Mis on 3D-printer

Kaasaegse maailma üks paljutõotavamaid suundi on kolmemõõtmeliste objektide loomine 3D-printimise abil. Trükitehnoloogia võimaldab luua üsna keerukaid ja detailseid tooteid. Tänapäeval on 3D-printimise kasutamine võimalik mitte ainult tootmiskohtades, vaid ka kodus, selleks piisab 3D-printeri ostmisest.

Mis on 3D-printer?

Kolmemõõtmeline printer on seade, mis on võimeline looma objekte loodud digitaalsete 3D-mudelite põhjal. Tooted saadakse materjali kiht-kihilt pealekandmisel. Alusena kasutatakse termoplasti ja fotopolümeervaikusid, kuid tehnoloogia arenguga suureneb toorainena kasutatavate materjalide hulk.

Tootmisprotsess näeb välja selline:

1. Toimub 3D mudeli loomise protsess, s.o. kujundatakse tulevase toote visuaalne pilt, säilitades kõik proportsioonid. Mudel luuakse spetsiaalse tarkvara abil.
2. Pärast mudeli loomist peate faili töötlema. Töötlemine seisneb faili teisendamises digitaalseks koodiks, mis jagab kogu mudeli mitmeks paralleelseks kihiks. Sel viisil genereeritakse käsud 3D-seadmele, mis jagab materjali objekti loomiseks.
3. Viimaseks etapiks on toote 3D printimine, s.o. toote loomise protsess materjali kiht-kihilise pealekandmise teel.Protsessi läbiviimiseks kasutatakse prindipead (ekstruuderit), mis liigub mööda 0Y ja 0X telge, st. materjali söödetakse ainult piki horisontaaltasapinda vastavalt kihi programmikoodile. Järgmise kihi pealekandmiseks liigub ekstruuder piki vertikaalset juhikut (piki 0Z ​​telge) kaugusel, mis on võrdne kihi suurusega. Pärast seda hakatakse kandma järgmist horisontaalset kihti.

Viide: Trükiprotsess võib olenevalt tootmistehnoloogiast erineda, kuid üldine toodete loomise protsess seisneb materjali kiht-kihilises pealekandmises.

3D-printerite tüübid

Seadmeid jaotatakse sõltuvalt trükiprotsessi unikaalsusest, s.t. kasutatud tehnoloogia kohta. Levinumad printimismeetodid on FDM (Fused Deposition Modeling) ja SLA (laserstereolitograafia).

Suunatud modelleerimise tehnoloogia on üks esimesi ilmunud printimismeetodeid. Termoplasti kasutatakse materjalina esemete valmistamiseks poolile keritud kudumisvardade või niitide kujul. Trükimeetod on järgmine:

1. Pool või hõõgniit paigaldatakse ekstruuderisse. Kütteseadme mõjul hakkab materjal sulama ja voolab läbi kanali tööpinnale.
2. Ekstruuder liigub mööda kindlaksmääratud koordinaate vastavalt digitaalsele koodile. Tootmine toimub horisontaaltasandi suhtes kihtidena.
3. Komplekstoodete valmistamisel kasutatakse kahte materjali: põhi- ja abimaterjali. Toode on loodud põhimaterjalist. Abimaterjal on ette nähtud ajutiste tugede loomiseks, samuti toote õõnsuse täitmiseks. SestPrinter ei suuda ilma põhjuseta printida õhus olevat objekti.

Viide: Abimaterjal eemaldatakse seejärel spetsiaalse lahustiga või puruneb kergesti.

FDM-tehnoloogial valmistatud toodetel on hea mehaaniline ja keemiline tugevus. Sellised omadused saavutatakse tööstusliku kvaliteediga termoplasti kasutamisega. See tehnoloogia on ka kerge ja sobib kasutamiseks kodus.

SLA tehnoloogiad ehk stereolitograafia prindivad tooteid, kasutades vedelaid fotopolümeervaikusid, mis kivistuvad laseri kujul oleva energiaallika mõjul. Seda meetodit kasutades on toodetel suur täpsus (kuni 15 mikronit). Objektid trükitakse järgmiselt:

1. Tööpind langetatakse ühe kihi sügavusele fotopolümeervedelikuga anumasse;
2. Energiaallikas (laser) lõikab objekti kuju vastavalt etteantud objekti koordinaatidele;
3. Toimub polümerisatsiooniprotsess, mille tulemusena toimub kokkupuutepunktides kõvenemine;
4. Protseduuri korratakse iga kihi puhul, kuni objekt on toodetud;
5. Pärast tootmist kastetakse mudel spetsiaalse lahusega anumasse, et puhastada abielementidest;
6. Viimane etapp on ultraviolettkiirgus, et kiirendada toote moodustumist.

Stereolitograafia on üks kaasaegsemaid tehnoloogiaid, kuid nõuab kalleid materjale. On ka vähemtuntud printimistüüpe:

SlS (selektiivne laserpaagutamine) objekti loomise põhimõte seisneb õhukese materjalikihi pulbrina toimetamises tööalale, mis laseri toimel paagutatakse.Selle meetodi peamine eelis on abielementide kasutamise vajaduse puudumine, kuid see nõuab täiendavat kuumtöötlust. Ei ole ette nähtud kasutamiseks kodustes tingimustes.

EBM (elektronkiirte sulatamine). Tehnoloogia sarnaneb selektiivse laserpaagutamisega, kuid toode on loodud vaakumis ega vaja täiendavat kuumtöötlust.

Kolmemõõtmeline printimine sisaldab 3D-pliiatsit. Selle tööpõhimõte sarnaneb FDM-tehnoloogiaga, kuid on miniatuursema välimusega ja seda kasutatakse kolmemõõtmelise efektiga jooniste loomiseks.

Mida saab 3D-printer teha?

Tänapäeval kasutatakse 3D-printimist peaaegu kõigis eluvaldkondades. On näiteid kulinaarsete roogade loomisest 3D-printimise abil. Kõikide tööstusharude keerukamate struktuuride jaoks luuakse igasuguse keerukusega osi. Kuid kõige asjakohasem ja vajalikum valdkond on ikkagi meditsiin.

Mitmed ettevõtted töötavad välja orgaanilisi mudelaineid, mis võivad praktiliselt asendada looduslikke kangaid. 3D-printimine võib aidata ka liigeste asendamise valdkonnas. Kolmemõõtmelise tootmise kõige levinum rakendus on hambaravi. Printereid kasutatakse lisaks proteesidele orelimudelite valmistamisel. 3D-printimise võimalused suurenevad ja muutuvad iga päevaga kättesaadavamaks.

3D-printerid ei aita mitte ainult inimesi, vaid ka loomi. Üks kuulsamaid juhtumeid on kesta loomine metsatulekahjus viga saanud kilpkonnale. Seega päästis uus kest looma elu ja selliseid juhtumeid on palju. Teine ainulaadne juhtum on elevandi jalaprotees. Juhtumi ainulaadsus seisneb selles, et elevantidele proteese looma suure kaalu tõttu praktiliselt ei tehta.

Kaasaegne trükitehnoloogia võimaldab luua kasvõi terve hoone. Väikese maja (37 ruutmeetrit) ehitamine võttis teadlastel aega vaid 24 tundi ja oli poole odavam kui tavameetodil.