Czym jest drukowanie 3D? – proste wyjaśnienie

2 tygodni temu

Zdjęcie: czymjestdruk3d

Drukowanie 3D to jedno z tych pojęć często kojarzonych z opowieściami science fiction lub nowatorskimi instytucjami, takimi jak NASA. Jednak technologia ta jest już rzeczywistością dla wielu osób, a setki nowych użytkowników rozpoczyna swoją przygodę z 3D każdego roku.

W tym artykule przedstawiono przegląd technologii druku 3D, w tym różne rodzaje dostępnych procesów, materiały oraz niektóre obecne i potencjalne zastosowania.

Omówimy również, jak ktoś może zacząć przygodę z drukiem 3D, niezależnie od tego, czy jest profesjonalistą, hobbystą, czy po prostu osobą ciekawą technologii. Ale zacznijmy od początku.

Czym jest drukowanie 3D?

Krótko mówiąc, drukowanie 3D to rodzaj procesu produkcyjnego, w którym maszyna tworzy trójwymiarowy obiekt poprzez nakładanie kolejnych warstw materiału.

Proces ten nazywany jest także produkcją addytywną (AM), ponieważ różni się od tradycyjnych metod produkcji, takich jak produkcja ubytkowa ( obróbka skrawaniem ) lub produkcja kształtowa (odlewanie lub formowanie ), które zwykle obejmują cięcie lub kształtowanie materiałów w celu stworzenia produktu końcowego.

Chociaż istnieje wiele różnych technologii druku 3D , wiele aspektów sprawia, iż druk 3D wyróżnia się na tle innych tradycyjnych technik wytwarzania.

Przykładowo, produkcja addytywna umożliwia produkcję kształtów i części, które są trudne lub wręcz niemożliwe do stworzenia przy użyciu innych metod produkcji, a jednocześnie zapewnia niespotykany dotąd poziom elastyczności systemów produkcyjnych.

Ale czekaj: więcej zalet druku 3D omówimy w dalszej części tego artykułu. Najpierw przyjrzyjmy się bliżej bardziej przyjaznym dla domu procesom druku 3D, znanym również jako druk 3D na komputerach stacjonarnych.

Drukowanie 3D na komputerze stacjonarnym

Termin „drukowanie 3D na komputerach stacjonarnych” odnosi się do używania osobistych i stosunkowo niedrogich drukarek 3D, których można używać w domu lub w biurze współdzielonym. Te maszyny są zwykle mniejsze i mniej skomplikowane niż przemysłowe drukarki 3D, ponieważ są specjalnie zaprojektowane do prototypowania i produkcji na małą skalę.

Drukowanie w 3D na komputerach stacjonarnych stało się możliwe dzięki projektowi RepRap , który w 2005 r. rozpoczął dr Adrian Bowyer. Jego celem było stworzenie niedrogiej maszyny, która mogłaby się sama replikować, a także uczynienie druku w 3D dostępnym dla wszystkich.

Projekt RepRap przekształcił się w społeczność i odniósł duży sukces w zakresie demokratyzacji dostępu do stacjonarnych drukarek 3D, w szczególności do drukarek filamentowych opartych na technologii osadzania topionego materiału (FDM) .

Obecnie stacjonarne drukarki 3D to zwykle urządzenia FDM lub wykorzystujące żywicę . Stają się one coraz bardziej dostępne ze względu na malejące koszty, rosnącą ilość informacji dostępnych online i ogólny rozwój technologii.

Druk 3D kontra produkcja addytywna

Podczas gdy termin „druk 3D” częściej odnosi się do maszyn i procesów nieprzemysłowych, takich jak małe drukarki biurowe wykorzystujące materiały filamentowe i żywiczne , co dokładniej oznacza „produkcja addytywna”?

Oba terminy odnoszą się do tego samego ogólnego procesu tworzenia obiektu fizycznego poprzez dodawanie warstw materiału, ale są one konwencjonalnie używane w odniesieniu do różnych rodzajów procesów.

Produkcja addytywna to szersze pojęcie obejmujące różnorodne technologie, które są wykorzystywane do tworzenia obiektów poprzez dodawanie materiału. Różne technologie pod tym pojęciem są definiowane przez normy ISO/ASTM , które obejmują technologie takie jak stapianie proszkowe i strumieniowe łączenie spoiwem .

Mając już jaśniejsze pojęcie, o czym mówimy, wyjaśnijmy, jak działa typowy proces drukowania 3D.Czym jest drukowanie 3D?

Jak to działa

Niezależnie od konkretnej technologii, procesy drukowania 3D zwykle przebiegają według ogólnego przepływu pracy, który obejmuje następujące kroki:

Projekt cyfrowy: Pierwszym krokiem w procesie drukowania 3D jest stworzenie cyfrowego modelu obiektu dzięki systemu do modelowania 3D lub projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) . Model 3D można zaprojektować od podstaw lub skopiować z istniejącego obiektu dzięki technik skanowania 3D lub pobrać ze strony z modelami . Ten ostatni przypadek będzie najprawdopodobniej ograniczony do użytku niekomercyjnego.
Przygotowanie: Po ukończeniu modelu cyfrowego plik jest przygotowywany do druku 3D na podstawie konkretnej maszyny i technologii. Model 3D jest dzielony na kilka cienkich warstw w procesie znanym jako cięcie 3D, a następnie generowany jest kod maszynowy (kod G), który instruuje drukarkę 3D, jak utworzyć obiekt.
Produkcja: Następnie przygotowany plik cyfrowy jest wysyłany do drukarki 3D, która interpretuje kod i tworzy obiekt poprzez nakładanie materiału warstwa po warstwie.

Z drugiej strony drukarki 3D z żywicą wykorzystują płynny materiał żywiczny, który jest utwardzany światłem UV, aby tworzyć kolejne warstwy obiektu. Chociaż technologia ta jest znana głównie z wysokiej rozdzielczości i szczegółowych części, oferuje również szeroki zakres materiałów do różnych zastosowań.

Tak zwane standardowe żywice pozostają najpopularniejszym materiałem do drukowania 3D z żywicy i są w większości takie same, niezależnie od konkretnej technologii ( LCD, DLP , SLA ). Dostępne są również żywice specjalistyczne, takie jak elastyczne , sztywne , a choćby odlewane, służące do tworzenia form do procesów odlewniczych.Czym jest drukowanie 3D?

Aplikacje

W miarę jak drukarki 3D na komputerach stacjonarnych stawały się coraz bardziej dostępne, zarówno osoby prywatne, jak i małe firmy zaczęły włączać te maszyny do swoich codziennych czynności. w tej chwili istnieje szeroki zakres zastosowań dla drukarek 3D na komputerach stacjonarnych, ale oto najbardziej popularne zarówno dla profesjonalistów, jak i hobbystów:

Aplikacje profesjonalne

Prototypowanie: Jedną z głównych zalet druku 3D jest możliwość szybkiego i niedrogiego tworzenia makiet i funkcjonalnych prototypów, co przyspiesza procesy rozwoju produktu i obniża związane z nimi koszty.
Architektura: Architekci i projektanci wnętrz mogą łatwo drukować w technologii 3D modele budynków i wnętrz, co ułatwia im przekazywanie swojej wizji klientom. Drukowanie w technologii 3D pozwala na tworzenie modeli architektonicznych znacznie szybciej i taniej niż przy użyciu tradycyjnych metod.
Biżuteria i moda: Druk 3D pozwala projektantom biżuterii i mody tworzyć wyjątkowe i misterne dzieła, których wytworzenie przy użyciu tradycyjnych metod produkcji byłoby niemożliwe lub nieopłacalne. Druk 3D pozwala również na produkcję małych partii takich designerskich elementów.
Edukacja: Druk 3D jest już szeroko stosowany jako narzędzie edukacyjne w klasach i na uniwersytetach, i nie tylko do nauki STEM. Na przykład starożytne artefakty można drukować w 3D na potrzeby lekcji historii, a mapy topograficzne na potrzeby studiów geograficznych.

Aplikacje osobiste i hobbystyczne

Wystrój domu: Unikalne elementy wystroju domu można łatwo stworzyć dzięki druku 3D, takie jak wazony , doniczki , rzeźby i dekoracje ścienne . Istnieje nieskończona ilość gotowych do wydrukowania modeli 3D dekoracji dostępnych bezpłatnie w repozytoriach online.
Części zamienne: Posiadając pewną wiedzę z zakresu modelowania 3D, użytkownicy domowi mogą projektować i drukować w 3D części zamienne do zepsutych przedmiotów, takich jak przybory kuchenne, zabawki, szafki i obudowy urządzeń elektronicznych. Części zamienne można również tworzyć na przykład dla zgubionych elementów gier planszowych.
Gry planszowe: domowe drukarki 3D, zwłaszcza te na bazie żywicy, mogą tworzyć piękne elementy do gier planszowych, takie jak miniatury i kafelki terenu. Jest to niezwykle popularna aplikacja do drukowania 3D na komputerach stacjonarnych i powód, dla którego wiele osób w ogóle zaczyna interesować się tym hobby.
Projekty DIY: Na koniec, ale zdecydowanie nie mniej ważne, drukowanie 3D można wykorzystać w ogromnej liczbie projektów DIY , szczególnie w przypadku urządzeń elektronicznych, takich jak mikrokontrolery i komputery jednopłytkowe . Najlepsze jest to, iż nie potrzeba dużego doświadczenia, ponieważ wiele udostępnianych online projektów oferuje szczegółowe instrukcje dla wszystkich poziomów użytkowników.

Oczywiście, istnieje wiele innych zastosowań przemysłowych drukarek 3D, szczególnie w przemyśle medycznym , lotniczym , motoryzacyjnym i budowlanym .

Plusy i minusy

W porównaniu do stuletnich technik produkcyjnych, takich jak tradycyjna obróbka skrawaniem i formowanie wtryskowe, drukowanie 3D jest bardziej współczesną technologią. Generuje to zarówno nowe ekscytujące możliwości, jak i wiele wyzwań dla przemysłu produkcyjnego.

Zalety

Swoboda geometryczna: Technologia addytywna druku 3D, warstwa po warstwie, umożliwia tworzenie niezwykle złożonych geometrii i struktur wewnętrznych, których stworzenie przy użyciu tradycyjnych metod produkcji jest niemożliwe lub zbyt kosztowne.
Personalizacja: Druk 3D pozwala na personalizację produktów przemysłowych bez dodatkowych kosztów, ponieważ plik modelu cyfrowego można łatwo modyfikować, a specjalistyczne narzędzia produkcyjne, takie jak formy i oprzyrządowanie, nie są wymagane.
Produkcja niskoseryjna: W przeciwieństwie do tradycyjnych procesów produkcyjnych, koszt jednostkowy części drukowanych w technologii 3D jest stały, niezależnie od liczby wyprodukowanych części. Dzięki temu produkcja małych partii części jest ekonomicznie opłacalna, chociaż niektóre usługi outsourcingowe mogą mieć minimalne wymagania.
Szybkie prototypowanie: drukowanie 3D umożliwia szybką i tanią produkcję fizycznych prototypów w celu testowania i walidacji produktów przed zwiększeniem produkcji. To drastycznie skraca czas rozwoju produktu i pozwala projektantom i inżynierom tworzyć lepsze produkty.
Elastyczność produkcji: Cyfrowa natura technologii druku 3D i brak konieczności stosowania narzędzi zapewniają elastyczne środowisko produkcyjne. Produkcja addytywna jest również możliwa w przypadku szerokiej gamy materiałów, w tym tworzyw sztucznych, metali , ceramiki , a choćby materiałów jadalnych i biologicznych .

Wady

Niższa prędkość produkcji: Drukowanie 3D jest generalnie wolniejsze niż tradycyjne metody produkcji stosowane przy wytwarzaniu dużych ilości produktów.
Wyższe koszty: W chwili pisania tego tekstu maszyny i procesy drukowania 3D mogą być droższe niż tradycyjne metody w przypadku niektórych części, szczególnie w przypadku stosowania materiałów wysokiej jakości.
Obróbka końcowa: Części drukowane w technologii 3D często wymagają dodatkowych etapów wykańczania, takich jak szlifowanie, polerowanie lub malowanie, aby uzyskać gładką powierzchnię i tolerancje produkcyjne.
Kontrola jakości: W przypadku części drukowanych w technologii 3D jest to przez cały czas bardzo trudne zadanie, zwłaszcza w przypadku części większych i bardziej złożonych.
Ograniczona skalowalność: Druk 3D jest generalnie ograniczony do produkcji na małą skalę, ponieważ produkcja na większą skalę wymagałaby wielu maszyn i znacznego wzrostu kosztów. To sprawia, iż tradycyjne metody produkcji są przez cały czas bardziej opłacalne w przypadku większych serii produkcyjnych.

Czym jest drukowanie 3D?

Pierwsze kroki

Jeśli interesuje Cię druk 3D, jest kilka rzeczy, które musisz wiedzieć, żeby zacząć.

Wybór drukarki 3D

Pierwszym krokiem jest wybór drukarki 3D. Drukarki FDM są najpopularniejszym typem stacjonarnych drukarek 3D i są odpowiednie dla początkujących. Dostępnych jest wiele maszyn na każdą kieszeń i wielu producentów filamentów.

Z drugiej strony drukarki 3D z żywicą mogą być nieco bardziej brudne pod względem operacji ze względu na etapy postprodukcji, takie jak czyszczenie wydruków w roztworach alkoholu i utwardzanie. Mimo to są bardzo satysfakcjonujące pod względem szczegółowości części i wykończenia powierzchni.

Bez względu na technologię druku 3D, zawsze warto zadbać o to, aby Twoja przyszła drukarka 3D była popularna i miała lojalną bazę użytkowników, którzy będą Cię wspierać w Twojej podróży w świecie druku 3D.

Nauka

Po wybraniu drukarki 3D musisz nauczyć się jej używać. Obejmuje to skonfigurowanie maszyny, ładowanie i rozładowywanie materiałów oraz wykonywanie podstawowych czynności konserwacyjnych i rozwiązywanie problemów .

Będziesz musiał również pobrać i nauczyć się, jak korzystać z systemu do drukowania 3D , a przede wszystkim programu do cięcia 3D . Podczas gdy wiele maszyn jest wyposażonych w zastrzeżone oprogramowanie do cięcia, większość stacjonarnych drukarek 3D jest zgodna z bezpłatnymi programami do cięcia innych firm , które zwykle oferują więcej funkcji i wydajności.

Powinieneś również znać specyfikę każdego materiału do druku 3D. Zdecydowanie dobrym pomysłem jest rozpoczęcie od łatwiejszych materiałów, takich jak PLA do FDM i standardowych żywic do drukarek 3D z żywicą.

Uzyskiwanie modeli 3D

Gdy już będziesz mieć przeszkolenie i przyzwyczaisz się do swojej maszyny, następnym krokiem będzie znalezienie lub zaprojektowanie modelu 3D do wydrukowania.

Najłatwiejszym sposobem na rozpoczęcie jest znalezienie gotowych do druku plików w repozytoriach online . Dostępność modeli online jest ogromna, od darmowych do płatnych, i prawdopodobnie gdzieś znajdziesz model, który odpowiada Twoim potrzebom, jeżeli poświęcisz czas na poszukiwania.

Jednak nie zawsze tak jest i czasami może być konieczne samodzielne stworzenie modeli. Istnieją różne sposoby tworzenia modelu 3D, ale zwykle obejmują one jakiś rodzaj systemu projektowego, takiego jak projektowanie wspomagane komputerowo (CAD) i programy do modelowania 3D.

Projektowanie własnych plików wymaga więcej wysiłku niż po prostu pobranie gotowego pliku, zwłaszcza jeżeli nie masz z tym żadnego doświadczenia. Jednak na dłuższą metę na pewno będzie warto, a jest wiele przyjaznych dla początkujących programów do modelowania 3D z świetnymi samouczkami.

Praktyka czyni mistrza

Wszystko to może wydawać się na początku nieco przytłaczające, ale bądź pewien, iż nie jest to aż tak skomplikowane. Czas i praktyka są tutaj twoimi najlepszymi przyjaciółmi, wraz z odpowiednimi samouczkami, przewodnikami rozwiązywania problemów, wskazówkami dotyczącymi kalibracji i wsparciem społeczności.

Dzięki odrobinie cierpliwości i wytrwałości w mgnieniu oka możesz stać się specjalistą w dziedzinie druku 3D!Czym jest drukowanie 3D?

Przyszłość

Drukowanie 3D zawsze było obiecujące i rozchwytywane. W miarę dojrzewania technologii staje się coraz bardziej dostępne, wszechstronne i wydajne.

Choć wielkie marzenie o posiadaniu własnej fabryki w domu jest wciąż odległe, nie da się zaprzeczyć, iż posiadanie maszyny produkcyjnej jest niezwykle atrakcyjne. Podobnie jak komputery osobiste i telefony dały miliardom ludzi władzę, drukarki 3D mogą zrobić to samo w przypadku produkcji.

Wielu entuzjastów druku 3D twierdzi, iż drukarki 3D niedługo staną się integralną częścią każdego gospodarstwa domowego, zmieniając równowagę między producentami a konsumentami. Inni twierdzą, iż technologia ta jeszcze nie istnieje i iż jej prawdziwa wartość leży wyłącznie w sferze przemysłowej.

Co może powstrzymać rozwój druku 3D?

Istnieje kilka argumentów przeciwko powszechnemu przyjęciu domowego druku 3D. Obsługa drukarek 3D przez cały czas wymaga wiedzy technicznej, którą przeciętni konsumenci po prostu nie chcą się przejmować.

To samo dotyczy modelowania 3D i systemu CAD, gdzie krzywa uczenia się może być jeszcze bardziej stroma. Podczas gdy użytkownicy zawsze będą mogli pobierać gotowe projekty i wprowadzać w nich szybkie i łatwe zmiany, zawsze będą związani z tym, co jest dostępne online.

Innym dużym ograniczeniem stacjonarnych drukarek 3D jest dostępność materiałów. Podczas gdy zakres materiałów stale rośnie, najczęściej ograniczają się one do tworzyw sztucznych. Podobnie, wielokolorowy i wielomateriałowy druk 3D — choć możliwy na kilku maszynach dzisiaj — nie jest wystarczająco rozpowszechniony.

A co z przemysłowym drukiem 3D?

Dziedzina produkcji addytywnej już pokonała wiele wyzwań związanych z byciem nową i innowacyjną technologią. Różne przemysłowe technologie druku 3D są w tej chwili integralną częścią systemów produkcyjnych i operacji, a godnymi uwagi przykładami są produkcja części samolotów oraz niestandardowe protezy kończyn i implanty.

Jednym z największych wyzwań, z jakimi mierzy się produkcja addytywna, jest obszar produkcji masowej. Druk 3D jest już używany do produkcji małoseryjnej, ale wraz z dojrzewaniem technologii powinien stać się również realną opcją dla produkcji na skalę. Może to doprowadzić do tego, iż więcej firm będzie korzystać z technologii produkcji addytywnej w celu poprawy wydajności istniejących produktów, takich jak części samochodowe.

Dziedzina materiałów również gwałtownie ewoluuje, nowe są opracowywane, a istniejące łączone w celu uzyskania nowych adekwatności materiałów. Zastosowanie innowacyjnych materiałów z pewnością otworzy nowe możliwości dla przemysłowego druku 3D.

Jasna przyszłość

Od gospodarstw domowych po hale fabryczne, przyszłość druku 3D jest bardzo ekscytująca. Nowe technologie, aplikacje i materiały są w drodze! Ma potencjał, aby całkowicie zmienić sposób projektowania i wytwarzania produktów, a przyszłość wygląda niezwykle jasno. Tak bardzo, iż wszyscy możemy niedługo potrzebować okularów przeciwsłonecznych drukowanych w technologii 3D !

źródło: all3dp