų pradmenis apie 3D spausdintuvo kaitinimo siūlus.)

Kas išrado 3D spausdinimą?

Pirmąjį 3D spausdintuvą, kuriame buvo naudojama stereolitografijos technika, devintojo dešimtmečio viduryje sukūrė Charlesas W. Hullas. Stereolitografija iš esmės yra brangi komercinė technika, kai mašinos dažnai kainuoja 100 000 USD ar daugiau.

1986 m. „Hull“ įkūrė „3D Systems“ - kompaniją, kuri šiandien parduoda 3D spausdintuvus, kuriuose naudojamos įvairios technologijos. Jie apima nuo pradinio lygio rinkinių iki pažangių komercinių sistemų, o „3D Systems“ taip pat teikia dalių užsakomąsias paslaugas, dažniausiai verslo vartotojams.

Kokie 3D spausdinimo pranašumai?

3D spausdinimas suteikia dizaineriams galimybę greitai paversti koncepcijas 3D modeliais ar prototipais (dar vadinamais „greitu prototipų sudarymu“) ir įgyvendinti greitus dizaino pakeitimus. Tai leidžia gamintojams gaminti produktus pagal poreikį, o ne dideliais kiekiais, pagerinant atsargų valdymą ir sumažinant sandėlio plotą. Žmonės atokiose vietose gali gaminti daiktus, kurie priešingu atveju jiems būtų neprieinami.

Praktiniu požiūriu 3D spausdinimas gali sutaupyti pinigų ir medžiagų, palyginti su atimamomis technikomis, nes švaistoma labai mažai žaliavų. Tai žada pakeisti gamybos pobūdį, galų gale leisdami vartotojams atsisiųsti failus spausdinti net sudėtingus 3D objektus, įskaitant, pavyzdžiui, elektronikos prietaisus, savo namuose.

Ką gali padaryti 3D spausdintuvai?

Dizaineriai naudoja 3D spausdintuvus, kad greitai sukurtų gaminių modelius ir prototipus, tačiau jie vis dažniau naudojami ir galutiniams produktams gaminti. Tarp 3D spausdintuvais pagamintų daiktų yra batų dizainas, baldai, vaško liejiniai papuošalų gamybai, įrankiai, trikojai, dovanų ir naujovių elementai bei žaislai. Automobilių ir aviacijos pramonėje detalėms gaminti naudojami 3D spausdintuvai. Menininkai gali kurti skulptūras, o architektai gali gaminti savo projektų modelius. Archeologai naudoja 3D spausdintuvus, norėdami rekonstruoti trapių artefaktų modelius, įskaitant kai kurias senovės daiktus, kuriuos pastaraisiais metais sunaikino ISIS. Panašiai paleontologai ir jų studentai gali kopijuoti dinozaurų skeletus ir kitas fosilijas. Peržiūrėkite mūsų paprastų ir praktiškų 3D spausdintuvo objektų galeriją.

Gydytojai ir medicinos technikai gali naudoti 3D spausdinimą protezavimui, klausos aparatams, dirbtiniams dantims ir kaulų transplantacijai gaminti, taip pat atkartoti organų, navikų ir kitų vidinių kūno struktūrų modelius iš KT nuskaitymo, ruošdamiesi operacijai. Puikus pavyzdys yra projektas „Daniel“, kuriame 3D atspausdintos rankos ir rankos, skirtos smurto Sudane aukoms. Be to, kuriami 3D spausdintuvai, galintys pakloti ląstelių sluoksnius, kad būtų sukurti dirbtiniai organai (pvz., Inkstai ir kraujagyslės), jau yra MTTP stadijoje. Kriminalistikoje yra net 3D spausdinimo vieta, pavyzdžiui, atkartoti aukos viduje esančią kulką.

Spausdinta elektronika - tai spausdinimo metodų rinkinys, leidžiantis elektroninius prietaisus ar schemas atspausdinti ant lanksčios medžiagos, tokios kaip etiketės, audiniai ir kartonas, naudojant elektroninius ar optinius dažus. Tai labai nebrangiai gamina mažo efektyvumo įrenginius. Spausdinta elektronika pradedama derinti su 3D spausdinimu, leidžiančiu atspausdinti sluoksnines schemas ar įrenginius. Natūralus šio galingo kombinuoto augalo augimas yra tas, kad kada nors galbūt galėsite spausdinti įtaisus iš 3D planų, o ne pirkti.

Maisto ruošimas yra dar vienas 3D spausdintuvų naudojimo būdas. Prancūzijos kulinarijos institutas meniniams delikatesams ruošti naudojo atviro kodo 3D spausdintuvą, sukurtą Kornelio universitete, o MIT sukūrė 3D maisto spausdintuvą, vadinamą „Cornucopia“. Mažai restoranų išbando maisto spausdintuvų prototipus. NASA 3D spausdinimo tyrimai apėmė maisto produktų spausdinimą, pvz., 3D spausdintą picą.

Keletas maisto 3D spausdintuvų tapo prekyboje. Jie linkę sutelkti dėmesį į tam tikrus maisto produktus, pavyzdžiui, šokoladą, blynus ar sausainius.

Kas yra 3D spausdinimo paslaugos?

Jei norite gauti naudos iš jo, jums nereikia turėti 3D spausdintuvo. Daugelis 3D spausdinimo paslaugų, tokių kaip „Shapeways“ ir „Sculpteo“, spausdina dovanas ir kitus smulkius daiktus pagal užsakymą savo 3D spausdintuvuose, tada siunčia jas klientui. Klientai gali pateikti savo 3D objektų failus arba pasirinkti internetinio katalogo elementus, kuriuos dažniausiai kuria kiti paslaugos vartotojai.

Bet 3D spausdinimo paslaugos nebėra tik specialistų sritis. Didelės kompanijos, tokios kaip „Staples“ ir „UPS“, įdiegė 3D spausdinimo paslaugas, o kai kurios tradicinės spaustuvės įtraukė 3D spausdinimą į savo repertuarą.

Kur galima gauti 3D spausdintuvą?

Daugelis 3D spausdintuvų gamintojų savo produktus parduoda tiesiogiai internetu. Daugybė e-tailerių dabar jas sandėliuoja, įskaitant tik internetines bendroves, tokias kaip „Amazon.com“, ir kitas, kurios taip pat turi „plytų ir skiedinių“ parduotuves. Kai kurie iš pastarųjų, pavyzdžiui, „Walmart“, „Best Buy“ ir „Staples“, juos siūlo parduotuvėse ir internete, tačiau būtinai patikrinkite, ar parduotuvėse nėra parduotuvių, nes ne visi prekybos centrai juos turi. Didžiuosiuose miestuose atidarytos kelios 3D spausdintuvų parduotuvės. Pavyzdžiui, „iMakr“ turi parduotuvių vitrinas Londone ir Niujorke.

Keletas internetinių mažmenininkų specializuojasi 3D spausdintuvuose, pavyzdžiui, „Dynamism“, kuris parduoda įvairių prekių ženklų 3D spausdintuvus ir teikia klientų aptarnavimą.

Kokios programinės įrangos man reikia 3D spausdinimui?

Beveik visi 3D spausdintuvai priima failus, kurie vadinami STL formatu (pavadinti stereolitografija). Tokio tipo failus gali gaminti dauguma bet kurios CAD programinės įrangos - nuo brangių komercinių paketų, tokių kaip „AutoCAD“, iki nemokamų ar atvirojo kodo produktų, tokių kaip „Google SketchUp“ ir „Blender“. Tiems, kurie nėra linkę kurti savo 3D failų, 3D objektų duomenų bazėse, tokiose kaip „MakerBot's Thingiverse“, yra daugybė 3D objektų failų, kuriuos galima atsisiųsti ir atsispausdinti.

Daugumoje 3D spausdintuvų yra programinė įranga, tiekiama diske arba atsisiunčiama, joje yra viskas, ko reikia spausdinimui. Rinkiniai paprastai pateikia spausdintuvo ir pjaustyklės valdymo programą, kuri, ruošdamasi spausdinti, suformuoja objekto failą į sluoksnius pagal pasirinktą skiriamąją gebą ir kitus veiksnius. Kai kuriuose rinkiniuose yra programa, skirta „išgydyti“ objekto failą ištaisant problemas, kurios gali trukdyti sklandžiam spausdinimui. Programos išėjo iš „RepRap“ atvirojo kodo judėjimo, iš kurio vystėsi mėgėjų 3D spausdinimas. Kai kuriuos spausdintuvus galite pasirinkti atsisiunčiamas atskiras komponentų programas, užuot naudojęsi komplekte esančiomis galimybėmis.

Ką ateitis laukia 3D spausdinimo?

Galima lengvai įsigyti įvairių 3D spausdintuvų namams ir mažoms įmonėms - „PCMag“ peržiūrėjo nemažai jų, tačiau jie vis dar dažnai laikomi egzotiškais ir gana brangiais kontraktais. Tikėkitės, kad per artimiausius kelerius metus tai pasikeis, kai 3D spausdintuvai taps įprastesni namuose - juos rasite ant darbo stalo, studijose, namų biuruose ir net virtuvėje. Galbūt jų nerasite kiekviename namų ūkyje, tačiau jie taps nepakeičiami tiems žmonėms, kurie juos turi. Dažniausiai 3D spausdintuvais sukurti daiktai turėjo vienalytį interjerą, tačiau pradėsime matyti sudėtingesnius kūrinius, apjungiančius daugybę medžiagų ir kompozicijų, taip pat spausdinamą elektroniką. Jei prarasite televizoriaus nuotolinio valdymo pulto akumuliatoriaus dangtelį, naudodami šiandieninius 3D spausdintuvus, galite atspausdinti atsarginį dangtelį. Jei rytoj prarasite nuotolinio valdymo pultą, galėsite atsispausdinti naują pultelį.

Be to, 3D spausdinimas įgauna stabilumą kosmose. Tarptautinėje kosminėje stotyje NASA eksperimentuoja su 3D spausdintuvais. Galiausiai 3D spausdintuvai gali būti naudojami kuriant buveines Marse ir kituose pasauliuose. Norėdami išgelbėti „Apollo 13“ astronautus nuo mirštančiojo anglies monoksido asfiksijos, NASA iš tikrųjų turėjo rasti būdą, kaip į apvalią skylę įstatyti kvadratinį kaištį. Jei laive būtų 3D spausdintuvas, jie galėjo lengvai išspręsti problemą suprojektuodami ir atsispausdinę jungtį.

Astronautai negali pasisukti „Home Depot“, jei jiems reikia pakeisti vožtuvą ar valdiklį, tačiau 3D spausdintuvas gali jį pagaminti pagal poreikį. Panašiai pamatysime 3D spausdintuvus Antarkties bazėse ir kitose atokiose žemiškose vietose, kur žmonės negali laukti šešių mėnesių, kol bus pakeistas kitas būtiniausias dalis ar įrankius.

Medicininis 3D spausdinimo pritaikymas nesibaigia protezavimu, klausos aparatais ir dantų vainikėliais. (Žr. „Ką gali padaryti 3D spausdintuvai?“ Aukščiau, norėdami pamatyti, kas yra kūriniuose.) Pakaitinės dalys neturi būti ribojamos tik mechaninėmis.

Per pastaruosius kelerius metus mes pastebėjome 3D spausdintuvų įvairovės ir naudojimo sprogimą. Tai panašu į tai, kur asmeninis kompiuteris buvo maždaug 1980 m. Nors pakankamai lengva pamatyti kai kurias sritis, į kurias atšoks 3D spausdinimo sritis, kitos yra mūsų galimybių numatyti ribos, kaip ir niekas 1980 m. Galėjo įsivaizduoti daug ką. asmeninis kompiuteris virstų. Gali būti, kad 3D spausdinimas gali neturėti tokio paties poveikio kaip kompiuteris, tačiau jis gali pakeisti gamybos revoliuciją ir, kas dar svarbiau, perduoti ją kasdienių vartotojų rankoms. Vis dėlto vienas dalykas yra tikras: 3D spausdinimas yra tam, kad liktų.

Norėdami gauti daugiau informacijos, skaitykite mūsų 10 geriausių 3D spausdintuvų vadovą ir kai kurias ankstyvojo vartotojo įžvalgas.