Jak działa drukarka 3D?

Kilka dekad temu fantastyczne może być wydrukowanie niemal każdego tekstu, zdjęcia lub zdjęcia w domu w ciągu kilku minut, a teraz prawie każdy może korzystać z drukarki. Oprócz drukowania obrazów, realizacja trójwymiarowych obiektów zgodnie z ich modelami komputerowymi stała się dzisiaj rzeczywistością. Urządzenia peryferyjne, które to umożliwiają, nazywane są drukarkami 3d. Za ich pomocą możesz tworzyć części i przedmioty o najróżniejszych kształtach, które są wykorzystywane w technologii, modelowaniu kompleksów przestrzennych, życiu codziennym. Jakie są możliwości drukowania zbiorczego i jak działa drukarka 3D??

Treść artykułu

• Zasada drukowania trójwymiarowego
• Technologie uprawy trójwymiarowych obiektów
• Druk wytłaczany
• Metody drukowania proszkowego
• Druk fotopolimeryzacyjny
• Laminowanie
• Aplikacja do drukowania 3D

Zasada drukowania trójwymiarowego

Dobrze wiadomo, w jaki sposób uzyskuje się obiekty objętościowe przez odlewanie lub obróbkę przedmiotu obrabianego, którego kształt jest najbliższy końcowemu efektowi. Ostatnia zasada, sformułowana przez Michała Anioła jako odcinająca wszystko, co zbędne od kamienia, jest używana do tworzenia rzeźb. Metoda formowania figury w druku trójwymiarowym nazywa się addytywnym (od angielskiego add - „add”) i zasadniczo różni się od tych wymienionych powyżej. Tutaj formowanie obiektu warstwa po warstwie odbywa się poprzez stopniowe nanoszenie części materiału, to znaczy, powstałe ciało jest hodowane krok po kroku, aż do uzyskania wymaganej konfiguracji. Schemat, bardzo uproszczony objaśniający zasadę drukowania trójwymiarowego, pokazano na zdjęciu..

Umieszczając głowicę drukującą w układzie dwóch współrzędnych X i Y, materiał nakłada się zgodnie z określoną konfiguracją warstwy. Podczas przesuwania platformy roboczej krok wzdłuż osi Z, następny poziom obiektu zaczyna rosnąć.

Pierwszym krokiem w przygotowaniu do drukowania jest stworzenie modelu komputerowego przyszłego komponentu. Można to zrobić na dwa sposoby: używając trójwymiarowego edytora graficznego lub systemów CAD (3D Studio Max, SolidWorks, AutoCAD i inne) lub skanując 3d obiekt, który chcesz skopiować. Następnie za pomocą oprogramowania drukarki model jest dzielony na warstwy i generowany jest zestaw poleceń, które określają kolejność nakładania materiału podczas drukowania.

Sprzęt realizujący addytywną metodę tworzenia ciał, analogicznie do dwuwymiarowych urządzeń peryferyjnych, charakteryzuje się rozdzielczością wzdłuż trzech osi w przestrzeni. Te parametry określają wysokość warstwy i dokładność pozycjonowania elementu drukującego. Inną ważną cechą techniczną drukarki 3d jest obszar wydruku, którego rozmiar określa maksymalny możliwy rozmiar dorosłego ciała.

Jako materiały do ​​trójwymiarowych obiektów w produkcji przyrostowej można stosować różnego rodzaju tworzywa sztuczne, stopy metali, mieszanki mineralne, papier, fotopolimery. Niektóre drukarki 3d umożliwiają pracę z kilkoma materiałami, które różnią się właściwościami lub kolorem. Istnieje również sposób wytwarzania przedmiotów o różnych odcieniach poprzez mieszanie barwnika z przezroczystym polimerem podczas drukowania.

Technologie uprawy trójwymiarowych obiektów

Istnieje wiele trójwymiarowych metod drukowania, ich główne różnice między sobą dotyczą zasad tworzenia warstw i ich połączenia ze sobą, a także materiałów używanych w pracy. Rozważ podstawową technologię wytwarzania przyrostowego.

Druk wytłaczany

Ta metoda jest również nazywana nakładaniem warstwy po warstwie materiału, który jest stosowany jako tworzywo termoplastyczne. Urządzenia, które działają zgodnie z tą technologią, nazywane są również drukarkami FDM, są dziś najbardziej popularne. Schemat wyjaśniający zasadę drukowania wytłaczanego pokazano na rysunku..

Głównym węzłem drukarki FDM jest wytłaczarka głowicy drukującej. Wkład do takiego urządzenia jest termoplastycznym polimerem w postaci nici nawiniętej na szpulę. W wytłaczarce, obracając elementy rolkowe, materiał roboczy jest podawany do strefy grzewczej, gdzie jest topiony i wyciskany przez dyszę, tworząc elementarny fragment obiektu. Po wydrukowaniu całej bieżącej ścieżki platforma przesuwa się w dół i rozpoczyna się nakładanie nowej warstwy.

Istnieją drukarki, w których można podawać dwa rodzaje filamentów do głowicy drukującej, co pozwala hodować wielokolorowe obiekty lub tworzyć tak zwane wsparcie drukowania. Te ostatnie są potrzebne do zbudowania sekcji obiektu, które nie stykają się z leżącymi pod nimi warstwami lub bazą. Jeśli jako materiał nośny stosuje się substancje rozpuszczalne w wodzie, można je łatwo usunąć bez poddawania materiału podstawowego obróbce. Widok obiektu wydrukowanego na rozpuszczalnych podporach przed i po ich usunięciu pokazano na zdjęciu..

Podpory mogą być również wykonane z głównego tworzywa termoplastycznego, a następnie po wydrukowaniu modelu wyłamują się, a powierzchnia jest obrabiana mechanicznie. Przykład części wykonanej w ten sposób pokazano na zdjęciu..

Metody drukowania proszkowego

Technologie tej grupy łączy pomysł stworzenia integralnej struktury z materiałów proszkowych. Jedną z odmian jest druk atramentowy, oparty na nakładaniu warstwa po warstwie składnika o konsystencji proszku, którego poszczególne fragmenty są następnie impregnowane kompozycją klejową. Materiały tutaj mogą być bardzo różnorodne: papier, drewno, mieszanki mineralne, metale, tworzywa sztuczne. Jedynym warunkiem jest możliwość ich zmielenia do stanu proszku.

Inne metody - spiekanie laserowe i stopowanie - są bardzo podobne i są stosowane głównie do uprawy części metalowych. Ten ostatni pozwala uzyskać najbardziej gęste i trwałe przedmioty, których struktura nie zawiera porów. Na ilustracji pokazano krok po kroku proces laserowego drukowania proszkowego 3D..

Druk fotopolimeryzacyjny

Ta nazwa łączy dwie metody tworzenia trójwymiarowych obiektów z ciekłych substancji specjalnej klasy - fotopolimery, które zestalają się pod wpływem promieniowania ultrafioletowego - stereolitografia laserowa i cyfrowa projekcja LED.

Schemat wolumetrycznego drukowania na ciele z wykorzystaniem technologii stereolitografii laserowej pokazano na ilustracji. Obszar roboczy jest zanurzony w ciekłej żywicy fotopolimerowej na poziomie jednej warstwy. Wiązka laserowa rysuje przekrój przyszłego obiektu zgodnie z jego trójwymiarowym modelem, naświetlane obszary utwardzonego materiału. Następnie podstawa jest obniżana do kąpieli za pomocą ciekłej żywicy o rozmiar następnej warstwy, a jej budowa odbywa się podobnie do poprzedniej. Proces ten powtarza się, aż cały obiekt zostanie wyhodowany. Następnie resztki materiału są zmywane z produktu..

Drugi rodzaj drukowania fotopolimeryzacyjnego jest realizowany zgodnie z tą samą zasadą, tylko projektory LED są wykorzystywane jako źródło światła.

Laminowanie

Technologia ta polega na wytwarzaniu trójwymiarowych przedmiotów z arkuszy papieru, folii z tworzywa sztucznego, folii. Schemat procesu drukowania przedstawiono na zdjęciu. Materiał z nałożoną powłoką klejową jest podawany na platformę roboczą lub dolne warstwy części, podczas gdy ogrzewany wałek przechodzi przez niego, powierzchnie są przyklejone. Kontur warstwy jest następnie wycinany za pomocą rzutowanej wiązki laserowej, która również dzieli resztki materiału arkuszowego na małe fragmenty, aby ułatwić ich usunięcie.

Aplikacja do drukowania 3D

Drukarki 3D służą do szybkiego prototypowania i produkcji części, nowych elementów, układów w produkcji przemysłowej, projektowania kompleksów przedmiotowo-przestrzennych, architektury, przemysłu motoryzacyjnego, mody, przemysłu spożywczego, medycyny i wielu innych dziedzin.

Ponieważ drukowanie trójwymiarowe daje praktycznie niewyczerpane możliwości uzyskania struktur wolumetrycznych o dowolnej złożoności, metoda ta spodobała się nie tylko inżynierom, ale także projektantom, którzy tworzą ubrania i buty, biżuterię, drobne artykuły gospodarstwa domowego, meble, zabawki za pomocą drukarek 3D.

Technologie wytwarzania przyrostowego są również stosowane w produkcji wyrobów medycznych, na przykład implanty do protez dentystycznych są drukowane na drukarkach stereolitograficznych. Ponadto na drukarkach 3D uzyskuje się sztuczne fragmenty ludzkiego szkieletu, kości, czaszki i chrząstki. Obiecującym kierunkiem jest wykorzystanie różnych rodzajów komórek ludzkiego ciała jako materiału, który umożliwia drukowanie tkanek i narządów do przeszczepu.

Obecnie drukarki 3D nie są szeroko stosowane w życiu codziennym, ponieważ urządzenia te są wciąż dość drogie i można zrobić bez nich. Ale kto wie, być może w stosunkowo niedalekiej przyszłości, aby wydrukować zepsuty kubek w domu, ulubioną zabawkę zepsutego dziecka, pierścionek autora jako prezent dla dziewczynki lub deser czekoladowy na wakacje będzie tak samo jak pranie ubrań lub mycie naczyń bez moczenia rąk.