Yksi nykyaikaisen maailman lupaavimmista alueista on kolmiulotteisten esineiden luominen 3D-tulostuksella. Tulostustekniikan avulla voit luoda melko monimutkaisia ja yksityiskohtaisia tuotteita. Nykyään kolmiulotteisen tulostamisen käyttö on mahdollista paitsi tuotantolaitoksissa, myös kotona, tähän riittää 3D-tulostimen ostaminen.
Mikä on 3D-tulostin?
Artikkelin sisältö
- Mikä on 3D-tulostin?
- 3D-tulostimien tyypit
- Mitä 3D-tulostin voi tehdä?
Kolmiulotteinen tulostin on laite, joka pystyy muodostamaan esineitä luomien digitaalisten 3D-mallien perusteella. Tuotteet saadaan kerrosmateriaalilla. Perustana käytetään kestomuoveja ja fotopolymeerihartseja, mutta tekniikan kehittyessä raaka-aineina käytettyjen materiaalien määrä kasvaa.
Tuotteiden valmistusmenettely näyttää tältä:
- 3D-mallin, ts. kehitetään visuaalinen kuva tulevasta tuotteesta säilyttäen kaikki mittasuhteet. Malli luodaan erikoistuneilla ohjelmistoilla.
- Kun olet luonut mallin, sinun on käsiteltävä tiedosto. Käsittely koostuu tiedoston muuntamisesta digitaaliseksi koodiksi, joka jakaa koko mallin moniin rinnakkaisiin kerroksiin. Siksi 3D-laitteelle luodaan komentoja, jotka jakavat materiaalin objektin luomiseksi.
- Viimeinen vaihe on tuotteen 3D-tulostaminen, ts. tuotteen luomisprosessi kerros kerrallaan levittämällä materiaalia. Prosessi suoritetaan käyttämällä tulostuspäätä (suulakepuristinta), joka liikkuu akseleita 0Y ja 0X pitkin, ts. materiaalia syötetään vain vaakasuoraan kerroksen ohjelmakoodin mukaisesti. Seuraavan kerroksen levittämiseksi suulakepuristin liikkuu pystysuuntaista ohjainta (0Z-akselia pitkin) etäisyydellä, joka on yhtä suuri kuin kerroksen koko. Sitten seuraava vaakasuora kerros otetaan käyttöön.
FAQ: Painoprosessi valmistustekniikasta riippuen voi vaihdella, mutta yleinen tuotteiden valmistusprosessi on materiaalin kerrostettu levitys.
3D-tulostimien tyypit
Laitteet jaetaan tulostusprosessin ainutlaatuisuuden mukaan, ts. käytetystä tekniikasta. Yleisimmät tulostusmenetelmät ovat FDM (Fused Deposition Modeling / Directional Modeling) ja SLA (laser stereolithography / laser stereolithography)
Suuntainen mallinnustekniikka on yksi ensimmäisistä tulostusmenetelmistä. Esineiden valmistusmateriaalina kestomuovia käytetään haavan puolan tai langan muodossa puolassa. Tulostustapa on seuraava:
- Puola tai lanka asennetaan puristimeen. Lämmityslaitteen vaikutuksesta materiaali alkaa sulaa ja kanavan läpi tulee työpinnalle.
- Suulakepuristin liikkuu annetussa koordinaatissa digitaalisen koodin mukaisesti. Tuotanto tapahtuu kerroksittain suhteessa vaakatasoon.
- Monimutkaisten tuotteiden valmistuksessa käytetään kahta materiaalia: pää- ja apumateriaalia. Tuote on luotu perusmateriaalilla. Apumateriaali on tarkoitettu väliaikaisten tukien luomiseen sekä tuotteen onttojen tilojen täyttämiseen. koska tulostin ei pysty tulostamaan ilmassa olevaa esinettä ilman mitään syytä.
FAQ: Apumateriaali poistetaan myöhemmin erityisellä liuottimella tai hajoaa helposti.
FDM-tekniikalla valmistetuilla tuotteilla on hyvä mekaaninen ja kemiallinen lujuus. Tällaiset ominaisuudet saavutetaan käyttämällä teollisuuslaatuisia kestomuoveja. Lisäksi tämä tekniikka on kevyt ja sopii käytettäväksi kotona.
SLA-tekniikka tai stereolitografia tulostaa tuotteita nestemäisillä fotopolymeerihartseilla, jotka jähmettyvät energialähteen vaikutuksesta laserin muodossa. Tätä menetelmää käyttämällä tuotteiden tarkkuus on korkea (jopa 15 mikronia). Objektien tulostaminen on seuraava:
- Työpinta lasketaan astiaan fotopolymeerinesteellä yhden kerroksen syvyyteen;
- Energialähde (laser) leikkaa esineen muodon objektin annetuissa koordinaateissa;
- Polymerointiprosessi etenee, minkä seurauksena kiinteytyminen tapahtuu kosketuspaikoissa;
- Menettely toistetaan jokaiselle kerrokselle, kunnes esine valmistetaan;
- Valmistamisen jälkeen malli upotetaan astiaan, jossa on erityisliuos puhdistukseen apuelementeistä;
- Viimeinen vaihe on ultravioletti säteilytys tuotteen muodostumisprosessin nopeuttamiseksi.
Stereolitografia on yksi edistyneimmistä tekniikoista, mutta se tarvitsee kalliita materiaaleja. On myös vähemmän tunnettuja tulostustyyppejä:
SlS (selektiivinen lasersintraus) objektin luomisen periaate on toimittaa ohut materiaalikerros jauheena, jonka laser sintraa, työalueelle. Tämän menetelmän tärkeimmät edut ovat tarpeiden puute apuaineiden käytöstä, mutta se vaatii lisälämpökäsittelyä. Siinä ei säädetä kotitalouskäytöstä.
EBM (elektronisäteen sulaminen). Teknologia on samanlainen kuin selektiivinen lasersintraus, mutta tuote luodaan tyhjössä eikä vaadi ylimääräistä lämpökäsittelyä.
Kolmiulotteinen tulostus sisältää 3D-kynän. Sen toimintaperiaate on samanlainen kuin FDM-tekniikka, mutta se on pienempi ulkonäkö ja sitä käytetään kolmiulotteisen piirroksen luomiseen.
Mitä 3D-tulostin voi tehdä?
Kolmiulotteista painatusta käytetään nykyään melkein kaikilla elämän alueilla. On esimerkkejä kulinaaristen ruokien luomisesta 3D-tulostamalla. Minkä tahansa monimutkaisuuden osat luodaan monimutkaisemmille rakenteille kaikilla toimialoilla. Mutta merkityksellisin ja tarvittava ala on edelleen lääketiede.
Useat yritykset kehittävät orgaanisia simulaattoreita, jotka voivat melkein korvata luonnolliset kankaat. 3D-tulostus auttaa myös nivelproteesin ympäristössä. Kolmiulotteisen valmistuksen yleisin käyttö oli hammaslääketieteessä. Proteesin lisäksi tulostimia käytetään myös elinmallien valmistukseen. Kolmiulotteisen tulostuksen mahdollisuudet kasvavat päivittäin ja ovat entistä helpommin saatavissa.
3D-tulostimet auttavat paitsi ihmisiä myös eläimiä. Yksi kuuluisimmista tapauksista on kuoren luominen kilpikonnalle, joka loukkaantui metsäpalossa. Siten uusi selkäpaikka pelasti eläimen hengen, ja tällaisia tapauksia on paljon. Toinen ainutlaatuinen tapaus on elefantin proteesijalka. Tapauksen ainutlaatuisuus johtuu siitä, että norsun proteesia ei käytännössä tehdä eläimen suuren painon vuoksi.
Nykyaikaisen painotekniikan avulla voit luoda jopa koko rakennuksen. Pienen talon (37 neliömetriä) rakentamisen aikana tutkijat viettivät vain 24 tuntia, ja sen osoittautui olevan puolet hinnasta tavalliseen menetelmään verrattuna.
