Jak funguje 3D tiskárna?

Před několika desítkami let se mohlo zdát fantastické tisknout téměř jakýkoli text, obrázek nebo fotografii doma během několika minut a nyní téměř každý může tiskárnu používat. Kromě tisku obrázků se dnes stávají realitou také ztělesnění trojrozměrných objektů podle jejich počítačových modelů. Periferie, které to umožňují, se nazývají 3d tiskárny. S jejich pomocí můžete vytvářet části a objekty nejrůznějších tvarů, které se používají v technologii, modelování prostorových komplexů, každodenního života. Jaké jsou možnosti hromadného tisku a jak funguje 3D tiskárna??

Obsah článku

• Princip trojrozměrného tisku
• Technologie pro pěstování trojrozměrných objektů
• Vytlačovací tisk
• Metody práškového tisku
• Fotopolymerizační tisk
• Laminování
• 3D tisková aplikace

Princip trojrozměrného tisku

Je dobře známo, jak se objemové předměty získávají odléváním nebo obráběním obrobku, jehož tvar je nejblíže konečnému výsledku. Poslední princip, který Michelangelo formuloval jako odříznutí všeho zbytečného od kamene, se používá k vytváření soch. Metoda formování postavy v trojrozměrném tisku se nazývá aditivní (z anglického add - "add") a zásadně se liší od výše uvedených. Zde je vytvoření vrstvy po vrstvě objektu prováděno postupným nanášením částí materiálu, to znamená, že vytvořené tělo je pěstováno krok za krokem, dokud nedosáhne požadované konfigurace. Schéma, velmi zjednodušeně vysvětlující princip trojrozměrného tisku, je znázorněna na obrázku..

Umístěním tiskové hlavy do dvou souřadnicového systému X a Y se materiál aplikuje v souladu se specifikovanou konfigurací vrstvy. Když pohybujete pracovní plošinou o krok podél osy Z, začne narůstat další úroveň objektu.

Prvním krokem při přípravě na tisk je vytvoření počítačového modelu budoucí komponenty. To lze provést dvěma způsoby: pomocí trojrozměrného grafického editoru nebo CAD systémů (3D Studio Max, SolidWorks, AutoCAD a další) nebo 3D skenováním objektu, který chcete kopírovat. Poté se pomocí softwaru tiskárny model rozdělí do vrstev a vygeneruje se řada příkazů, které určují posloupnost použití materiálu při tisku.

Zařízení implementující aditivní metodu vytváření těl, analogicky s dvourozměrnými periferními zařízeními, se vyznačuje rozlišením podél tří os v prostoru. Tyto parametry určují výšku vrstvy a přesnost umístění tiskového prvku. Další důležitou technickou charakteristikou 3d tiskárny je oblast tisku, jejíž velikost určuje maximální možnou velikost dospělého těla.

Jako materiály pro trojrozměrné předměty v aditivní výrobě lze použít různé typy plastů, slitiny kovů, minerální směsi, papír, fotopolymery. Některé 3D tiskárny umožňují pracovat s několika materiály, které se liší vlastnostmi nebo barvou. Existuje také způsob výroby předmětů charakterizovaných řadou odstínů smícháním barviva s průhledným polymerem během tisku.

Technologie pro pěstování trojrozměrných objektů

Existuje mnoho metod trojrozměrného tisku, jejich hlavní rozdíly od sebe navzájem spočívají v principech tvorby vrstev a jejich vzájemného spojení, jakož i v materiálech používaných v práci. Zvažte základní technologii výroby aditiv.

Vytlačovací tisk

Tato metoda se také nazývá nanášení vrstvy po vrstvě materiálu, který se používá jako termoplast. Zařízení, která pracují v souladu s touto technologií, se také nazývají tiskárny FDM, dnes jsou nejběžnější. Na obrázku je znázorněno schéma vysvětlující princip vytlačovacího tisku..

Hlavním uzlem tiskárny FDM je vytlačovací hlava tiskové hlavy. Patronou pro takové zařízení je termoplastický polymer ve formě nitě navinuté na cívce. V extrudéru se otáčením válečkových prvků přivádí pracovní materiál do ohřívací zóny, kde se taví a vytlačuje tryskou, čímž se vytvoří elementární část předmětu. Po vytištění celé aktuální cesty se platforma posune dolů a začne se aplikace nové vrstvy.

Existují tiskárny, ve kterých je možné do tiskové hlavy vkládat dva typy vláken, což vám umožní pěstovat vícebarevné objekty nebo vytvářet takzvanou podporu tisku. Posledně jmenované jsou potřebné k vytvoření částí objektu, které nejsou v kontaktu s podkladovými vrstvami nebo základnou. Pokud se jako nosný materiál použijí ve vodě rozpustné látky, mohou být snadno odstraněny, aniž by byl základní materiál podroben zpracování. Na fotografii je zobrazen pohled na objekt vytištěný rozpustnými podložkami před a po jejich odstranění..

Podpěry lze také vyrobit z hlavního termoplastu, poté se po vytištění modelu vylomí a povrch se obráběním uvede do hladkého stavu. Příklad takto vyrobené součásti je zobrazen na obrázku..

Metody práškového tisku

Technologie této skupiny jsou spojeny myšlenkou vytvořit integrální strukturu z práškových materiálů. Jednou z odrůd je inkoustový tisk, založený na aplikaci vrstvy po vrstvě složky mající konzistenci prášku, jejíž jednotlivé fragmenty jsou potom impregnovány adhezivní kompozicí. Materiály zde mohou být velmi rozmanité: papír, dřevo, minerální směsi, kovy, plasty. Jedinou podmínkou je možnost jejich mletí na prášek.

Jiné metody - laserové slinování a legování - jsou velmi podobné a používají se hlavně pro pěstování kovových součástí. Ten umožňuje získat nejhustší a nejodolnější objekty, jejichž struktura neobsahuje póry. Postupný postup 3D tisku laserovým práškem je znázorněn na obrázku..

Fotopolymerizační tisk

Tento název kombinuje dvě metody vytváření trojrozměrných objektů z kapalných látek speciální třídy - fotopolymery, které tuhnou při vystavení ultrafialovému záření - laserová stereolitografie a digitální LED projekce.

Na obrázku je znázorněno schéma odměrného tisku těla pomocí technologie laserové stereolitografie. Pracovní plocha je ponořena do kapalné fotopolymerové pryskyřice na úrovni jedné vrstvy. Laserový paprsek nakreslí průřez budoucího objektu podle svého trojrozměrného modelu, ozářené oblasti materiálu ztvrdnou. Poté se základna spouští do lázně kapalnou pryskyřicí o velikost další vrstvy a její konstrukce se provádí podobně jako u předchozí. Proces se opakuje, dokud se celý objekt nezvětší. Poté se zbytkový materiál z produktu vymyje..

Druhý typ fotopolymerizačního tisku je realizován podle stejného principu, jako světelný zdroj se používají pouze LED projektory.

Laminování

Tato technologie spočívá ve výrobě trojrozměrných předmětů z listů papíru, plastových fólií, fólie. Schéma procesu tisku je uvedeno na obrázku. Materiál, na nějž je nanesen adhezivní povlak, je přiváděn na pracovní plošinu nebo do spodních vrstev dílu, zatímco jím prochází zahřátý válec, povrchy jsou přilnuty. Obrys vrstvy je pak vystřižen laserovým paprskem, který také rozdělí zbytky plošného materiálu na malé fragmenty, aby se usnadnilo jejich odstranění..

3D tisková aplikace

3D tiskárny se používají k rychlému prototypování a výrobě kusových dílů, nových komponent, rozvržení v průmyslové výrobě, navrhování subjektově-prostorových komplexů, architektury, automobilového průmyslu, módního průmyslu, potravinářství, medicíny a mnoha dalších oblastí.

Protože trojrozměrný tisk poskytuje prakticky nevyčerpatelné příležitosti k získání objemových struktur jakékoli složitosti, tuto metodu oblíbili nejen inženýři, ale také návrháři, kteří vytvářejí oděvy a obuv, šperky, drobné předměty pro domácnost, nábytek, hračky pomocí 3D tiskáren..

Technologie aditivní výroby se také používají při výrobě zdravotnických prostředků, například implantáty pro zubní protetiku se tisknou na stereolitografické tiskárny. Kromě toho se na 3D tiskárnách získají umělé fragmenty lidské kostry, kostí, lebky a chrupavky. Slibným směrem je použití různých typů buněk lidského těla jako materiálu, který umožňuje tisk tkání a orgánů pro transplantaci.

V dnešní době se 3D tiskárny v běžném životě běžně nepoužívají, protože tato zařízení jsou stále poměrně drahá a je možné se obejít bez položek, které jsou na nich vyrobeny. Ale kdo ví, snad v relativně blízké budoucnosti tisknout rozbitý šálek doma, rozbitou dětskou oblíbenou hračku, autorský prsten jako dárek pro dívku nebo čokoládový dezert na dovolenou, bude jako obvykle jako praní oblečení nebo mytí nádobí bez namáčení rukou.