3D-utskrift omvandlar spolar av plastfilament eller hartsbrickor till fysiska föremål. 3D-utskrift hör inte till den här världen alls. NASA upprätthåller en 3D-skrivare på den internationella rymdstationen, och astronauter kan göra anpassade verktyg (som till exempel den här reparationsnyckeln) utan att behöva flyga dem till rymden.
3D-utskrift har antagits av studenter, entreprenörer, amatörer och stora fabriker. Eftersom 3D-utskrift gör det möjligt att konvertera digitala mönster till konkreta objekt har ett stort antal användningsområden upptäckts.
Läkaren kan skriva ut en fysisk modell av patientens anatomi för att bättre visualisera programmet och visa praktiken. Fabriksingenjörer kan skapa anpassade armaturer och armaturer som sparar tid och minskar skadorna under tillverkningen. Gemenskapen främjar entreprenörsutrymme, lär ut STEM-kompetens och hjälper till att starta nya företag, skapa nya jobb och lokala möjligheter.
Medan 3D-utskrift främst används för produktion av plastföremål, kan 3D-utskrift också producera metallobjekt, även om det här är en dyrare och mindre vanlig process än plast 3D-tryckning.
Executive Summary
Vad är 3D-utskrift? 3D-utskrift är processen att skapa fysiska objekt från en digital modell. 3D-utskrift är en tilläggsprocess. Plastskikten är byggda en efter en för att skapa föremål.
Hur påverkar 3D-utskrift ekonomin?
3D-utskrift är en integrerad del av tillverkarens rörelse och gynnar samhället, utbildningen, entreprenörer och traditionella företag. Det hjälper till att främja skapandet av nya produkter och nya företag, och lär ut färdigheter som kan omvandlas till en rad tekniska och professionella jobb.
Hur dyr är 3D-utskrift jämfört med traditionella tillverkningsprocesser?
Det beror på. Det kostar mycket mindre och skapar prototyper, armaturer, verktyg och armaturer med 3D-utskrift, mycket mindre tid. Men när installations- och verktygskostnaderna betalas kan traditionella tillverkningstekniker (som formsprutning) producera föremål snabbare och till lägre kostnad.
Hur påverkar 3D-utskrift försörjningskedjan?
3D-utskrift är idealisk för kortsiktig tillverkning och småskalig produktion. Det gör också att reservdelar kan "lagras i molnet", så fysisk inventering behövs inte innan objektet behövs. Genom att tillhandahålla 3D-objekt globalt i digital form och skriva ut dem lokalt kan kostnaden och tiden för transporten helt elimineras.
Kan 3D-utskrifter byta tillverkning?
Tillverkningen genomgår enorma förändringar, och 3D-utskrift är ett av elementen. Andra faktorer inkluderar en betydande ökning av datavolym och genomströmning, förbättrad analys, förbättrade mänskliga faktorer och automatisering av olika produktionsprocesser.
Vad är 3D-utskrift?
3D-utskrift är processen att skapa objekt (vanligtvis plast, men ibland metall eller kompositmaterial) från en digital modell. De flesta 3D-skrivare lägger till material i ett mycket tunt skikt åt gången, varför 3D-skrivare klassificeras som "tillsatsframställning".
Hur fungerar tillsatsproduktion?
Datorskrivare använder vanligtvis en rad i taget. 3D-skrivaren är mer som en plotter, flyttar skrivhuvudet längs X- och Y-axlarna för att rita ett mönster. När det gäller en 3D-skrivare är 3D-skrivaren tredimensionell. När mönstret är ritat, flyttar skrivhuvudet uppåt (eller trycket rör sig nedåt) och det andra mönstret ritas på den första.
Hur fungerar en 3D-skrivare?
Det finns flera typer av 3D-skrivare, men vi kommer att fokusera på två typer: smält depositionsmodellering (eller FDM) och stereolitografi (eller SLA).
FDM börjar med en trådspole. Dessa är vanligtvis 1,75 eller 2,85 mm tjocka trådar som är lindade på spindeln. FDM-skrivaren värmer filamentet, extruderar det genom extrudermunstycket och lägger ett lager på byggytan. Dessa skikt är mycket tunna och när varje smält skikt läggs ovanpå det föregående skiktet smälter det delvis vid kylning.
Över tiden - ibland tar det mycket tid - ett objekt är byggt från hundratals eller tusentals av dessa lager.
SLA börjar med ett flytande harts. Byggbrickan går ner i hartset (vanligtvis upp och ned) och ljus (ibland från LCD-skärmen, ibland från UV-lasern) ger en kemisk reaktion i hartset som härdar. När varje lager exponeras för ljus, lyfter skrivaren byggplattformen något bort från hartscellen och exponerar nästa lager.
FDM är den vanligaste formen av materialsträngsprutning 3D-tryckning. SLA är den vanligaste formen av fotopolymer 3D-tryckning. Dessa två tryckmetoder har nått en tillräckligt låg kostnad som konsumenter, amatörer, lärare, företagare och småföretag har råd med, men de är vanligtvis begränsade till produktion av plast, plastkompositer och nylonmaterial. .
Andra former av 3D-skrivare kan användas, men kräver en stor inköpskostnad. Dessa inkluderar pulverbädd 3D-utskrift (dropppulver och sedan fusionsformning), laminatframställning (bindning av ark ihop och sedan skärning av dem), riktningsenergiavsättning (detta liknar något om svejsaren och FDM-skrivaren föddes) och elektronstrålefri formtillverkning (utmatning av en elektronstråle i vakuum för framställning av smält metall baserat på en 3D-modell).
Dessa sista former av 3D-utskrift används vanligtvis för att tillverka metalldelar, medan FDM och SLA oftast används för att tillverka plastföremål.
Allt gemensamt är att de skapar nya objekt genom gradvis tillsats och blandning av råmaterial.
Vilken 3D-utskrift är det inte
3D-skrivaren är inte en Star Trek-replikator. Alla med en 3D-skrivare kommer att berätta att så snart som gästen ser skrivaren i aktion kommer deras fantasi att vara upphetsad. Nästan omedelbart börjar de räkna ut de typer av objekt de vill göra. Ofta är dessa inte ens existerande objekt, men de tror att magiken i 3D-utskrift kan skapa nya uppfinningar över natten.
Hur påverkar 3D-utskrift ekonomin?
Precis som 3D-utskrift är en faktor i den digitala tillverkningstransformationsutvecklingen, är 3D-utskrift ett element i en större ekonomisk trend och ökningen av tillverkarens rörelse.
En spännande del av produktionen är dess inklusivitet och genusneutralitet. Den täcker allt från docka till robotdesign, från scrapbooking till möbler, från läder till 3D-utskrift. Detta är ett ord som innehåller allt som gör saker rent och enkelt.
Tillverkning skiljer sig från tillverkning, även om det ofta leder till tillverkning. När någon designar en produkt och bygger en prototyp, överväga att göra det. När prototypen är i aktiv produktion är det tillverkning. Nu kombinerar du skrivbordsproduktion med crowdfunding, du kan designa väldigt komplexa prototyper som sedan finansieras av potentiella kunder.
Fördelar och nackdelar med FDM- och SLA-skrivare
Eftersom FDM och SLA-skrivare redan är tillgängliga för amatörer och proffs, är de den vanligaste typen av 3D-skrivare. Konsumentversionen kan användas för hundratals dollar och professionella maskiner för prototypning och tillverkning av fixturer kostar mellan 3 000 och 6 000 dollar.
Det här är de 3D-trycktekniker som du sannolikt kommer att investera i.
FDM-skrivare
FDM är den första mainstream amatör 3D-trycktekniken, som fortfarande leder marknaden när det gäller varumärke och produktförsörjning och försäljningsvolym.
En av huvudutmaningarna för 3D-utskrift är att få ett framgångsrikt utskrift av objektet. Utskrift misslyckades eftersom den deponerade plasten värmer eller kyler för snabbt eftersom skiktet inte bindas framgångsrikt eftersom utskriften avlägsnas från byggplåtens tryckyta på grund av filamentstoppning i extrudern, liksom olika andra produktionsproblem.
FDM-skrivare kan skriva ut i en mängd olika plastmaterial. Varje plast har olika egenskaper som gör utskriften enklare eller svårare och ger olika egenskaper i den färdiga delen.
Den vanligaste typen av filament är PLA (polymjölksyra), som är mycket lätt att skriva ut, men kan vara väldigt skört och kommer att deformeras i solen.
Nylon är väldigt flexibel, men det kräver vanligtvis mycket fiddling för att få sina utskriftsinställningar att fungera.
ABS är starkare (det är gjord av LEGO), men dess kylhastighet orsakar vanligtvis att den underliggande krullen förvränger hela utskriften. Det har också en obehaglig lukt och måttligt giftiga rök.
Vissa leverantörer injicerar grundläggande plast (främst PLA) i andra material, inklusive trä, metall och kolfiber. Var och en av dessa ändrar egenskaperna hos det färdiga tryckta objektet.
De flesta FDM-skrivare har en extruder som kan skriva ut en trådrulle åt gången. Mer avancerade (och dyra) FDM-skrivare kan skriva ut två, tre, fyra eller flera filament åt gången, så att skrivaren kan blanda färger, funktionella egenskaper (såsom fast plast och flexibla gångjärn) och lösliga stödmaterial.
Utskriften består av en sträng smält plast, så överhängande kan vara ett problem. Även om FDM-skrivare typiskt kan skriva ut cirklar eller vinklar upp till 45-60 grader, kan de inte skriva ut på luftgapet eftersom den smälta plasten helt enkelt kommer att sjunka in i gapet.
För att kompensera för de stora luckorna kommer de flesta skrivare att producera stöd, eller ett tillfälligt plasttorn som kan stödja broområdet. Monofilamentskrivaren använder samma material som själva objektet och har olika inställningar som gör det enkelt att ta bort stödet.
Dubbla filamentprinterare skrivs ofta ut med ett upplösbart stödmaterial som PVA (polyvinylalkohol), vilket är ungefär samma material som Elmer's Lim är tillverkat av. När det dubbla filamentprotokollet är färdigt, sänks det i vatten i timmar (eller ibland dagar) och PVA löses och lämnar ett intakt utskrift med de öppna hålen som designern är avsedd för slutänden.
Eftersom FDM-skrivare skrivs ut i lager kan orienteringen av objektet som skrivs ut vara viktigt. Obligationer mellan skikt är ofta svagare än linjära körningar av plast. Som sådan bör placering på sängen ta hänsyn till eventuella föremål som sannolikt kommer att vara stressade.
FDM skrivare kommer i olika storlekar. Ju större storlek desto svårare är utskriften, eftersom det ofta är svårt att balansera värmeegenskaperna inom hela byggområdet.
FDM-skrivare erbjuder också en mängd munstycksstorlekar. Ju större munstycket desto mer extruderades per minut, men desto mindre raffinerades det slutliga resultatet. Ju mindre munstycket, desto mer detaljerat skrivet. Utskrift med stora munstycken eller små munstycken kommer att introducera andra utmaningar, ofta relaterade till stöd, överbryggning och värmehantering.
SLA-skrivare
SLA-skrivare har många funktioner som gör dem vanliga:
De flytande hartser som de använder är mycket giftiga i sin oärda form. Om du får det kan det orsaka smärtsamma förbränningar eller utslag.
Det färdiga trycket behöver behandlas i ett bad och härdas sedan. De kommer att deformeras under denna behandlingstid. De är också giftiga.
SLA-skrivare är mer besvärliga än FDM-skrivare på grund av flytande hartser och behandling av bad.
SLA-skrivare har vanligtvis mycket små byggområden, vilket resulterar i vanligtvis små utskrifter. Hartser formuleras typiskt specifikt för en viss skrivare, så användaren kan låsa leverantörens produkt, vilket kan begränsa material och färgval.
Ändå blir SLA-skrivare mer populära, främst för att de producerar utskrifter med mycket fina detaljer och några lager lager. Detta gör dem särskilt lämpliga för prototyper av smyckedesigner och dör, små medicinska och dentala mönster, och hobbies som modelljärnvägar och spelminiaturer.
Design och förberedelse av tryck
Processen att flytta från kreativ till 3D-skrivna objekt måste först passera två mjukvaruverktygstekniker: 3D-modellering (eller CAD) och en skivmaskin.
3D modelleringsprogramvara
3D-modelleringsprogramvara (även känd som CAD (för datorstödd design)) kan betraktas som skapningsmotorn för 3D-modeller. På samma sätt kan du använda Photoshop för att skapa grafik, Illustrator för att skapa illustrationer, eller använda Word för att skapa artiklar som detta och CAD-programvara för att skapa 3D-modeller.
Det finns många CAD-program där ute, och varje program passar bäst för olika uppgifter. Jag växlar mellan TinkerCAD och Fusion 360, beroende på om jag behöver bygga en snabb del eller en mer komplex design.
slicer
CAD-programmet genererar en virtuell modell av 3D-objektet. Men de flesta 3D-utskrift görs för lager. Processen att konvertera en 3D-design till en serie maskinmotioner på ett tvådimensionellt plan (och sedan flytta planet) är jobbet i skivprogrammet.