Kako deluje 3d tiskalnik?

Pred nekaj desetletji bi se lahko zdelo fantastično, da doma v nekaj minutah natisnete skoraj poljubno besedilo, sliko ali fotografijo, zdaj pa skoraj vsakdo lahko uporablja tiskalnik. Poleg tiskanja slik je utelešenje tridimenzionalnih predmetov po njihovih računalniških modelih danes postalo resničnost. Periferne naprave, ki to omogočajo, se imenujejo 3d tiskalniki. Z njihovo pomočjo lahko ustvarite dele in predmete najrazličnejših oblik, ki se uporabljajo v tehnologiji, modeliranju prostorskih kompleksov, vsakdanjem življenju. Kakšne so možnosti obsežnega tiskanja in kako deluje 3d tiskalnik??

Vsebina članka

• Načelo tridimenzionalnega tiska
• Tehnologije za gojenje tridimenzionalnih predmetov
• Ekstruzijski tisk
• Metode praškastega tiska
• Fotopolimerizacija Tisk
• Laminiranje
• Uporaba za 3D tiskanje

Načelo tridimenzionalnega tiska

Znano je, kako dobimo volumetrične predmete z vlivanjem ali obdelavo obdelovanca, katerega oblika je najbližja končnemu rezultatu. Zadnje načelo, ki ga je Michelangelo oblikoval kot rezanje vsega odvečnega s kamna, se uporablja za ustvarjanje skulptur. Način oblikovanja figure v tridimenzionalnem tisku se imenuje aditiv (iz angleščine add - "add") in se bistveno razlikuje od zgoraj omenjenih. Tukaj se tvorjenje predmeta po plasteh izvaja s postopnim nanašanjem delov materiala, torej ustvarjeno telo gojijo korak za korakom, dokler ne pridobijo želene konfiguracije. Shema, ki zelo poenostavljeno razlaga načelo tridimenzionalnega tiska, je prikazana na sliki..

S postavitvijo tiskalne glave v dvokoordinatni sistem X in Y se material nanese v skladu z določeno konfiguracijo sloja. Ko premikate delovno ploščad korak po osi Z, naslednja raven predmeta začne rasti.

Prvi korak pri pripravi na tisk je izdelava računalniškega modela prihodnje komponente. To je mogoče storiti na dva načina: z uporabo tridimenzionalnega grafičnega urejevalnika ali CAD sistemov (3D Studio Max, SolidWorks, AutoCAD in drugi) ali s 3D skeniranjem predmeta, ki ga želite kopirati. Nato s pomočjo programske opreme tiskalnika model razdelimo na plasti in ustvari se niz ukazov, ki določajo zaporedje uporabe materiala pri tiskanju.

Za opremo, ki izvaja aditivno metodo ustvarjanja teles, po analogiji z dvodimenzionalnimi obrobnimi napravami je značilna ločljivost vzdolž treh osi v prostoru. Ti parametri določajo višino plasti in natančnost postavitve tiskalnega elementa. Druga pomembna tehnična značilnost 3d tiskalnika je območje tiskanja, katerega velikost določa največjo možno velikost odraščenega telesa.

Kot materiali za tridimenzionalne predmete v proizvodnji aditivov se lahko uporabljajo različne vrste plastike, kovinske zlitine, mineralne mešanice, papir, fotopolimeri. Nekateri 3d tiskalniki vam omogočajo delo z več materiali, ki se razlikujejo po lastnostih in barvi. Obstaja tudi metoda za izdelavo predmetov, za katere so značilni različni odtenki z mešanjem barv s prozornim polimerom med tiskanjem.

Tehnologije za gojenje tridimenzionalnih predmetov

Obstaja veliko tridimenzionalnih načinov tiskanja, njihove glavne razlike med seboj so v načelih tvorjenja slojev in njihove povezave med seboj, pa tudi materialov, ki se uporabljajo pri delu. Upoštevajte osnovno tehnologijo izdelave aditivov.

Ekstruzijski tisk

Ta metoda se imenuje tudi plastna nanosa materiala, ki se uporablja kot termoplastika. Naprave, ki delujejo v skladu s to tehnologijo, se imenujejo tudi tiskalniki FDM, danes so najpogostejši. Diagram, ki razlaga princip ekstruzijskega tiska, je prikazan na sliki..

Glavno vozlišče tiskalnika FDM je ekstruder tiskalne glave. Vložek za takšno napravo je termoplastični polimer v obliki navoja, navijenega na tuljavo. V ekstruderju se z vrtenjem valjčnih elementov delovni material dovaja v ogrevalno cono, kjer se topi in iztisne skozi šobo, tako da tvori osnovni delček predmeta. Po tiskanju celotne trenutne poti se platforma premakne navzdol in začne se uporabljati nov sloj.

Obstajajo tiskalniki, v katere je mogoče v tiskalno glavo vstaviti dve vrsti nitk, kar vam omogoča, da gojite večbarvne predmete ali ustvarite tako imenovano podporo za tiskanje. Slednji so potrebni za gradnjo odsekov predmeta, ki niso v stiku s podložnimi plastmi ali bazo. Če se v vodi uporabljajo topne snovi kot podporni material, jih je mogoče enostavno odstraniti, ne da bi osnovni material podvrgli predelavi. Pogled predmeta, natisnjenega s topnimi nosilci pred in po odstranitvi, je prikazan na fotografiji..

Nosilci so lahko izdelani tudi iz glavnega termoplastičnega materiala, nato se po tiskanju modela izbruhnejo in površina z obdelavo dovede do gladkega stanja. Primer tako izdelanega dela je prikazan na sliki..

Metode praškastega tiska

Tehnologije te skupine združuje ideja oblikovanja integralne strukture iz prašnih materialov. Ena izmed sort je brizgalni tisk, ki temelji na nanašanju na plastjo sestavine sestavine prahu, katere posamezni drobci nato prepojijo z lepilno sestavo. Tukaj so materiali lahko zelo raznoliki: papir, les, mineralne mešanice, kovine, plastika. Edini pogoj je možnost njihovega mletja v prašno stanje.

Druge metode - lasersko sintranje in legiranje - so zelo podobne in se uporabljajo predvsem za gojenje kovinskih delov. Slednje vam omogoča, da dobite najbolj goste in trajne predmete, katerih struktura ne vsebuje pore. Postopni postopek laserskega 3D-tiskanja v prahu je prikazan na sliki..

Fotopolimerizacija Tisk

To ime združuje dve metodi ustvarjanja tridimenzionalnih predmetov iz tekočih snovi posebnega razreda - fotopolimerov, ki se ob izpostavitvi ultravijoličnemu sevanju strdijo - laserska stereolitografija in digitalna LED projekcija.

Prozorna shema tiska na telesu z uporabo laserske stereolitografije je prikazana na sliki. Delovno območje je potopljeno v tekočo fotopolimerno smolo na ravni ene plasti. Laserski žarek nariše presek bodočega predmeta v skladu s svojim tridimenzionalnim modelom, ko se obsevana področja materiala strdijo. Nato se osnova spusti v kopel s tekočo smolo po velikosti naslednjega sloja, njegova konstrukcija pa se izvede podobno kot prejšnja. Postopek se ponavlja, dokler ni gojen celoten objekt. Po tem se izdelek izpere z ostanki materiala..

Druga vrsta fotopolimerizacijskega tiskanja je izvedena po istem principu, le svetlobni projektorji se uporabljajo kot vir svetlobe.

Laminiranje

Ta tehnologija je sestavljena iz izdelave tridimenzionalnih predmetov iz listov papirja, plastičnih folij, folije. Diagram postopka tiskanja je predstavljen na sliki. Material z lepilnim premazom, na katerega je nanesen, se dovaja na delovno ploščad ali spodnje plasti dela, medtem ko segreti valj prehaja skozi njega, se površine lepijo. Nato se kontura plasti izreže s projiciranim laserskim žarkom, ki tudi ostanke pločevinastega materiala razdeli na majhne drobce, da se olajša njihova odstranitev.

Uporaba za 3D tiskanje

3D tiskalniki se uporabljajo za hitro izdelavo prototipov in izdelavo kosovnih delov, novih komponent, postavitev v industrijski proizvodnji, oblikovanje predmetno-prostorskih kompleksov, arhitekturo, avtomobilsko industrijo, modno industrijo, prehrambeno industrijo, medicino in številna druga področja.

Ker tridimenzionalni tisk ponuja praktično neizčrpne možnosti za pridobivanje volumetričnih struktur kakršne koli zapletenosti, so tej metodi všeč ne le inženirji, temveč tudi oblikovalci, ki s 3D-tiskalniki ustvarjajo oblačila in čevlje, nakit, majhne gospodinjske predmete, pohištvo, igrače.

Dodatne proizvodne tehnologije se uporabljajo tudi pri izdelavi medicinskih pripomočkov, na primer, vsadki za zobno protetiko so natisnjeni na stereolitografskih tiskalnikih. Poleg tega na 3D tiskalnikih dobimo umetne drobce človeškega okostja, kosti, lobanje in hrustanca. Obetavna smer je uporaba različnih vrst celic človeškega telesa kot materiala, kar omogoča tiskanje tkiv in organov za presaditev.

Danes 3D-tiskalniki v vsakdanjem življenju niso pogosto uporabljeni, saj so te naprave še vedno precej drage in je povsem mogoče storiti brez predmetov, narejenih na njih. Toda kdo ve, da bo morda v razmeroma bližnji prihodnosti doma natisnjeno razbito skodelico, najljubša igračka zlomljenega otroka, avtorski prstan kot darilo deklici ali čokoladna sladica za praznik bo tako kot običajno pranje oblačil ali pomivanje posode, ne da bi namakali roke.