3D drukāšana — kas tā ir un kā tā darbojas
Uzzini, kas ir 3D drukāšana, kā tā darbojas, materiāli, printeru veidi un izmantošana — ātra prototipēšana, remonts un mājas drukas iespējas.
3D drukāšana ir tehnoloģija, kas ļauj izveidot trīsdimensiju (3D) cietus objektus, veidojot tos slānis pa slānim. Visbiežāk mājas un hobiju līmeņa 3D printeros izmanto plastmasu, jo tas ir pieejams un salīdzinoši viegli apstrādājams. Pastāv arī profesionāli 3D printeri, kas strādā ar citām izejvielām — metāliem un keramiku —, taču šādi risinājumi parasti ir dārgāki un prasīgāki tehnoloģiski.
Kā 3D drukāšana notiek
Process parasti ietver vairākus soļus:
- Digitāla modeļa izveide vai iegūšana (piemēram, 3D modelēšanas programmā vai no tiešsaistes datubāzēm).
- Modeļa sagatavošana "slicer" programmā — tas sadala modeli plānās slānīšu rindās un ģenerē drukāšanas komandas printerim.
- Drukas posms — printeris izveido objektu slānis pa slānim, izmantojot izvēlēto tehnoloģiju (piemēram, ekstrūziju, sveķu cietināšanu vai pulvera sinterēšanu).
- Pēcapstrāde — atbalsta materiālu noņemšana, virsmas slīpēšana, cietināšana vai pārklāšana pēc nepieciešamības.
Galvenās 3D drukāšanas tehnoloģijas
- FDM/FFF (ekstrūzija) — visizplatītākā hobiju un daudzos rūpniecības risinājumos: plastmasas stieple (filaments) tiek izkausēta un izspiedta caur sprauslu, veidojot slāņus.
- SLA/DLP — šķidri sveķi cietē ar UV gaismu; nodrošina ļoti labu detaļas precizitāti un gludu virsmu.
- SLS/SLM/DMLS — pulvera bāzes tehnoloģijas, kuras sinterē vai stiprina ar lāzeru; izmanto metālu vai plastmasu pulverus un piemērotas izturīgu detaļu ražošanai.
Materiāli
Biežāk lietotie materiāli:
- Plastmasas — PLA, ABS, PETG, TPU u. c. (PLA ir labs sākumam, jo ir viegli drukājams).
- Šķidrie sveķi (resins) — izmanto SLA/DLP printeros; nodrošina augstu detaļu līmeni.
- Metāli — tērauds, titāns, alumīnijs u. c. (lietojami rūpnieciskā un medicīniskā jomā).
- Keramika — speciāli pulveri vai emulsijas, kas pēc drukāšanas prasa pieteikšanos un dedzināšanu.
- Kompozīti — plastmasas ar oglekļa šķiedru, koksnes pulveri vai citiem piejaukumiem īpašību uzlabošanai.
Daži materiāli prasa speciālas drukāšanas iekārtas un apstrādes taustiņus (piemēram, augstas temperatūras ekstrūzijai vai inertās gāzes vidi metālu drukāšanai).
Pielietojumi
3D drukāšana ir ļoti daudzpusīga. To izmanto prototipēšanā, izstrādes procesos un galaproduktu ražošanā. Piemēri:
- Rūpnieciskā prototipēšana — ātra ideju pārbaude un dizaina iterācija, kas ļauj inženierim izmēģināt daudzas versijas bez ilga gaidīšanas cikla.
- Medicina — protēzes, ortozes, ķirurģiski modeļi un pat impanti specifiskiem pacientiem.
- Stomatoloģija — kronīšu un plombu sagataves, precīzi zobu modeļi.
- Aerospace un automobiļu industrija — vieglas, sarežģītas formas detaļas, kas citādi būtu grūti ražojamas.
- Izglītība un hobiji — modeļi, rotaļlietas, figūriņas, mājas pielietojumi un remontdarbi.
Priekšrocības un ierobežojumi
- Priekšrocības: ātra izgatavošana, pielāgojamība, iespēja ražot sarežģītas formas bez speciālu veidņu izveides, pieejamība hobijiem un prototipiem.
- Ierobežojumi: materiālu īpašības (dažkārt zemāka izturība nekā masveidā ražotām detaļām), virsmas kvalitāte var prasīt pēcapstrādi, drukas ātrums un izmaksas atkarīgas no tehnoloģijas un materiāla.
Drošība un uzturēšana
- Darbojoties ar dažiem plastmasas materiāliem un sveķiem, var izdalīties kaitīgas izgarojumi — nodrošiniet labu ventilāciju vai izmantojiet filtrēšanas sistēmas.
- Metālu un keramiku drukājot, nepieciešama speciāla aizsardzība un darbnīcas aprīkojums.
- Regulāra printera kalibrācija, sprauslu tīrīšana un pareiza materiālu glabāšana (sausumā) pagarina iekārtu darba mūžu.
Padomi iesācējiem
- Sāciet ar vienkāršu FDM printeri un PLA materiālu — tas ir piedodošs un neprasa sarežģītu konfigurāciju.
- Iemācieties pamatus par 3D modelēšanu un "slicer" programmatūru (piem., Cura, PrusaSlicer u. c.).
- Drukājiet mazas detaļas, lai iepazītu parametru ietekmi (slāņa biezums, temperatūra, ātrums).
- Pievērsiet uzmanību kopienām un tiešsaistes resursiem — tur bieži atradīsiet gatavas drukas failus, padomus un problēmu risinājumus.
Kopš 2003. gada 3D printeru un materiālu pieejamība ir strauji pieaugusi, un ierīču izmaksas ir samazinājušās, tāpēc tehnoloģija ir kļuvusi pieejamāka gan profesionāļiem, gan hobijistiem.
3D printeris
Vēsture
1974. gadā Deivids E. H. Džonss (David E. H. Jones) žurnālā New Scientist pirmo reizi rakstīja par 3D drukāšanas ideju.
1984. gadā Alains Le Méhauté un citi iesniedz patentu par stereolitogrāfiju (3D printeri, kas darbojas uz lāzera bāzes).
1989: S. Skots Krūms izstrādāja FDM. Šo tehnoloģiju šodien izmanto lielākā daļa 3D printeru.
1992. gads Pirmo FDM iekārtu 1992. gadā pārdeva S. Skota Krampa uzņēmums Stratasys.
2005 RepRap kļuva par pirmo atvērtā koda printeru projektu
2008. gadā Shapeways kļuva par pirmo pakalpojumu, kas 3D drukā objektu un nosūtīja to klientiem.
2017 Krievijā uzbūvēta pirmā 3D drukātā māja, kurā var dzīvot cilvēki
Kā tie darbojas
Modelēšana
Pirmais solis, lai kaut ko 3D drukātu, ir izveidot to datorā. Cilvēki to dara, izmantojot CAD (Computer Aided Design) programmatūru vai 3D skeneri. Lai CAD projektētu modeļus, cilvēki sāk ar pamatformām un no tām veido. 3D skeneri ir iekārtas, kas veic daudz objekta mērījumu un automātiski izveido modeli datorā. Tie var būt ļoti ātri, bet ir arī dārgāki.
CAD modeļi parasti tiek saglabāti datoros kā STL faili. Tie tiek saglabāti daudzu trīsstūru veidā, tādējādi ietaupot vietu datorā.
Drukāšana
3D printeri darbojas dažādos veidos. Ir arī daudz dažādu materiālu, ko var izmantot. Katrai metodei un materiālam ir savas priekšrocības un trūkumi.
Galvenās lietas, par kurām jādomā, izvēloties mašīnu, parasti ir ātrums, izmaksas un krāsa. Printeri, kas strādā tieši ar metāliem, parasti ir dārgi. Tomēr lētākus printerus var izmantot, lai izgatavotu veidni, kas pēc tam tiek izmantota metāla detaļu izgatavošanai.
Tipiski slāņi ir aptuveni 100 μm biezi jeb aptuveni desmitā daļa no cilvēka matu biezuma. Atkarībā no tā, cik sarežģīta un liela ir druka, tā var aizņemt no mazāk nekā stundas līdz pat daudzām dienām.
Apdare
Pēc tam, kad mašīna ir pabeigusi drukāšanu, dažreiz cilvēki pabeidz modeli. Tas nozīmē veikt nelielus labojumus, lai modelis izskatītos labāk. Apdare ietver arī materiāla noņemšanu, ko printeris ir ielicis modeļa atbalstam. Tas dažkārt var aizņemt daudz laika. Ir veidi, kā to izdarīt ātrāk, bet bieži vien visvieglāk ir plastmasu noņemt ar rokām.
Pabeigta lielgabala 3D izdruka
Objekta datormodelis pirms drukāšanas
Atskaņot multivides 3D printeris drukā propelleri. Video ir 4 reizes ātrāks nekā reālajā dzīvē.
Izmanto
DIY
Daudzi cilvēki cenšas izstrādāt lētus 3D printerus, kurus cilvēki varētu izmantot mājās. Arī bibliotēkas ir sākušas iegādāties mazākus 3D printerus, lai cilvēki varētu iepazīties ar tiem, nepērkot 3D printeri. Daudz darba ir paveikušas DIY kopienas, kā arī skolas un hakeru kopienas. Līdz 2017. gadam arvien vairāk cilvēku sāka izmantot 3D drukāšanu savās mājās, lai izgatavotu nelielus priekšmetus, piemēram, zobratus un nelielas dekorācijas.
Medicīnas
3D drukāšana tiek izmantota, lai lēti izgatavotu medicīnas preces. Cilvēki domā, ka divi lielākie izmantošanas veidi būs dzirdes aparātu un mākslīgo zobu izgatavošana.
2014. gada martā Swansea ķirurgi izmantoja 3D drukātās detaļas, lai atjaunotu ceļu satiksmes negadījumā smagi cietuša motociklista seju.[]
Ražošana
2014. gadā Zviedrijas uzņēmums izgatavoja superauto, kurā izmantoti daudzi 3D drukāti komponenti. Urbee bija pirmais auto pasaulē, kura virsbūve un logi tika drukāti 3D printerī.
2015. gadā Karalisko gaisa spēku iznīcinātājs Eurofighter Typhoon lidoja ar 3D drukātām detaļām. Ar 3D printeriem ir sākuši strādāt arī Amerikas Savienoto Valstu gaisa spēki, un arī Izraēlas gaisa spēki ir iegādājušies 3D printeri rezerves daļu drukāšanai.
Pārtika
Pārtiku var 3D drukāt. Izdrukāt var daudz dažādu pārtikas produktu, piemēram, šokolādi un konfektes, kā arī plakanus pārtikas produktus, piemēram, krekerus, makaronus un picu. NASA drukā pārtiku, lai radītu mazāk atkritumu un gatavotu pārtiku ar visām vajadzīgajām uzturvielām astronautiem. 2018. gadā Džuzepe Sčontī (Giuseppe Scionti) izdrukāja pārtiku, kas bija līdzīga gaļai.
Pistoles
2012. gadā uzņēmums Defense Distributed augšupielādēja internetā 3D drukātā ieroča failus, "kurus var lejupielādēt un reproducēt ikviens, kam ir 3D printeris". Pēc tam, kad Defense Distributed publiskoja savus plānus, cilvēki uztraucās, ka tie var radīt problēmas saistībā ar ieroču kontroli[] . Gadu vēlāk, 2013. gada maijā, ASV Valsts departaments lūdza Defense Distributed šos plānus dzēst, kas arī tika izdarīts.
Izglītība
3D drukāšana ir veicinājusi inovāciju un problēmu risināšanu klasēs. Dizaina studenti to var izmantot, lai drukātu prototipus tādos mācību priekšmetos kā inženierzinātņu 3D drukāšana; dažās iestādēs visā pasaulē jau ir notikušas demonstrācijas.
Vēsturiskais
Pēdējos gados 3D drukāšana tiek izmantota, lai pārliecinātos, ka svarīgas vēstures lietas ir drošībā. Daudzi muzeji ir iegādājušies 3D printerus un izgatavo priekšmetus, lai nostiprinātu savas relikvijas. Metropolitēna mākslas muzejs un Britu muzejs ir sākuši izmantot savus 3D printerus, lai izgatavotu replikas pārdošanai suvenīru veikalā. Nacionālais militārās vēstures muzejs un Varnas Vēstures muzejs tiešsaistē pārdod savu priekšmetu digitālās versijas, kuras ikviens var 3D drukāt mājās.
3D drukāts Ēģiptes faraons pārdošanā Threeding
3D drukāts cukura kubs
3D drukāts dzinējs
3D drukāts mugurkaula disks
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir 3D drukāšana?
A: 3D drukāšana ir veids, kā izveidot trīsdimensiju (3D) cietus objektus, veidojot objektu slānis pa slānim.
J: Kādus materiālus parasti izmanto 3D drukāšanai?
A: 3D drukāšanai parasti izmanto plastmasu, jo tā ir vieglāk lietojama un lētāka. Daži 3D printeri var drukāt ar citiem materiāliem, piemēram, metāliem un keramiku, taču tie lielākajai daļai cilvēku maksā pārāk dārgi.
J: Kādēļ 3D printeri ir noderīgi?
A: 3D printeri ir noderīgi, jo ar tiem var ļoti ātri izgatavot jaunus objektus, turklāt tie ir ļoti detalizēti. Tas nozīmē, ka inženieris var izmēģināt daudz jaunu dizainu un nav jāgaida, kamēr kāds cits tos izgatavos. Tie ir noderīgi arī no plastmasas izgatavotu detaļu labošanai, kā arī rotaļlietu, figūriņu un modeļu izgatavošanai.
J: Kas izmanto 3D printerus?
A: Ir daudz cilvēku, kas 3D objektus drukā mājās. Kopš 2003. gada ir pārdots daudz vairāk materiālu printeru nekā agrāk. Arī 3D printeru izmaksas ir samazinājušās, tāpēc tie ir pieejami lielākam skaitam cilvēku.
J: Cik ilgi šī tehnoloģija jau pastāv?
A: Šī tehnoloģija pastāv kopš 2003. gada, kad tika pārdots daudz vairāk materiālu printeru nekā iepriekš.
J: Cik maksā vairums 3D printeru?
A: Lielākā daļa 3d printeru tagad maksā mazāk nekā 2003. gadā, jo tehnoloģiju attīstība ir ļāvusi cenām laika gaitā ievērojami samazināties.
Meklēt