Čo je 3D tlač?

3D tlač je súborom technológií, ktoré sa všetky snažia odpovedať na otázku: „Aký je najlepší spôsob, ako vyrobiť akýkoľvek jednotlivý fyzický objekt tak, že ho vytvoríte vrstvu po vrstve? Pomocou 3D tlače zvyčajne postavíte bochník chleba plátok po plátku.

Všetky technológie fungujú odlišne, ale jedna z najbežnejších FDM (Fused Deposition Modelling) pracuje s tlačovou hlavou, do ktorej je privádzané plastové vlákno (zvyčajne ABS, rovnaký plast, z ktorého sa vyrába LEGO).

3D súbor skontroluje softvér, aby sa zistilo, či je možné ho vytlačiť.

Softvér potom rozdelí súbor na plátky a odošle ho do počítača.

Cez tlačovú hlavu sa vedie plastové vlákno.

Vlákno sa roztaví a hlava ho potom uloží na stavebnú platformu.

Hlava sa pohybuje okolo ukladania materiálu tak, že tvorí spodný rez predmetu.

Hlava sa vráti do východiskovej polohy a plošina sa spustí.

Hlava potom vytvorí novú vrstvu na prvej a to sa opakuje, kým nie je objekt hotový.

Pre DIY simuláciu vytlačte tubu zubnej pasty z ruky.

Ak by sme postavili tvar pohára na víno, narazili by sme na problém. Ak by sme chceli vytlačiť misku skla, plast by prešiel všade. Z tohto dôvodu moderné stroje (a čoskoro aj stolné stroje) ukladajú podporný materiál. S nosným materiálom má tlačová hlava dva extrudéry, jeden nanáša stavebný materiál a druhý nosný materiál. Takže pri stavbe pohára na víno by ste v skutočnosti postavili tvar valca, ktorý siaha až po najvzdialenejšie miesta misky pohára.

Tlačová hlava by vytlačila stavebný materiál pre časti vrstvy, ktoré by skončili ako pohár na víno, a tiež vytlačila veľa podporného materiálu, takže akonáhle bude potrebné postaviť previsnutú konštrukciu, môže sa na ňu postaviť stavebný materiál. Takže skončíte s plastovým valcom, v ktorom je váš pohár na víno. Potom môžete použiť vodu alebo kúpeľ s rozpúšťadlom (existuje veľa spôsobov) na zmytie nosného materiálu a zostane vám konečný predmet.

Tu je video, ktoré ukazuje, ako tento proces funguje (zverejnenie, video vytvorila spoločnosť Materialize, pre ktorú som pracoval):

Tu je ďalšie video od Shapeways (zverejnenie, tiež som tam pracoval), ktoré vám ukazuje nejaký podporný materiál a jeho odstránenie:

FDM vám poskytuje vysokú rozmerovú presnosť, ale diely sú vo všeobecnosti menej atraktívne ako diely vyrobené inými technológiami.

Selektívne laserové spekanie

 

 

Selektívne spájanie laserom alebo laserové spekanie je odlišný proces, pri ktorom sa nanáša jemný plastový prášok (PA12 podobný nylonu) a laser speká časti, ktoré sa stanú vaším modelom. Zvyšok prášku slúži ako podpora. Potom sa nanesie nová vrstva a proces sa opakuje. Potom vám zostane blok jemného prášku, ktorý drží vaše časti. SLS pôsobí ako džínsy a má skvelé mechanické vlastnosti, ale materiál je porézny, takže absorbuje nečistoty a tekutiny. Hore je krídlo UAV postavené s SLS.

DMLS

 

 

Môžete tiež 3D tlačiť titán a oceľ pomocou DMLS (Direct Metal Laser Sintering), ktorý funguje rovnakým spôsobom, ale s titánovým práškom. Tu môžete vidieť, ako sa vyrába čeľustný implantát:

DMLS vám dáva kovové časti a veľmi vysokú pevnosť, ale okrem podpory pochádzajúcej z nespekaného prášku je potrebné vyrobiť ďalšie nosné konštrukcie z dôvodu vysokých teplôt pôsobiacich na diel. Tieto sa musia odstrániť ručne pomocou flexi alebo iného obrábacieho stroja.

EBM

 

 

Electon Beam Melting (EBM) pracuje s usmerneným lúčom elektrónov. EBM má hrubšiu povrchovú štruktúru ako iné procesy, ale vďaka tomu je ideálne vhodný pre implantáty. Každý rok sa pomocou EBM vyrobí viac ako 30{1}} ortopedických implantátov.

3D tlač

 

Skutočný správny názov pre všetky technológie 3D tlače je aditívna výroba, no verejnosť si ako termín zvolila 3D tlač. 3D tlač je vlastne názov jednej sady technológií odvodených od patentu MIT 3D tlače, kde tlačová hlava (rovnaká ako vo vašej tlačiarni Hewlett-Packard) prechádza cez vrstvu prášku a spája tento materiál spojivom. Týmto procesom môžete tlačiť farebne a to robia stroje Zcorp. Použitím rovnakej technológie, ale so zložitejším procesom, dokáže ExOne tlačiť kov. Časti Zcorp majú farbu, ale sú krehké. ExOne vyrába kovové diely lacno (oceľový snubný prsteň stojí 8 dolárov), ale má nižšiu rozmerovú presnosť a vyžaduje pomerne veľa času.

Voxeljet používa rovnakú technológiu na tlač piesku a PMMA a tento proces sa používa na odlievanie mnohých čerpadiel a iných priemyselných strojov. Voxeljet má v súčasnosti najväčšiu 3D tlačiareň na svete, ktorá má stavebný objem 4 x 2 x 1 meter.

 

Stereolitografia

 

Stereolitografia bola vlastne prvá technológia, ktorá bola komercializovaná a vynašiel ju Chuck Hull v 3D Systems. Lasery sa hromadia a objekt v kúpeli živice. Tento proces vám dáva veľkú hladkosť a pekne vyzerajúce časti, ale vyžaduje si krok po vytvrdnutí a podporné štruktúry sa musia odstrániť ručne. Na fotografii vyššie môžete vidieť podporné konštrukcie držiace repliku múmie kráľa Tuta (všimnite si mriežkovú podpornú konštrukciu držiacu hlavu). Časti SLA sú tiež zvyčajne menej odolné voči opotrebovaniu v reálnom svete a používajú sa na veci, ako sú prototypy, pretože vyzerajú dobre a vyzerajú úžasne po dokončení. Príklad interiéru auta Citroen GT a prístrojovej dosky, ktorý vidíte nižšie, video zobrazuje lampu vyrobenú pomocou SLA.

 

Envisiontec

 

(Zverejnenie, v súčasnosti robím konzultačnú prácu pre Envisiontec) Zatiaľ čo takmer všetky technológie 3D tlače fungujú vrstvu po vrstve, existujú výnimky. S Envisiontec sa používa digitálne spracovanie svetla (rovnaká technológia ako v DLP projektoroch a DLP TV). Kvapalná živica sa vytvrdzuje a spevňuje pomocou projektora DLP, ktorý na ňu premieta obraz voxelu (objemový pixel). Veľkosť a tvar výsledného vytlačeného voxelu sa môže líšiť v závislosti od obrázka. Envisiontec nedokáže vyrobiť skutočne veľké veci, ale vyrába malé a veľmi podrobné veci, ako sú načúvacie prístroje na mieru, zubné implantáty a formy na šperky. Vyššie môžete vidieť zásobník na zostavenie načúvacích prístrojov. Viac ako 10,000,{3}} párov načúvacích prístrojov bolo vytlačených 3D tlačou. Druhé video je v nemčine, ale ukazuje vám, ako túto technológiu využívajú zubári.

 

Objekt

Objekt funguje, keď je fotopolymér nanesený atramentovou tlačovou hlavou. Výsledná vrstva sa potom vytvrdí UV lampou. Tradičným problémom s Objetom bolo, že diely vyrobené s ním boli veľmi krehké, ale zlepšili materiály. Najzaujímavejšia vec na Objet je, že dokáže tlačiť multimateriálovú 3D tlač, takže môžete napríklad vyrábať veci s rôznou hustotou a tvrdosťou. Rukoväť holiaceho strojčeka nižšie môže byť čiastočne ohybná a v iných častiach pevná, pričom má mäkké podložky, a to všetko v jednom výtlačku (je zábavné, že holiaci strojček nižšie môže byť prípadom porušenia autorských práv, pretože Gillette má patenty pokrývajúce výrobu 3D tlačených holiacich strojčekov, 3D, takže to môže znamenať, že toto je tvar, ktorý nesmiete vytvoriť. Patent EP2266727A1 - Spôsob výroby funkčnej kazety holiaceho strojčeka a funkčnej kazety holiaceho strojčeka)

 

Prečo je 3D tlač užitočná?

3D tlač vám umožňuje rýchlo vytvárať jedinečné tvary bez počiatočných nákladov. V tradičnej hromadnej výrobe strávite osem týždňov výrobou formy a nástrojov a osem týždňov musíte čakať, kým vám veci dorazia z Číny. Forma vás môže stáť od 10 USD,000 do 200 USD,000, ale akonáhle si vynaložíte čas a náklady na výrobu tejto formy, môže vypľuť milión rovnakých vecí vysokou rýchlosťou za veľmi nízke náklady.

S 3D tlačiarňou musí byť objekt postavený individuálne v stroji. Hneď ako budete mať návrh, môžete začať tlačiť. Ale kvôli nákladom na materiály a cene stroja a priestoru, ktorý súčiastka v stroji zaberá (nákup, vnútorný objem a rýchlosť), bude vaša vec zvyčajne drahšia ako položka vyrobená vstrekovaním. Takže 3D tlačená lampa vás môže stáť 80 dolárov, zatiaľ čo vstrekovaná lampa bude stáť 1 dolár. Ale s 3D tlačou by ste mohli vytvoriť tisíce variácií tejto lampy a všetky tieto vytlačiť bez dodatočných nákladov alebo času, pričom každá stojí 80 dolárov (väčšie lampy budú drahšie a môžu byť náklady na prispôsobenie dizajnu).

3D tlač vyniká vo výrobe jedinečných vecí. Veci, ktoré je potrebné vyrobiť len raz, veci, ktoré sú individualizované, veci, ktoré majú byť krásne len pre jedného človeka.

Prečo je 3D tlač revolučná?

Pomocou 3D tlače môžete tlačiť v blízkosti zákazníka alebo dokonca u vás doma. Pretože mnohé z vecí, ktoré nás obklopujú, sú hromadne vyrábané, sú tieto veci nanič. Majú sa vyrábať v miliónoch, pretože tak fungujú tieto masové výrobné procesy. Majú teda osloviť veľké množstvo ľudí bez toho, aby uspokojili niekoho potreby. Pomocou 3D tlače môžete vyrábať a navrhovať jedinečné veci a vyrábať veci pre jednu osobu. Môžete tiež vyrábať tvary, ktoré sa nedajú vyrobiť žiadnym iným spôsobom. Odlišnou výrobou môžete vyrábať veci na požiadanie alebo opakovať a testovať svoj dizajn a zároveň neustále vyrábať lepšie veci. Môžeme tiež spolupracovať a zdieľať návrhy a vylepšovať ich pomocou softvéru, a tým zlepšiť kvalitu všetkých vecí. Budeme tiež schopní demokratizovať výrobu a potenciálne necháme kohokoľvek vyrobiť čokoľvek. To bude mať zásadný vplyv na náš svet.

Pre viac informácií môžete skontrolovať túto odpoveď:
Prečo sa o 3D tlači hovorí ako o tretej priemyselnej revolúcii?

Priemysel 3D tlače

Odvetvie 3D tlače predstavuje odvetvie 2 USD,000,000,{4}}, ktorého príjmy od roku 1989 rastú o 26 percent ročne. Zatiaľ čo sa médiá zameriavajú na domácu 3D tlač, takmer celé odvetvie je medzi podnikmi.

Mnoho spoločností používa 3D tlačiarne na prototypovanie vecí. Používajú ich na rýchlejšie testovanie návrhov a vývoj produktov. Iné spoločnosti využívajú technológiu na výrobu krátkych dielov, náhradných dielov alebo malosériovú výrobu. Používa sa v automobilových pretekoch na výrobu dielov a tiež pri úpravách automobilov a v takých veciach, ako je prístrojová doska Veyron. Časti na Dreamliner a Airbus A380 sú tlačené 3D a používa sa v lekárskych prototypoch, chirurgických vodidlách a implantátoch. Všade tam, kde je potreba unikátu so špecifickým dizajnom, nájdete 3D tlač. Vo svojom jadre je prísľub 3D tlače ako technológia splnenia prianí, ktorá nám umožní vysnívať čokoľvek a zrealizovať to.

Aké sú niektoré z obmedzení 3D tlače?

Stroje sú príliš drahé a nespoľahlivé.
Materiály nie sú dostatočne pevné.
Mnoho 3D tlačených dielov nevyzerá dostatočne dobre.
Je príliš ťažké navrhnúť pre 3D tlač.
Problém s prázdnym plátnom znamená, že často nie sme inšpirovaní alebo sa dokonca bojíme niečo vytvoriť.
Stroje nie sú dostatočne rýchle.
Mnohé časti nie sú dostatočne hladké.
atď.