Co je 3D tisk a jak přesně to funguje?

Představte si, že byste mohli vytisknout trojrozměrné objekty přímo z tiskárny u vás doma. Když jsem byl dítě na základní škole, myslel jsem si, že by bylo úžasné, kdybych mohl vytisknout pizzy z mého InkJetu. To není místo, kam mířím v tomto článku, ale je to zajímavý tisk myšlenek z trojrozměrných objektů, to je. Zní to jako hraniční sci-fi a na dlouhou dobu to tak bylo. Už ne.

Tento proces se nazývá (ne překvapivě) 3D tisk. Stejně jako tradiční tisk, který odebírá prázdný kus papíru a vytváří zdánlivě nikterak dvojrozměrné obrázky a text, vytváří 3D tisk plně realizované objekty z ničeho. Je to fascinující postup, který může být užitečný v mnoha oblastech.

V loňském roce James určil, že 3D tisk již není mýtem 3D tisk - Sci-Fi mýtus nebo realita? 3D tisk - Sci-Fi mýtus nebo realita? Základem sci-fi od začátku žánru je myšlenka, že si budete moci vytvořit své vlastní objekty doma, pochopitelně docela fascinující. Kdo snil o tom, že bude mít svůj vlastní replikátor, který vytváří soubory cookie ... nebo prozrazený nápad. Právě za posledních 12 měsíců byl prokázán správnost: 3D tisk se teprve začíná. Připojte se ke mně, když prozkoumávám vstupy a výstupy technologie 3D tisku, abychom zjistili, jak to funguje a jaké výhody to pro nás může přinést jako spotřebitelé.

Stručná historie 3D tisku

V roce 1986 podal chlap jménem Charles W. Hull patent na stereolitografii, která se stala první známou metodou vytváření 3D objektů z tenkého vzduchu. Vynález této metody přinesl nový věk obráběcích procesů. Zatímco většina objektů je postavena pomocí subtraktivní proces (tj. bělení, vrtání, řezba, krájení atd.), 3D tisk používá přísada proces (tj. přidáním materiálu).

3D tiskárny jsou drahé. Tradiční papírové a inkoustové tiskárny vás budou stát stovky dolarů, ale 3D tiskárny vás vrátí o desítky tisíc. Naštěstí nemusíte vlastnit osobní 3D tiskárnu, protože již existuje řada služeb, které pro vás 3D objekty tisknou. Pokud vás zajímá, podívejte se na Shapeways a Sculpteo.

Vzhledem k nákladné povaze stereolitografie byly průkopníky i jiné formy 3D tisku. Tyto novější techniky mají své vlastní výhody a nevýhody, ale většina z nich je mnohem levnější a dostupnější pro všechny.

Techniky 3D tisku

Stereolitografie (SLA) je první 3D tisková technika, která byla vyvinuta. Vytváří objekty z tenkého vzduchu tiskem vrstev a vrstev konkrétního fotopolymeru na sebe. Materiál začíná jako kapalina a mění se na pevnou, když je zasažen koncentrovaným paprskem ultrafialového světla.

Digitální zpracování světla (DLP) je podobný stereolitografii v tom, že používá světlo k vytvrzení kapaliny do pevné látky. Při zpracování digitálním světlem však objekt začíná jako nádrž plné kapaliny. Část kapaliny je vystavena světlu, které ztvrdne, a pak je stavební deska snížena o malé množství. Další výstřel světla ztuhne více kapaliny a tento proces se opakuje. Zbytková kapalina je vypuštěna a zanechává tuhý model.

Selektivní laserové slinování (SLS) používá vysoce výkonný laser k roztavení částic materiálu (např. Plastu, skla, keramiky a kovu) do hmoty, která má požadovaný trojrozměrný tvar.

Tavení elektronovým paprskem (EBM) je proces 3D tisku používaný na kovové součásti. Proces probíhá ve vakuu a začíná rozprostřením vrstvy kovového prášku (nejčastěji titanu). Elektronový paprsek pak roztaví prášek do pevné vrstvy. Takto vytvořené objekty jsou překvapivě husté a silné.

Multi jetové modelování (MJM) funguje podobně jako moderní tiskárny InkJet. Roztáhne vrstvu pryskyřičného prášku a poté nastříká barevné pojivo podobné lepidlu, které ztuhne prášek na jednu vrstvu. Vícejádrové modelování je velmi užitečné, protože je rychlé a podporuje barevný tisk.

Tavené depoziční modelování (FDM) používá vyhřívanou vytlačovací trysku, která taví materiál (např. Plast), jak to vyjde. Tryska se může pohybovat horizontálně i vertikálně pomocí počítačově podporovaných ovládacích prvků. Jak materiál opouští trysku, ztvrdne téměř okamžitě.

Téměř všechny formy 3D tisku vyžadují soubor STL. Soubor STL je specifický formát 3D modelu, který umožňuje 3D tiskárnám pohodlně a efektivně krájet objekt do jednotlivých vrstev použitých při skutečném tisku. Většina souborů STL je nejprve vytvořena v programu pro návrh (CAD) a poté převedena.

Výhody 3D tisku

3D tiskárny jsou užitečné v komerční i osobní kapacitě. Jedinou skutečnou bariérou osobního 3D tisku jsou mimořádné náklady a technické know-how nutné k vytvoření funkčních modelů STL. Pokud dokážete překonat ten počáteční hrb, uvidíte mnoho výhod.

S 3D tiskárnami je práce související s designem mnohem rychlejší a snazší. Návrháři mohou brát koncepty a nápady a rychle vytvářet pracovní trojrozměrné zobrazení zvané rychlé prototypování. Jak se design v průběhu času vyvíjí, lze každou iteraci prototypovat téměř okamžitě.

Společnosti mohou také těžit z použití 3D tiskáren při vytváření svých konečných produktů, nejen prototypů. Subtraktivní procesy končí spoustou zbytečných materiálů ve formě hoblin, vrtných zbytků a řezaných kusů, které jsou příliš malé na to, aby byly použity kdekoli. Aditivní proces 3D tisku eliminuje většinu, ne-li všechny, formy odpadu.

Povaha 3D tisku umožňuje snadné přizpůsobení. Typické montážní linky vyžadují, aby se rozdílné kusy objektu spojily určitým způsobem, jinak se linka nezdaří. U 3D tiskárny jsou osobní úpravy prováděny v souboru STL - tiskárna nemusí být upravována.

A úroveň detailů, které lze dosáhnout pomocí 3D tisku, je fenomenálně nepřekonatelná jakoukoli jinou výrobní metodou, s výjimkou předmětů navržených a vytvořených výhradně ručně. Přesnost 3D tiskárny může dosáhnout až 4mikronového rozlišení. To je tenčí než lidské vlasy.

Technologie 3D tisku není přesně světovým měničem, ale je to určitě fascinující a cenné. Společnosti na celém světě již ve svých výrobních procesech používají 3D tisk. Fandové již tisknou jedinečné objekty pro vlastní potěšení. Během příštího desetiletí je zcela možné, že uvidíme domácí tiskárny, které vytvářejí 3D objekty podle našeho vlastního vědomí.

Obrázek Kredit: 4 barevné kuličky přes Shutterstock, MJM Diagram Via TurkCADCAM