Mitä on 3D-tulostus?

3D-tulostus on valmistusprosessi, jossa digitaalisesta tiedostosta luodaan kolmiulotteinen, fyysinen esine. Tätä prosessia kutsutaan additiiviseksi valmistukseksi, mikä tarkoittaa, että materiaalia lisätään, ei poisteta. 3D-tulostuksen avulla luot digitaalisen 3D-suunnittelun mallinnusohjelmassa, joka tunnetaan myös nimellä CAD-ohjelmisto, ja käytät sitten 3D-tulostinta materiaalikerrosten valmistamiseen valmiin esineen muodostamiseksi. Yritykset, tutkijat, lääketieteen ammattilaiset, harrastajat ja monet muut käyttävät 3D-tulostusta moniin eri sovelluksiin. Tässä on katsaus siihen, miten 3D-tulostus syntyi, miten se toimii, mihin sitä käytetään ja mitä tämän tekniikan tulevaisuus tuo tullessaan. 3D-tulostus voi olla osa suosikkielokuvaasi. Rekvisiitta elokuvissa, kuten Musta pantteri, Rautamies, The Avengersja Tähtien sota käytä 3D-tulostusta, jonka ansiosta lavastajien on helppoa ja edullista luoda ja luoda rekvisiitta.

3D-tulostuksen historia (ja tulevaisuus).

1980-luvun alussa 3D-tulostustekniikka ilmestyi, mutta se tunnettiin nimellä nopea prototyyppitekniikka tai RP. Vuonna 1980 Dr. Japanilainen Kodama jätti patenttihakemuksen RP-teknologialle, mutta prosessia ei saatu päätökseen. Vuonna 1984 Charles «Chuck» Hull keksi stereolitografiaksi kutsumansa prosessin, joka käyttää UV-valoa materiaalin kiinteyttämiseen ja 3D-objektin luomiseen kerros kerrokselta. Vuonna 1986 Hullille myönnettiin patentti stereolitografialaitteistolleen tai SLA-koneelleen. Chuck Hull perusti sitten 3D Systems Corporationin, yhden maailman suurimmista 3D-teknologiayrityksistä. Muita 3D-tulostusprosesseja ja -tekniikoita kehitettiin suunnilleen samaan aikaan ja lisäparannuksia jatkettiin 1990-luvulla ja 2000-luvun alussa. 3D-tulostustekniikan pääpaino oli kuitenkin prototyyppien valmistuksessa ja teollisissa sovelluksissa. 3D-tulostustekniikka alkoi huomata valtamediassa vuonna 2000, kun ensimmäinen 3D-tulostettu munuainen luotiin, vaikka onnistunut 3D-munuaisen siirto tapahtui vasta vuonna 2013. Vuonna 2004 RepRap-projektissa 3D-tulostin tulostaa toisen 3D-tulostimen. Vuonna 2008 median huomio kiinnitettiin ensimmäiseen 3D-tulostettuun proteettiseen raajaan. Pian seurasi muita 3D-kehityksiä, mukaan lukien 3D-tulostettu talo, johon perhe muutti vuonna 2018. Nykyään 3D-tulostus ei ole vain prototyyppejä ja teollista tuotantoa. Harrastajat, tiedemiehet ja kaikki muut käyttävät 3D-tulostusta tuotteiden valmistukseen, kulutustavaroihin, lääketieteen edistysaskeliin, koulutusmateriaaleihin ja muuhun. Siitä on nopeasti tulossa hyödyllisempää jokapäiväiselle kuluttajalle. Remin toimitusjohtaja Oscar Adelman sanoo, että prosessista on tulossa yhä suositumpi esimerkiksi hammasalalla. 3D-tulostuksen tarkkuus on uskomattoman vaikuttava ja voi auttaa hammaslääkäriasiakkaita säästämään jopa 80 prosenttia tuotteista perinteisiin hammashoitoihin verrattuna. «Kun painotekniikka muuttuu nopeammaksi, halvemmaksi ja yleisempään, teollisuus, kuten hammaslääketiede, luottaa enemmän teknologiaan jokapäiväisissä toimenpiteissä», hän sanoo. Myös 4D-tulostus on tulossa, ja tulostetut esineet voivat muuttaa muotoaan ajan myötä.

Kuinka 3D-tulostimet toimivat

On olemassa useita eri tyyppejä 3D-tulostustekniikoita, mukaan lukien Fused Deposition Modeling (FDM), joka tunnetaan myös nimellä Fused Filament Fabrication (FFF). FDM on yleisin ja suosituin menetelmä, ja sitä käytetään edullisimmissa 3D-tulostimissa. FDM-tulostusmenetelmässä käytetään muovimateriaalista valmistettua filamenttia, joka on vähän kuin naru. Filamentti syötetään rullalta kuumennettuun kuppiin, joka sulattaa muovin. Pää puristaa sulan muovin koneen alustalle. Pää liikkuu 2D-muodossa sängyn päällä ja laskee ensimmäisen materiaalikerroksen. Kun ensimmäinen kerros on valmis, päätä siirretään ylöspäin ensimmäisen kerroksen paksuuden verran ja seuraava kerros asetetaan päälle. Osa rakentuu kerros kerrokselta, kuten leipäviipaleelta leivottaessa. Suosittuja FDM 3D-tulostimia ovat MakerBot ja Ultimaker.

Esimerkki 3D-tulostimen käytöstä

Tässä on katsaus siihen, kuinka yksinkertainen 3D-tulostus voisi toimia FDM-tulostimella.

1. Lataa 3D-malli tulostaaksesi tai suunnitellaksesi omasi. Etsi ladattavia malleja Thingiversestä tai GrabCADista. Kokeile SketchUpia tai Blenderia suunnitellaksesi oma mallisi. Kokeile teknisiä osia varten CAD-ohjelmistoa, kuten SolidWorksia.

2. Muunna malline 3D-tulostusmuotoon, kuten STL-tiedostoon, jos et vielä ole.

3. Tuo malli leikkausohjelmistoon, kuten MakerWare, Cura tai Simplify 3D. MakerWare toimii MakerBot 3D -tulostimien kanssa. Cura ja Simplify 3D tuottavat G-koodia, joka toimii useimpien 3D-tulostimien kanssa.

4. Määritä rakenne leikkausohjelmistossa. Päätä, miten haluat suunnata mallin 3D-tulostimessa. FDM:ssä minimoi yli 45 astetta jyrkemmät ylitykset, koska ne vaativat tukirakenteita. Kun määrität mallin lataussuuntaa, ota huomioon, kuinka kerrokset eivät ole helposti erotettavissa.

   

   Ajan ja materiaalin säästämiseksi mallit eivät yleensä ole kiinteitä. Määritä täyttöprosentti (yleensä 10–35 prosenttia), ääriviivatasojen lukumäärä (yleensä 1 tai 2) sekä ala- ja yläkerrosten määrä (yleensä 2–4). On myös muita asioita, jotka on otettava huomioon valmisteltaessa mallia 3D-tulostusta varten.

5. Vie ohjelma, joka on yleensä G-kooditiedosto. Viipaloijaohjelmisto muuntaa määrittämäsi mallin ja koontikokoonpanon ohjejoukoksi. 3D-tulostin seuraa tätä osan rakentamiseksi.

6. Siirrä ohjelma 3D-tulostimelle SD-kortin, USB:n tai Wi-Fi:n kautta.

7. Tulosta malli 3D-tulostimella.

   

8. Kun 3D-tulostin on valmistunut mallin rakentamiseen, poista se ja puhdista se tarvittaessa. Pura tukirakenteet ja hiero jäljelle jääneet kokkarit pois hienolla hiekkapaperilla.

Muut 3D-tulostuskoneet

FDM-tulostimien lisäksi 3D-tulostusmenetelmiin kuuluvat myös stereolitografia (SLA), digitaalinen valonkäsittely (DLP), selektiivinen lasersintraus (SLS), selektiivinen lasersulatus (SLM), laminoitujen objektien valmistus (LOM) ja digitaalinen sädesulatus (EBM). ). SLA on vanhin 3D-tulostustekniikka ja sitä käytetään edelleen. DLP käyttää sekä valaistusta että polymeerejä, kun taas SLS käyttää laseria virtalähteenä vahvojen 3D-tulostettujen objektien luomiseen. SLM, LOM ja EBM ovat suurelta osin pudonneet suosiosta.

3D-tulostuksen tulevaisuus

Johtaako 3D-tulostus tilauskohtaisten, räätälöityjen tuotteiden tulevaisuuteen, joka on valmistettu suoraan tarkan määritystemme mukaan? Vaikka tämä on edelleen epäselvää, 3D-tulostustekniikka kasvaa nopeasti ja sitä käytetään monilla aloilla. Talojen, kehon elinten, kuten munuaisten ja raajojen, 3D-tulostus ja muut kehitystyöt voivat parantaa uskomattomien ihmisten elämää ympäri maailmaa.