Drukowanie 3D to proces produkcyjny, który tworzy trójwymiarowy, fizyczny obiekt z pliku cyfrowego. Proces ten nazywa się wytwarzaniem addytywnym, co oznacza, że materiał jest dodawany, a nie usuwany.
Dzięki drukowaniu 3D tworzysz cyfrowy projekt 3D w programie do modelowania, znanym jako oprogramowanie CAD, a następnie używasz drukarki 3D do wytwarzania warstw materiału w celu utworzenia gotowego obiektu. Firmy, naukowcy, lekarze, hobbyści i nie tylko wykorzystują drukowanie 3D do różnych zastosowań.
Oto spojrzenie na to, jak powstało drukowanie 3D, jak to działa, do czego jest używane i co przyniesie przyszłość tej technologii.
Drukowanie 3D może być częścią Twojego ulubionego filmu. Rekwizyty w filmach takich jak Czarna Pantera, Iron Man, Avengers i Gwiezdne Wojny wykorzystują druk 3D, co pozwala scenografom tworzyć i odtwarzać rekwizyty łatwo i niedrogo.
Historia (i przyszłość) druku 3D
Na początku lat 80. pojawiła się technologia druku 3D, znana jako technologia szybkiego prototypowania lub RP. W 1980 r. dr Kodama z Japonii złożył wniosek patentowy dotyczący technologii RP, ale proces ten nie został ukończony.
W 1984 roku Charles "Chuck" Hull wynalazł proces, który nazwał stereolitografią, w którym do krzepnięcia materiału i tworzenia obiektu 3D warstwa po warstwie używano światła UV. W 1986 roku Hull otrzymał patent na swój aparat do stereolitografii, czyli maszynę SLA.
Chuck Hull utworzył 3D Systems Corporation, jedną z największych firm technologicznych 3D na świecie.
Inne procesy i technologie drukowania 3D były opracowywane w tym samym czasie, a dalsze ulepszenia były kontynuowane w latach 90. i na początku XXI wieku. Nadal jednak głównym celem technologii druku 3D było prototypowanie i zastosowania przemysłowe.
Technologia drukowania 3D zaczęła być zauważana przez media głównego nurtu w 2000 roku, kiedy stworzono pierwszą nerkę wydrukowaną w 3D, chociaż udany przeszczep nerki 3D nastąpił dopiero w 2013 roku. W 2004 roku projekt RepRap miał drukarka 3D drukuje inną drukarkę 3D. Więcej uwagi mediów przyciągnęło w 2008 roku pierwsza wydrukowana proteza kończyny w 3D.
Inne postępy 3D szybko nastąpiły, w tym dom wydrukowany w 3D, do którego rodzina wprowadziła się w 2018 roku.
Dziś drukowanie 3D to nie tylko prototypy i produkcja przemysłowa. Hobbyści, naukowcy i wszyscy pośrednicy używają drukowania 3D do wytwarzania produktów, towarów konsumpcyjnych, postępów w medycynie, materiałów edukacyjnych i nie tylko. Szybko staje się bardziej przydatny dla codziennego konsumenta.
Oscar Adelman, dyrektor generalny Remi, mówi, że proces ten staje się coraz bardziej popularny na przykład w branży stomatologicznej. Dokładność druku 3D jest niewiarygodnie imponująca i może pomóc klientom dentystycznym zaoszczędzić nawet 80 procent na produktach w porównaniu z tradycyjnymi cenami gabinetów dentystycznych.
„Ponieważ technologia drukowania stanie się szybsza, tańsza i bardziej powszechna, zobaczymy, że branże takie jak sektor stomatologiczny w coraz większym stopniu polegają na technologii w codziennych procedurach” – mówi.
Druk 4D jest już w drodze, a drukowane obiekty mogą z czasem zmieniać kształt.
Jak działają drukarki 3D
Istnieje kilka rodzajów technologii druku 3D, w tym Fused Deposition Modeling (FDM), znane również jako Fused Filament Fabrication (FFF). FDM to najpopularniejsza i najbardziej popularna metoda, stosowana w najbardziej przystępnych cenowo drukarkach 3D.
Metoda drukowania FDM wykorzystuje włókno z tworzywa sztucznego, trochę jak sznurek. Filament podawany jest z rolki do rozgrzanej głowicy, która topi plastik. Głowica wytłacza stopiony plastik na łoże maszyny. Głowica przesuwa się nad łożem, w 2D, kładąc pierwszą warstwę materiału.
Gdy pierwsza warstwa jest gotowa, głowica jest przesuwana w górę o grubość pierwszej warstwy i nakłada następną warstwę na wierzch. Część jest budowana warstwa po warstwie, jak pieczenie bochenka chleba kromka po kromce.
Popularne drukarki 3D FDM obejmują MakerBot i Ultimaker.
Przykład korzystania z drukarki 3D
Oto jak proste drukowanie 3D może działać na drukarce FDM.
-
Pobierz model 3D, który chcesz wydrukować, lub zaprojektuj go samodzielnie.
Znajdź modele do pobrania w Thingiverse lub GrabCAD. Aby samodzielnie zaprojektować model, wypróbuj SketchUp lub Blender. W przypadku części inżynierskich wypróbuj oprogramowanie CAD, takie jak SolidWorks.
- Jeśli jeszcze nie jest, przekonwertuj model do formatu drukowania 3D, takiego jak plik STL.
-
Zaimportuj model do oprogramowania do cięcia, takiego jak MakerWare, Cura lub Simplify 3D.
MakerWare współpracuje z drukarkami 3D MakerBot. Cura i Simplify 3D tworzą kod G, który działa z większością drukarek 3D.
-
Skonfiguruj kompilację w oprogramowaniu do krojenia. Zdecyduj, jak zorientować model na drukarce 3D. W przypadku FDM zminimalizuj zwisy większe niż 45 stopni, ponieważ wymagają one konstrukcji wsporczych.
Podejmując decyzję o orientacji, zastanów się, w jaki sposób zostanie załadowany model, aby warstwy nie rozdzielały się łatwo.
Image Aby zaoszczędzić czas i materiały, modele zazwyczaj nie są solidne. Określ procent wypełnienia (zwykle od 10 do 35 procent), liczbę warstw obwodowych (zwykle 1 lub 2) oraz liczbę warstw dolnych i górnych (zwykle od 2 do 4). Przygotowując model do druku 3D, należy wziąć pod uwagę inne kwestie.
- Eksportuj program, który zazwyczaj jest plikiem G-code. Oprogramowanie do krojenia konwertuje model i określoną konfigurację kompilacji na zestaw instrukcji. Drukarka 3D podąża za tym, aby zbudować część.
- Przenieś program do drukarki 3D za pomocą karty SD, USB lub Wi-Fi.
-
Wydrukuj model na drukarce 3D.
Image - Kiedy drukarka 3D zakończy tworzenie modelu, usuń go i ewentualnie wyczyść. Oderwij wszelkie struktury nośne i zetrzyj pozostałe grudki drobnym papierem ściernym.
Inne typy maszyn drukujących 3D
Oprócz drukarek FDM, metody drukowania 3D obejmują również stereolitografię (SLA), cyfrowe przetwarzanie światła (DLP), selektywne spiekanie laserowe (SLS), selektywne topienie laserowe (SLM), wytwarzanie laminowanych obiektów (LOM) oraz Topienie wiązki (EBM).
SLA to najstarsza technologia druku 3D, która jest nadal używana. DLP wykorzystuje oświetlenie, a także polimery, podczas gdy SLS wykorzystuje laser jako źródło zasilania do tworzenia mocnych obiektów drukowanych w 3D. SLM, LOM i EBM w dużej mierze wypadły z łask.
Przyszłość druku 3D
Czy drukowanie 3D doprowadzi do przyszłości produktów na żądanie, dostosowanych do indywidualnych potrzeb, wykonanych natychmiast zgodnie z naszymi dokładnymi specyfikacjami? Chociaż pozostaje to niejasne, technologia druku 3D szybko się rozwija i jest wykorzystywana w wielu obszarach.
Drukowanie 3D domów, narządów ciała, takich jak nerki i kończyny, oraz inne osiągnięcia mają potencjał, aby poprawić życie niezliczonych ludzi na całym świecie.
