Ako funguje 3D tlačiareň?

Pred niekoľkými desiatkami rokov sa mohlo zdať fantastické tlačiť takmer akýkoľvek text, obrázok alebo fotografiu doma v priebehu niekoľkých minút a teraz takmer každý môže používať tlačiareň. Okrem tlače obrázkov sa dnes stelesnením trojrozmerných objektov podľa ich počítačových modelov stala realita. Periférne zariadenia, ktoré to umožňujú, sa nazývajú 3D tlačiarne. S ich pomocou môžete vytvárať časti a objekty najrôznejších tvarov, ktoré sa používajú v technológii, modelovaní priestorových komplexov, každodennom živote. Aké sú možnosti hromadnej tlače a ako funguje 3D tlačiareň??

Obsah článku

• Princíp trojrozmernej tlače
• Technológie na pestovanie trojrozmerných objektov
• Extrúzna tlač
• Metódy práškovej tlače
• Fotopolymerizačná tlač
• laminácia
• 3D tlačová aplikácia

Princíp trojrozmernej tlače

Je dobre známe, ako sa objemové predmety získavajú odliatím alebo obrábaním obrobku, ktorého tvar je najbližší konečnému výsledku. Posledný princíp, ktorý Michelangelo sformoval ako odrezanie všetkého zbytočného od kameňa, sa používa na vytváranie sôch. Metóda formovania postavy v trojrozmernej tlači sa nazýva aditívum (z anglického add - "add") a zásadne sa líši od metód uvedených vyššie. Pritom sa vytvorenie vrstvy po vrstve objektu uskutočňuje postupným nanášaním častí materiálu, to znamená, že vytvorené telo sa postupne pestuje, až kým nedosiahne požadovanú konfiguráciu. Schéma, veľmi zjednodušene vysvetľujúca princíp trojrozmernej tlače, je zobrazená na obrázku..

Umiestnením tlačovej hlavy do dvoj súradnicového systému X a Y sa materiál aplikuje v súlade so špecifikovanou konfiguráciou vrstvy. Pri pohybe pracovnej plošiny o krok pozdĺž osi Z sa začína zväčšovať ďalšia úroveň objektu.

Prvým krokom pri príprave na tlač je vytvorenie počítačového modelu budúcej súčasti. To je možné urobiť dvoma spôsobmi: pomocou trojrozmerného grafického editora alebo CAD systémov (3D Studio Max, SolidWorks, AutoCAD a ďalšie) alebo 3D skenovaním objektu, ktorý chcete kopírovať. Potom sa pomocou softvéru tlačiarne model rozdelí na vrstvy a vygeneruje sa súbor príkazov, ktoré určujú postupnosť použitia materiálu pri tlači.

Zariadenie implementujúce doplnkovú metódu vytvárania telies, analogicky s dvojrozmernými periférnymi zariadeniami, sa vyznačuje rozlíšením pozdĺž troch osí v priestore. Tieto parametre určujú výšku vrstvy a presnosť umiestnenia tlačového prvku. Ďalšou dôležitou technickou charakteristikou 3d tlačiarne je oblasť tlače, ktorej veľkosť určuje maximálnu možnú veľkosť dospelého tela.

Ako materiály pre trojrozmerné objekty pri výrobe aditív sa môžu použiť rôzne druhy plastov, zliatiny kovov, minerálne zmesi, papier, fotopolyméry. Niektoré 3D tlačiarne vám umožňujú pracovať s niekoľkými materiálmi, ktoré sa líšia vlastnosťami alebo farbou. Existuje tiež spôsob výroby predmetov charakterizovaných rôznymi odtieňmi zmiešaním farbiva s priehľadným polymérom počas tlače.

Technológie na pestovanie trojrozmerných objektov

Existuje veľa metód trojrozmernej tlače, ich hlavné rozdiely od seba spočívajú v princípoch tvorby vrstiev a ich vzájomného prepojenia, ako aj v materiáloch použitých pri práci. Zvážte základnú technológiu výroby aditív.

Extrúzna tlač

Táto metóda sa tiež nazýva nanášanie vrstvy po vrstve, ktorá sa používa ako termoplast. Zariadenia, ktoré pracujú v súlade s touto technológiou, sa tiež nazývajú FDM tlačiarne, dnes sú najbežnejšie. Na obrázku je znázornená schéma vysvetľujúca princíp extrúznej tlače..

Hlavným uzlom tlačiarne FDM je vytlačovací stroj tlačovej hlavy. Náplňou pre takéto zariadenie je termoplastický polymér vo forme nite navinutej na cievke. V extrudéri sa pracovný materiál otáča rotačnými valčekovými prvkami do ohrievacej zóny, kde sa taví a vytlačuje dýzou, čím sa vytvára elementárny fragment predmetu. Po vytlačení celej aktuálnej cesty sa platforma posunie nadol a začne sa aplikácia novej vrstvy.

Existujú tlačiarne, v ktorých je možné do tlačovej hlavy vkladať dva druhy vlákien, čo umožňuje pestovať viacfarebné objekty alebo vytvárať takzvanú podporu tlače. Tieto sú potrebné na vytvorenie častí objektu, ktoré nie sú v kontakte s podkladovými vrstvami alebo základňou. Ak sa ako nosný materiál používajú vo vode rozpustné látky, je možné ich ľahko odstrániť bez toho, aby sa základný materiál podrobil spracovaniu. Na fotografii je zobrazený pohľad na objekt tlačený rozpustnými podložkami pred a po ich odstránení..

Podpery sa dajú vyrobiť aj z hlavného termoplastu, potom sa po vytlačení modelu vylomia a povrch sa obrábaním uvedie do hladkého stavu. Príklad časti vyrobenej týmto spôsobom je znázornený na obrázku..

Metódy práškovej tlače

Technológie tejto skupiny spája myšlienka vytvorenia integrálnej štruktúry z práškových materiálov. Jednou z odrôd je atramentová tlač, založená na aplikácii vrstvy po vrstve, ktorá má konzistenciu prášku, ktorej jednotlivé fragmenty sú potom impregnované lepiacou kompozíciou. Materiály tu môžu byť veľmi rozmanité: papier, drevo, minerálne zmesi, kovy, plasty. Jedinou podmienkou je možnosť ich mletia na prášok.

Iné metódy - laserové spekanie a legovanie - sú veľmi podobné a používajú sa hlavne na pestovanie kovových častí. Ten umožňuje získať najhustejšie a najodolnejšie objekty, ktorých štruktúra neobsahuje póry. Postupný postup 3D laserovej tlače práškom je znázornený na obrázku..

Fotopolymerizačná tlač

Tento názov kombinuje dva spôsoby vytvárania trojrozmerných objektov z kvapalných látok špeciálnej triedy - fotopolyméry, ktoré tuhnú, keď sú vystavené ultrafialovému žiareniu - laserová stereolitografia a digitálna LED projekcia.

Schéma objemovej tlače tela pomocou technológie laserovej stereolitografie je na obrázku. Pracovný priestor je ponorený do tekutej fotopolymérnej živice na úrovni jednej vrstvy. Laserový lúč nakresľuje prierez budúceho objektu v súlade s jeho trojrozmerným modelom, ožarované oblasti materiálu stvrdnú. Potom sa základňa ponorí do kúpeľa pomocou tekutej živice o veľkosť nasledujúcej vrstvy a jej konštrukcia sa uskutoční podobne ako predchádzajúca vrstva. Proces sa opakuje, až kým sa celý objekt nechá rásť. Potom sa z produktu vymyje zvyškový materiál..

Druhý typ fotopolymerizačnej tlače sa realizuje na rovnakom princípe, ako svetelný zdroj sa používajú iba projektory LED.

laminácia

Táto technológia spočíva vo výrobe trojrozmerných predmetov z listov papiera, plastových fólií, fólií. Schéma procesu tlače je na obrázku. Materiál, na ktorý je nanesený adhezívny povlak, sa privádza na pracovnú plošinu alebo do spodných vrstiev dielu, zatiaľ čo cez neho prechádza zahriaty valec, povrchy sú prilepené. Obrys vrstvy sa potom vyreže pomocou laserového lúča, ktorý tiež rozdeľuje zvyšky plošného materiálu na malé úlomky, aby sa uľahčilo ich odstránenie..

3D tlačová aplikácia

3D tlačiarne sa používajú na rýchle prototypovanie a výrobu náhradných dielov, nových komponentov, rozvrhnutí v priemyselnej výrobe, navrhovanie predmetovo-priestorových komplexov, architektúry, automobilového priemyslu, módneho priemyslu, potravinárstva, medicíny a mnohých ďalších oblastí..

Pretože trojrozmerná tlač poskytuje prakticky nevyčerpateľné možnosti na získanie objemových štruktúr akejkoľvek zložitosti, túto metódu nemilovali iba inžinieri, ale aj dizajnéri, ktorí vytvárajú odevy a obuv, šperky, drobné predmety pre domácnosť, nábytok, hračky pomocou 3D tlačiarní..

Aditívne výrobné technológie sa používajú aj pri výrobe zdravotníckych pomôcok, napríklad implantáty pre zubnú protetiku sa tlačia na stereolitografické tlačiarne. Okrem toho sa na 3D tlačiarňach získajú umelé fragmenty ľudskej kostry, kostí, lebky a chrupavky. Sľubným smerom je použitie rôznych typov buniek ľudského tela ako materiálu, ktorý umožňuje tlačiť tkanivá a orgány na transplantáciu..

Dnes sa 3D tlačiarne často nepoužívajú v každodennom živote, pretože tieto zariadenia sú stále dosť drahé a je celkom možné obísť sa bez toho, aby sa na nich vyrábali predmety. Ale kto vie, možno v relatívne blízkej budúcnosti vytlačiť rozbitý šálku doma, rozbitú obľúbenú detskú hračku, autorský prsteň ako darček pre dievča alebo čokoládový dezert na dovolenku, sa stane rovnako bežným ako umývanie odevov alebo umývanie riadu bez namáčania rúk..