Czym jest drukowanie 3D?

Drukowanie 3D lub produkcja addytywna to proces tworzenia trójwymiarowych brył z pliku cyfrowego.

Tworzenie obiektu drukowanego 3D uzyskuje się za pomocą procesów addytywnych. W procesie addytywnym obiekt jest tworzony przez układanie kolejnych warstw materiału, dopóki obiekt nie zostanie utworzony. Każda z tych warstw może być postrzegana jako cienki plaster poziomego przekroju ewentualnego obiektu.

Druk 3D jest przeciwieństwem produkcji subtraktywnej, która polega na wycinaniu / wydrążaniu kawałka metalu lub plastiku na przykład za pomocą frezarki.

Drukowanie 3D umożliwia tworzenie złożonych (funkcjonalnych) kształtów przy użyciu mniejszej ilości materiałów niż tradycyjne metody produkcji.

Jak działa drukowanie 3D?


Wszystko zaczyna się od stworzenia modelu 3D na twoim komputerze. Ten cyfrowy projekt to na przykład plik CAD (Computer Aided Design). Model 3D jest tworzony od podstaw za pomocą oprogramowania do modelowania 3D lub w oparciu o dane wygenerowane za pomocą skanera 3D. Dzięki skanerowi 3D możesz utworzyć cyfrową kopię obiektu.


Skanery 3D



Obecnie ceny skanerów 3D wahają się od drogich skanerów 3D klasy przemysłowej do 30 dolarów skanerów DIY, które każdy może wykonać w domu. Stworzyliśmy poręczny przewodnik po technologii skanowania właśnie tutaj, oceniając je według ceny, szybkości, precyzji i możliwości oprogramowania.


Oprogramowanie do modelowania 3D



Oprogramowanie do modelowania 3D ma wiele postaci. Istnieje oprogramowanie klasy przemysłowej, które kosztuje tysiące rocznie na licencję, ale także darmowe oprogramowanie open source, jak na przykład Blender , design spark mechanical. Możesz znaleźć samouczki wideo dla początkujących na naszej stronie samouczka Blendera.

Oprogramowanie do modelowania 3D jest często tworzone z myślą o funkcjach przemysłu użytkownika. Doprowadziło to do powstania oprogramowania dostosowanego do konkretnych nisz. W rezultacie na rynku istnieją aplikacje, które zaspokajają potrzeby lotnictwa i transportu, projektowania mebli lub tkanin i mody wśród wielu innych.

Z tego powodu, kiedy zaczynasz, ilość wyborów może być nieco przytłaczająca, zalecamy rozpoczęcie od Tinkercad. Tinkercad jest dostępny za darmo i działa w przeglądarkach obsługujących WebGL, na przykład Google Chrome. Oferują lekcje dla początkujących i mają wbudowaną opcję drukowania obiektu za pośrednictwem usługi drukowania 3D.

Teraz, gdy masz model 3D, następnym krokiem jest przygotowanie go, aby można było go wydrukować w 3D.


Krojenie: od modelu 3D do drukarki 3D



Będziesz musiał pociąć model 3D, aby można go było wydrukować w 3D. Krojenie polega na podzieleniu modelu 3D na setki lub tysiące poziomych warstw i odbywa się za pomocą oprogramowania do krojenia.

Czasami można wyciąć plik 3D w oprogramowaniu do modelowania 3D lub w samej drukarce 3D. Możliwe jest również, że będziesz musiał użyć określonego narzędzia do krojenia dla pewnej drukarki 3D.

Gdy model 3D zostanie pocięty na plasterki, możesz go podać do drukarki 3D. Można to zrobić za pomocą USB, SD lub Wi-Fi. To zależy od marki drukarki 3D, z którą pracujesz. Gdy plik jest przesyłany do drukarki 3D, obiekt jest gotowy do wydrukowania 3D warstwa po warstwie.


Dowiedz się, jak drukować w 3D - od czego zacząć?



Rozpoczęcie pracy z drukowaniem 3D oznacza zadawanie sobie pytań, czego chciałbyś się najpierw nauczyć. Czy jesteś zainteresowany sprzętem, czy chcesz skupić się na wyniku końcowym - tworzeniu obiektów? Udzielenie odpowiedzi na to pytanie może doprowadzić do podjęcia decyzji, czy należy kupić wstępnie zmontowaną drukarkę 3D lub zestaw do drukarki 3D DIY. Przeczytaj więcej w naszym przewodniku dla kupujących drukarki 3D dla początkujących.



Która drukarka 3D jest dla Ciebie odpowiednia?


Chcesz kupić drukarkę 3D, ale masz napięty budżet? Rozpoczęcie podróży do drukowania 3D nie musi być kosztowne. Istnieje wiele tanich drukarek 3D poniżej 1000 zł.

Oprócz powyższych przykładów, istnieje kilka różnych elementów, które pomogą zdecydować, jaka najlepsza drukarka 3D jest dla Ciebie. Czy będzie używany w klasie? Czy będzie używany do produkcji małych partii? Aby uzyskać więcej informacji, przeczytaj nasz przewodnik dla kupujących: najlepsze drukarki 3D w 2019 roku.


Przemysł druku 3D



Oczekuje się, że światowy przemysł druku 3D wzrośnie z 3,07 mld USD przychodów w 2013 r. Do 12,8 mld USD do 2018 r., A do 2020 r. Przekroczy 21 mld USD światowych przychodów. Wraz z rozwojem technologia druku 3D ma na celu przekształcenie niemal każdej dużej branży i zmianę sposób, w jaki żyjemy, pracujemy i bawimy się w przyszłości.

Branża druku 3D obejmuje wiele form technologii i materiałów. Kiedy większość ludzi myśli o drukowaniu 3D, wizualizują prostą drukarkę 3D, ale to tylko wierzchołek góry lodowej. Druk 3D można podzielić na metal, tkaniny, bio i cały szereg innych branż. Z tego powodu ważne jest, aby postrzegać je jako klaster różnych branż z wieloma różnymi aplikacjami.

Rodzaje technologii i procesów drukowania 3D

Istnieje kilka sposobów drukowania 3D. Wszystkie te technologie są addytywne, różniące się głównie sposobem tworzenia warstw w celu utworzenia obiektu.


Niektóre metody wykorzystują materiał topiący lub zmiękczający do wytłaczania warstw. Inni leczą fotoreaktywną żywicę laserem UV (lub innym podobnym źródłem światła) warstwa po warstwie.


Mówiąc dokładniej: od 2010 r. Grupa American Society for Testing and Materials (ASTM) „ASTM F42 - Produkcja addytywna” opracowała zestaw standardów, które klasyfikują procesy wytwarzania addytywnego w 7 kategoriach zgodnie ze standardową terminologią technologii wytwarzania addytywnego. Te siedem procesów to:

1. Fotopolimeryzacja

Drukarka 3D oparta na metodzie fotopolimeryzacji Vat ma pojemnik wypełniony żywicą fotopolimerową, która jest następnie utwardzana źródłem światła UV.


2. Stereolitografia (SLA)



Najczęściej stosowaną technologią w tym procesie jest stereolitografia (SLA). Technologia ta wykorzystuje kadź płynnej żywicy fotopolimerowej utwardzanej ultrafioletem i laser ultrafioletowy do budowy warstw obiektu pojedynczo. Dla każdej warstwy wiązka laserowa śledzi przekrój wzoru części na powierzchni ciekłej żywicy. Ekspozycja na światło lasera ultrafioletowego utwardza ​​i zestala wzór prześledzony na żywicy i łączy go z warstwą poniżej.

Po prześledzeniu wzoru platforma windy SLA opada o odległość równą grubości pojedynczej warstwy, zwykle 0,05 mm do 0,15 mm (0,002 ″ do 0,006 ″). Następnie ostrze wypełnione żywicą omiata przekrój części, ponownie pokrywając ją świeżym materiałem. Na tej nowej powierzchni cieczy śledzony jest kolejny wzór warstwy, łączący poprzednią warstwę. Cały trójwymiarowy obiekt jest tworzony przez ten projekt. Stereolitografia wymaga użycia konstrukcji wsporczych, które służą do przymocowania części do platformy windy i utrzymania obiektu, ponieważ unosi się on w basenie wypełnionym płynną żywicą. Są one usuwane ręcznie po zakończeniu obiektu.

Ta technika została wynaleziona w 1986 r. Przez Charlesa Hulla, który w tym czasie założył firmę 3D Systems.

3. Cyfrowe przetwarzanie światła (DLP)



DLP lub Digital Light Processing odnosi się do metody drukowania wykorzystującej lekkie i światłoczułe polimery. Chociaż jest bardzo podobny do stereolitografii, kluczową różnicą jest źródło światła. DLP wykorzystuje tradycyjne źródła światła, takie jak lampy łukowe.

W większości form DLP, każda warstwa o pożądanej strukturze jest rzutowana na kadź ciekłej żywicy, która jest następnie zestalana warstwa po warstwie, gdy płyta konstrukcyjna przesuwa się w górę lub w dół. Ponieważ proces wykonuje każdą warstwę sukcesywnie, jest szybszy niż większość form drukowania 3D.

Drukarki 3D Anycubic Photon oraz Anycubic Photon S, to przykłady drukarek DLP.

4. Ciągła produkcja interfejsu cieczy (CLIP)



Najnowszy i najszybszy proces wykorzystujący fotopolimeryzację Vat nazywa się CLIP, skrót od Continuous Liquid Interface Production, wynaleziony przez firmę Carbon.
Cyfrowa synteza światła

Sercem procesu CLIP jest technologia Digital Light Synthesis. W tej technologii światło z niestandardowego silnika LED o wysokiej wydajności wyświetla sekwencję obrazów UV odsłaniając przekrój części drukowanej 3D, powodując, że żywica utwardzalna promieniowaniem UV częściowo utwardza ​​się w precyzyjnie kontrolowany sposób. Tlen przenika przez przepuszczalne dla tlenu okno, tworząc cienki ciekły interfejs nieutwardzonej żywicy między oknem a drukowaną częścią znaną jako strefa martwa. Martwa strefa jest cienka jak dziesięć mikronów. W martwej strefie tlen uniemożliwia utwardzanie żywicy znajdującej się najbliżej okna, umożliwiając w ten sposób ciągły przepływ cieczy pod drukowaną częścią. Tuż nad martwą strefą światło emitowane przez promieniowanie UV w górę powoduje kaskadowe utwardzanie części.

Samo drukowanie ze sprzętem węglowym nie pozwala na zastosowanie właściwości końcowych w rzeczywistych aplikacjach. Gdy światło ukształtuje część, drugi programowalny proces utwardzania osiąga pożądane właściwości mechaniczne poprzez wypalanie 3d części drukowanej w łaźni termicznej lub piekarniku. Zaprogramowane utwardzanie termiczne określa właściwości mechaniczne, wywołując wtórną reakcję chemiczną, powodując wzmocnienie materiału w celu osiągnięcia pożądanych właściwości końcowych.

Części drukowane za pomocą Digital Light Synthesis ™ są znacznie bardziej podobne do części formowanych wtryskowo. Digital Light Synthesis ™ zapewnia spójne i przewidywalne właściwości mechaniczne, tworząc części, które są stałe wewnątrz.

Rozpylanie materiałów
W tym procesie materiał jest nakładany kroplami przez dyszę o małej średnicy, podobnie jak działa zwykła drukarka papierowa do druku atramentowego, ale jest nakładany warstwa po warstwie na platformę konstrukcyjną tworząc obiekt 3D, a następnie utwardzany światłem UV.

Rozpylanie spoiwa
Przy użyciu spoiwa stosuje się dwa materiały: sproszkowany materiał bazowy i ciekły środek wiążący. W komorze budowania proszek jest rozprowadzany w równych warstwach, a spoiwo jest nakładane przez dysze strumieniowe, które „kleją” cząstki proszku w kształcie zaprogramowanego obiektu 3D. Gotowy przedmiot jest „sklejany” spoiwem, które pozostaje w pojemniku z proszkowym materiałem bazowym. Po zakończeniu drukowania pozostały proszek jest czyszczony i używany do drukowania 3D następnego obiektu. Technologia ta została po raz pierwszy opracowana w Massachusetts Institute of Technology w 1993 r., Aw 1995 r. Z Corporation uzyskała wyłączną licencję.

5. Wytłaczanie materiału (FDM)



Najczęściej stosowaną technologią w tym procesie jest Fused Deposition Modeling (FDM).
Fused Deposition Modeling (FDM)
Modelowanie osadzania topionego (FDM), metoda szybkiego prototypowania: 1 - wyrzucanie dyszy stopionego materiału (plastik), 2 - osadzony materiał (modelowana część), 3 - sterowany ruchomy stół. Źródło obrazu: Wikipedia, wykonane przez użytkownika Zureks na licencji CC Attribution-Share Alike 4.0 International.

Technologia FDM działa przy użyciu plastikowego włókna lub drutu metalowego, który jest rozwijany z rolki i doprowadza materiał do dyszy wytłaczającej, która może włączać i wyłączać przepływ. Dysza jest podgrzewana w celu stopienia materiału i może być przemieszczana zarówno w kierunku poziomym, jak i pionowym za pomocą mechanizmu sterowanego numerycznie, bezpośrednio kontrolowanego przez pakiet oprogramowania komputerowego do wytwarzania (CAM). Przedmiot jest wytwarzany przez wytłaczanie stopionego materiału z wytworzeniem warstw, gdy materiał twardnieje natychmiast po wytłoczeniu z dyszy. Technologia ta jest najczęściej stosowana z dwoma rodzajami plastikowych drukarek 3D: ABS (akrylonitryl-butadien-styren) i PLA (kwas polimlekowy). Chociaż dostępnych jest wiele innych materiałów, od właściwości drewna po elastyczne i nawet przewodzące materiały.

FDM został wynaleziony przez Scott Crump pod koniec lat 80-tych. Po opatentowaniu tej technologii założył firmę Stratasys w 1988 r. Termin Fused Deposition Modeling i jego skrót od FDM są znakami towarowymi firmy Stratasys Inc.

Drukarki 3D Anycubic Mega, Anycubic Raptor, Anycubic 4max Pro, Flashforge Guider II, Flashforge Finder

to przykłady drukarek DLP.

6. Fused Filament Fabrication (FFF)



Dokładnie równoważny termin „Fused Filament Fabrication” (FFF) został ukuty przez członków projektu RepRap, aby dać wyrażenie, które byłoby prawnie nieograniczone w jego użyciu.

Istnieje wiele różnych konfiguracji drukarki FFF 3D. Najpopularniejsze układy to:

    Głowica kartezjańska-XY
    Głowica kartezjańska-XZ
    Delta
    Core XY



7. Spiekanie laserowe (SLS)



Najczęściej stosowaną technologią w tym procesie jest selektywne spiekanie laserowe (SLS).
Selektywne spiekanie laserowe (SLS)

SLS wykorzystuje laser dużej mocy do łączenia małych cząstek proszków plastikowych, ceramicznych lub szklanych w masę o pożądanym trójwymiarowym kształcie. Laser selektywnie łączy sproszkowany materiał poprzez skanowanie przekrojów (lub warstw) generowanych przez program modelowania 3D na powierzchni złoża proszku. Po zeskanowaniu każdego przekroju łoże proszku jest obniżane o jedną warstwę grubości. Następnie nakłada się nową warstwę materiału na wierzch i proces powtarza się, aż obiekt zostanie ukończony.

Schemat systemu SLS. Źródło obrazu: Wikipedia od użytkownika Materialgeeza na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Na tych samych warunkach 3.0 Unported
Bezpośrednie spiekanie laserowe metalu (DMLS)

DMLS jest zasadniczo taki sam jak SLS, ale używa metalu zamiast plastiku, ceramiki lub szkła.

Cały nietknięty proszek pozostaje taki, jaki jest i staje się strukturą nośną dla obiektu. Dlatego nie ma potrzeby stosowania jakiejkolwiek struktury wsparcia, która jest zaletą w stosunku do SLS i SLA. Cały niewykorzystany proszek można wykorzystać do następnego wydruku. SLS został opracowany i opatentowany przez dr Carla Deckarda z University of Texas w połowie lat 80., pod patronatem DARPA.
Laminowanie blachy

Laminowanie blachy obejmuje materiał w arkuszach, który jest związany ze sobą siłą zewnętrzną. Arkusze mogą być metalem, papierem lub formą polimeru. Blachy są zgrzewane ze sobą za pomocą zgrzewania ultradźwiękowego warstwami, a następnie frezowane CNC w odpowiedni kształt. Można również stosować arkusze papieru, ale są one klejone klejem i cięte w kształcie precyzyjnymi ostrzami. Wiodącą firmą w tej dziedzinie jest Mcor Technologies.
Nakładanie energii ukierunkowanej

Proces ten jest najczęściej wykorzystywany w przemyśle metalowym high-tech oraz w szybkich zastosowaniach produkcyjnych. Urządzenie drukujące 3D jest zwykle przymocowane do wieloosiowego ramienia robota i składa się z dyszy, która osadza metalowy proszek lub drut na powierzchni i źródło energii (laser, wiązka elektronów lub łuk plazmowy), który topi go, tworząc stały obiekt.