Hvad er 3D-udskrivning, og hvordan fungerer det nøjagtigt?

Forestil dig, om du kunne udskrive tredimensionelle genstande lige fra en printer i dit hjem. Da jeg var barn i folkeskolen, troede jeg, at det ville være fantastisk, hvis jeg kunne udskrive pizzaer ud af min InkJet. Det er ikke der, jeg er på vej hen i denne artikel, men det er en interessant tanke-udskrivning af tredimensionelle objekter, det vil sige. Det lyder som grænseoverskridende science-fiction, og det var det i lang tid. Ikke mere.

Processen kaldes (ikke overraskende) 3D-udskrivning. Ligesom traditionel udskrivning, der tager et tomt stykke papir og skaber to-dimensionelle billeder og tekst ud af tilsyneladende intetsteds, skaber 3D-udskrivning fuldt realiserede objekter ud af intet. Det er en fascinerende procedure, der kan være nyttig i en række felter.

Sidste år fastslog James, at 3D-udskrivning ikke længere er en myte 3D-udskrivning - Sci-Fi myte eller virkelighed? 3D-udskrivning - Sci-Fi-myte eller virkelighed? En grundpille i sci-fi, siden genren begyndte, ideen om at være i stand til at skabe dine egne objekter derhjemme er forståelig nok ganske fascinerende. Hvem har ikke drømt om at have deres egen replikator, der laver cookies… eller en langsigtet idé. Lige inden for de sidste 12 måneder har han vist sig korrekt: 3D-udskrivning er lige ved at komme i gang. Deltag i mig, mens jeg udforsker ind-og-ud af 3D-udskrivningsteknologi for at lære, hvordan det fungerer, og hvilke fordele det kan give os som forbrugere.

Kort historie om 3D-udskrivning

Tilbage i 1986 indgav en fyr ved navn Charles W. Hull et patent på stereolitografi, som blev den første kendte metode til at skabe 3D-objekter ud af tynd luft. Opfindelsen af ​​denne metode indledte en ny tidsalder af bearbejdningsprocesser. Mens de fleste objekter er bygget ved hjælp af en subtraktiv proces (dvs. whittling, boring, udskæring, skæring osv.), 3D-udskrivning bruger en tilsætningsstof proces (dvs. ved at tilføje materiale).

3D-printere er dyre. Traditionelle papir-og-blækprintere koster dig hundreder af dollars, men 3D-printere sætter dig tilbage i titusinder. Heldigvis behøver du ikke at eje en personlig 3D-printer, da der allerede er et antal tjenester, der udskriver 3D-objekter til dig. Hvis du er interesseret, så tjek Shapeways og Sculpteo.

På grund af stereolitografiens dyre natur er andre former for 3D-udskrivning banebrydende. Disse nyere teknikker har deres egne fordele og ulemper, men de fleste af dem er langt billigere og mere tilgængelige for alle.

3D-udskrivningsteknikker

stereolitografi (SLA) er den første 3D-udskrivningsteknik, der blev udviklet. Det skaber genstande ud af tynd luft ved at udskrive lag og lag af en bestemt fotopolymer oven på sig selv. Materialet begynder som en væske og skifter til et fast stof, når det rammer af en koncentreret stråle af ultraviolet lys.

Digital lysbehandling (DLP) svarer til stereolitografi, idet den bruger lys til at hærde en væske til et fast stof. Ved digital lysbehandling starter objektet imidlertid som et vat med fuld væske. En del af væsken udsættes for lys, der hærder, derefter sænkes byggepladen med en lille mængde. Et andet lysbillede hærder mere af væsken, og denne proces gentages. Restvæske drænes, hvilket efterlader en solid model.

Selektiv lasersintring (SLS) bruger en højeffekt laser til at smelte sammen materialepartikler (f.eks. Plast, glas, keramik og metal) til en masse, der tager den ønskede tredimensionelle form.

Elektronstrålesmelte (EBM) er en 3D-udskrivningsproces, der bruges til metaldele. Processen finder sted i et vakuum og begynder med at sprede et lag metalpulver ned (oftest titan). En elektronstråle smelter derefter pulveret i et fast lag. Objekter oprettet på denne måde er overraskende tætte og stærke.

Multi jet modellering (MJM) fungerer på samme måde som moderne InkJet-printere. Det spreder et lag harpikspulver og sprøjter derefter et farvet bindende limlignende stof, der hærder pulveret i et enkelt lag. Multi jet-modellering er ekstremt nyttig, fordi den er hurtig og understøtter farvet udskrivning.

Smeltet deponeringsmodellering (FDM) bruger en opvarmet ekstruderingsdyse, der smelter et materiale (f.eks. Plast), når det kommer ud. Dysen kan bevæge sig både vandret og lodret gennem computerstøttede kontroller. Når materialet kommer ud af dysen, hærder det næsten øjeblikkeligt.

Næsten alle former for 3D-udskrivning kræver en STL-fil. En STL-fil er et specifikt format af 3D-model, der gør det muligt for 3D-printere nemt og effektivt at skære objektet op i de individuelle lag, der bruges i selve udskrivningen. De fleste STL-filer oprettes først i et computer-aided design (CAD) program og konverteres derefter.

Fordelene ved 3D-udskrivning

3D-printere er nyttige både i kommerciel og personlig kapacitet. Den eneste virkelige barriere for personlig 3D-udskrivning er de ekstraordinære omkostninger, der er involveret, og den tekniske viden, der er nødvendig for at skabe fungerende STL-modeller. Hvis du kan komme over den indledende pukkel, vil du se de mange fordele.

Designrelateret arbejde gøres meget hurtigere og lettere med 3D-printere. Designere kan tage koncepter og ideer og hurtigt fremstille en fungerende tredimensionel repræsentation kaldet hurtig prototype. Efterhånden som designet udvikler sig over tid, kan hver iteration prototypes næsten øjeblikkeligt.

Virksomheder kan også drage fordel af at bruge 3D-printere til at skabe deres endelige produkter, ikke kun prototyper. Subtraherende processer ender med en masse spildte materialer i form af spåner, boreaffald og skårne stykker, der er for små til at kunne bruges overalt. Den additive proces med 3D-udskrivning eliminerer de fleste, hvis ikke alle, former for affald.

Arten af ​​3D-udskrivning giver mulighed for let tilpasning. Typiske samlebånd kræver, at forskellestykkerne af et objekt passer sammen på en bestemt måde, ellers svinger linjen. Med en 3D-printer foretages personlige tilpasninger i STL-filen - printeren behøver ikke at ændres.

Og det detaljeringsniveau, der kan opnås gennem 3D-udskrivning, er fænomenal-uovertruffen af ​​enhver anden fremstillingsmetode bortset fra genstande, der er designet og udformet helt for hånd. Nøjagtigheden af ​​en 3D-printer kan gå så langt som 4-mikron opløsning. Det er tyndere end et menneskehår.

3D-udskrivningsteknologi er ikke ligefrem en verdensskifter, men den er bestemt fascinerende og værdifuld. Virksomheder over hele verden bruger allerede 3D-udskrivning i deres fremstillingsprocesser. Hobbyister udskriver allerede entydige genstande til deres egen fornøjelse. I løbet af det næste årti er det fuldstændigt muligt, at vi ser husholdningsprintere, der opretter 3D-objekter efter vores egen behav.

Billedkredit: 4 farvede bolde via Shutterstock, MJM-diagram via TurkCADCAM