Saltar al contenido

Τι είναι η εκτύπωση 3D;

13 de mayo de 2021

Σε αυτό το άρθρο

Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια διαδικασία κατασκευής που δημιουργεί ένα τρισδιάστατο, φυσικό αντικείμενο από ένα ψηφιακό αρχείο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται πρόσθετη κατασκευή, που σημαίνει ότι προστίθεται υλικό και δεν αφαιρείται. Με την εκτύπωση 3D, δημιουργείτε μια ψηφιακή σχεδίαση 3D σε ένα πρόγραμμα μοντελοποίησης, γνωστό ως λογισμικό CAD και, στη συνέχεια, χρησιμοποιείτε έναν εκτυπωτή 3D για την παραγωγή επιπέδων υλικού για να σχηματίσετε το τελικό αντικείμενο. Οι επιχειρήσεις, οι ερευνητές, οι επαγγελματίες του ιατρικού τομέα, οι χόμπι και άλλα χρησιμοποιούν την εκτύπωση 3D για μια σειρά εφαρμογών. Ακολουθεί μια ματιά στον τρόπο με τον οποίο εκτυπώθηκε η τρισδιάστατη εκτύπωση, πώς λειτουργεί, σε τι χρησιμοποιείται και τι ισχύει για το μέλλον αυτής της τεχνολογίας. Η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να είναι μέρος της αγαπημένης σας ταινίας. Στηρίγματα σε ταινίες όπως Μαύρος πάνθηρας, Σιδερένιος Άνθρωπος, Οι Εκδικητές, και Πόλεμος των άστρων Χρησιμοποιήστε εκτύπωση 3D, επιτρέποντας στους σχεδιαστές σκηνικών να δημιουργούν και να αναδημιουργούν στηρίγματα εύκολα και φθηνά.

Marco Vacca / Getty Images

Η ιστορία της τρισδιάστατης εκτύπωσης

Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, εμφανίστηκε η τεχνολογία εκτύπωσης 3D, αλλά ήταν γνωστή ως τεχνολογία ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων ή RP. Το 1980, ο Δρ. Kodama της Ιαπωνίας υπέβαλε αίτηση ευρεσιτεχνίας για τεχνολογία RP, αλλά η διαδικασία δεν ολοκληρώθηκε. Το 1984, ο Charles «Chuck» Hull εφηύρε μια διαδικασία που ονόμασε στερεολιθογραφία, η οποία χρησιμοποίησε το υπεριώδες φως για να στερεοποιήσει το υλικό και να δημιουργήσει ένα στρώμα τρισδιάστατου αντικειμένου. Το 1986, ο Χαλ εκδόθηκε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη συσκευή στερεολιθογραφίας του ή τη μηχανή SLA. Ο Chuck Hull προχώρησε στη δημιουργία της 3D Systems Corporation, μιας από τις μεγαλύτερες εταιρείες τεχνολογίας 3D στον κόσμο. Άλλες διαδικασίες και τεχνολογίες εκτύπωσης 3D αναπτύχθηκαν περίπου την ίδια στιγμή, και συνεχίστηκαν περαιτέρω βελτιώσεις κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1990 και στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Ωστόσο, η κύρια εστίαση της τεχνολογίας 3D εκτύπωσης ήταν το πρωτότυπο και οι βιομηχανικές εφαρμογές. Η τεχνολογία εκτύπωσης 3D άρχισε να γίνεται αντιληπτή από τα mainstream media το 2000 όταν δημιουργήθηκε ο πρώτος τρισδιάστατος τυφλός νεφρός, αν και η επιτυχής μεταμόσχευση τρισδιάστατου νεφρού δεν έγινε μέχρι το 2013. Το 2004, το RepRap Project είχε εκτύπωση 3D εκτυπωτή άλλος εκτυπωτής 3D. Περισσότερη προσοχή στα μέσα ενημέρωσης τραβήχτηκε το 2008 με το πρώτο τρισδιάστατο τυπωμένο προσθετικό σκέλος. Ακολούθησαν γρήγορα άλλες πρόοδοι 3D, συμπεριλαμβανομένου ενός τυπωμένου τρισδιάστατου σπιτιού που μετακόμισε μια οικογένεια το 2018. Σήμερα, η εκτύπωση 3D δεν αφορά μόνο τα πρωτότυπα και τη βιομηχανική κατασκευή. Χόμπι, επιστήμονες και όλοι ενδιάμεσοι χρησιμοποιούν τρισδιάστατη εκτύπωση για κατασκευή προϊόντων, καταναλωτικά αγαθά, ιατρικές εξελίξεις, εκπαιδευτικό υλικό και άλλα. Η εκτύπωση 4D βρίσκεται επίσης σε εξέλιξη, με τυπωμένα αντικείμενα που μπορούν να αλλάξουν σχήμα με την πάροδο του χρόνου.

Πώς λειτουργούν οι εκτυπωτές 3D

Υπάρχουν διάφοροι τύποι τεχνολογιών εκτύπωσης 3D, όπως το Fused Deposition Modeling (FDM), επίσης γνωστό ως Fused Filament Fabrication (FFF). Το FDM είναι η πιο κοινή και δημοφιλής μέθοδος και χρησιμοποιείται στους πιο προσιτούς 3D εκτυπωτές. Η μέθοδος εκτύπωσης FDM χρησιμοποιεί ένα νήμα από πλαστικό υλικό, λίγο σαν κορδόνι. Το νήμα τροφοδοτείται από ρολό σε θερμαινόμενη κεφαλή, η οποία λιώνει το πλαστικό. Το κεφάλι εξωθεί το λιωμένο πλαστικό στο κρεβάτι του μηχανήματος. Το κεφάλι κινείται πάνω από το κρεβάτι, σε 2D, αποθέτοντας το πρώτο στρώμα υλικού. Μόλις ολοκληρωθεί το πρώτο στρώμα, η κεφαλή κινείται προς τα πάνω από το πάχος του πρώτου στρώματος και καταθέτει το επόμενο στρώμα στην κορυφή. Το τμήμα είναι χτισμένο στρώμα-προς-στρώμα, όπως το ψήσιμο ενός καρβέλι φέτα ψωμί με φέτα. Οι δημοφιλείς εκτυπωτές FDM 3D περιλαμβάνουν το MakerBot και το Ultimaker.

Πώς λειτουργεί ένας εκτυπωτής 3D FDM

Παράδειγμα τρόπου χρήσης ενός 3D εκτυπωτή

Ακολουθεί μια ματιά στο πώς μπορεί να λειτουργήσει απλή εκτύπωση 3D σε έναν εκτυπωτή FDM.

  1. Κατεβάστε ένα μοντέλο 3D που θέλετε να εκτυπώσετε ή σχεδιάστε ένα μόνοι σας. Βρείτε μοντέλα με δυνατότητα λήψης στο Thingiverse ή στο GrabCAD. Για να σχεδιάσετε ένα μοντέλο μόνοι σας, δοκιμάστε το SketchUp ή το Blender. Για μηχανικά μέρη, δοκιμάστε λογισμικό CAD όπως το SolidWorks.

  2. Εάν δεν είναι ήδη, μετατρέψτε το μοντέλο σε μορφή εκτύπωσης 3D, όπως ένα αρχείο STL.

  3. Εισαγάγετε το μοντέλο σε λογισμικό τεμαχισμού, όπως το MakerWare, το Cura ή το Simplify 3D. Το MakerWare συνεργάζεται με εκτυπωτές 3D MakerBot. Το Cura και το Simplify 3D παράγουν G-code, ο οποίος λειτουργεί με τους περισσότερους εκτυπωτές 3D.

  4. Διαμορφώστε το build στο λογισμικό τεμαχισμού. Αποφασίστε πώς να προσανατολίσετε το μοντέλο στον εκτυπωτή 3D. Για FDM, ελαχιστοποιήστε τις προεξοχές απότομες από 45 μοίρες επειδή απαιτούν δομές στήριξης. Όταν αποφασίζετε για τον προσανατολισμό, σκεφτείτε πώς θα φορτωθεί το μοντέλο, ώστε τα επίπεδα να μην διαχωρίζονται εύκολα.

    Δομές υποστήριξης εκτύπωσης 3D

    Marina Skoropadskaya / Getty Images
    Για εξοικονόμηση χρόνου και υλικών, τα μοντέλα γενικά δεν είναι σταθερά. Καθορίστε το ποσοστό πλήρωσης (συνήθως 10 έως 35 τοις εκατό), τον αριθμό των περιμετρικών στρωμάτων (συνήθως 1 ή 2) και τον αριθμό των κάτω και ανώτερων στρωμάτων (συνήθως 2 έως 4). Υπάρχουν άλλα πράγματα που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την προετοιμασία ενός μοντέλου για εκτύπωση 3D.

  5. Εξαγάγετε το πρόγραμμα, το οποίο είναι συνήθως ένα αρχείο G-code. Το λογισμικό slicing μετατρέπει το μοντέλο και τη διαμόρφωση build που καθορίσατε σε ένα σύνολο οδηγιών. Ο τρισδιάστατος εκτυπωτής το ακολουθεί για να δημιουργήσει το τμήμα.

  6. Μεταφέρετε το πρόγραμμα στον εκτυπωτή 3D χρησιμοποιώντας κάρτα SD, USB ή Wi-Fi.

  7. Εκτυπώστε το μοντέλο στον εκτυπωτή 3D.

    Ο κατασκευαστής βλέποντας έναν εκτυπωτή 3D δημιουργεί ένα μέρος

    vgajic / Getty Images
  8. Όταν ο εκτυπωτής 3D ολοκληρώσει την κατασκευή του μοντέλου, αφαιρέστε τον και ενδεχομένως καθαρίστε τον επίσης. Σπάστε τυχόν δομές στήριξης και τρίψτε τυχόν υπόλοιπα κομμάτια με γυαλόχαρτο.

Άλλοι τύποι τρισδιάστατων μηχανών εκτύπωσης

Εκτός από τους εκτυπωτές FDM, οι μέθοδοι εκτύπωσης 3D περιλαμβάνουν επίσης στερεολιθογραφία (SLA), Ψηφιακή Επεξεργασία Φωτός (DLP), Επιλεκτική Συγκόλληση με Λέιζερ (SLS), Επιλεκτική τήξη λέιζερ (SLM), Κατασκευή αντικειμένων με Laminated (LOM) και Ψηφιακή τήξη δέσμης (EBM) . Το SLA είναι η παλαιότερη τεχνολογία εκτύπωσης 3D και χρησιμοποιείται ακόμη σήμερα. Το DLP χρησιμοποιεί φωτισμό καθώς και πολυμερή, ενώ το SLS χρησιμοποιεί λέιζερ ως τροφοδοτικό για τη δημιουργία ισχυρών τρισδιάστατων τυπωμένων αντικειμένων. Το SLM, το LOM και το EBM δεν έχουν ευνοήσει.

Το μέλλον της τρισδιάστατης εκτύπωσης

Η τρισδιάστατη εκτύπωση θα οδηγήσει σε μέλλον, κατ ‘απαίτηση, προσαρμοσμένων προϊόντων που θα γίνουν άμεσα σύμφωνα με τις ακριβείς προδιαγραφές μας; Αν και αυτό παραμένει ασαφές, η τεχνολογία εκτύπωσης 3D αναπτύσσεται ραγδαία και χρησιμοποιείται σε πολλές περιοχές. Η τρισδιάστατη εκτύπωση σπιτιών, οργάνων του σώματος, όπως νεφρά και άκρα, και άλλες εξελίξεις έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν τη ζωή ανείπωτων ανθρώπων σε όλο τον κόσμο.