3D-принтеры, то есть технология самопрототипирования

0
33

Технология 3D печати не является новой технологией. В это трудно поверить, но ей почти 30 лет. Однако только благодаря дешевым печатающим устройствам, самое дешевое из которых можно купить менее чем за 2000 злотых, они буквально попали под пресловутые соломенные крыши.


Содержание
Стереолитография Мы печатаем на пластике Точность 3D-печати Что можно печатать? Печать дома Поляки на подъеме В конце концов, не так быстро

Основное применение дополнительных технологий, включая 3D-печать, — быстрое создание прототипов. Как вы знаете, в процессе проектирования машин и устройств инженеры используют не только технические чертежи и виртуальные визуализации объектов, которые они проектируют, но также часто приходится обращаться к своим физическим трехмерным моделям. Они необходимы во многих процессах проектирования для тщательного анализа готовящейся машины, детали или конструкции.

С моделями этого типа вы можете на практике проверить работу устройства или правильность предположений о конструкции до создания готовой машины или устройства. Благодаря 3D-моделям также легче находить слабые места или ошибки проектирования в конструкции. К сожалению, до недавнего времени большинство методов, используемых для создания 3D-моделей, используемых в прототипировании, были трудоемкими и дорогостоящими. Поэтому в начале 80-х годов знаменитый Массачусетский технологический институт взял на себя задачу изобрести метод, который позволил бы быстро подготовить трехмерную модель прототипа проектируемой детали или объекта. Так были созданы основы технологии 3D-печати, которые в середине 1980-х годов были использованы для разработки нескольких методов 3D-печати.

стереолитографии

Первая техника 3D-печати была разработана Чарльзом Халлом в 1984 году и через два года запатентована под названием «Стереолитография» (SLA — StereoLithography Apparatus). В 1986 году Чарльз Халл основал компанию 3D Systems, которая начала производство первых коммерческих 3D-принтеров. Интересно, что в 1989 году 3D Systems разработала формат файла SLT (от STereoLithography), который сегодня считается стандартом и широко используется для сохранения дизайнов объектов, которые впоследствии будут напечатаны на 3D принтерах — независимо от технологии, которая физически использует данный принтер. Здесь также важно, чтобы большинство программ САПР, используемых инженерами и дизайнерами для разработки новых продуктов, имели возможность сохранять в формате SLT, так что модель разработанной детали может быть напечатана очень быстро и эффективно.

3D-принтеры, то есть технология самопрототипирования

Stratasys uPrint — один из самых популярных профессиональных 3D-принтеров, использующий технологию FDM. Источник: Стратасис

Что касается самой стереолитографии, то эта технология, вкратце, заключается в нанесении лазерным светом последовательных слоев (поперечных сечений) печатной части на поверхность ванны, заполненную специальным фотонаборным полимером (смолой). Рисуя лазерную форму поперечного сечения объекта, смола затвердевает на поверхности раствора, создавая затвердевший слой пластика только в тех местах, где свет был активен. Затем, погружая металлическую платформу (стол), на которой мы печатаем объект, вглубь раствора точно по толщине только что созданного слоя, мы можем приступить к нанесению следующего поперечного сечения, упрочнив следующий слой лазером. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет получен весь пространственно напечатанный элемент.

3D-принтеры, то есть технология самопрототипирования

Пример очень простого 3D-принтера — UP Plus 2 — показанный на выставке Wirtotechnology в Сосновце с использованием технологии FDM. фото: Марчин Беньковский

Стереолитографическая технология обеспечивает высокую точность (даже менее одной сотой миллиметра) и воспроизводимость печатного объекта. Также получено очень хорошее качество поверхности и способность создавать сложную внутреннюю структуру элемента. Недостатками этого способа являются высокая стоимость, в том числе стоимость фотоотверждаемых материалов, медлительность процесса, не очень большие размеры получаемых объектов, а также требование к освещению (окончательное упрочнение) готового объекта. Многоцветные элементы не могут быть получены с помощью этого метода. В настоящее время этот метод в основном используется при изготовлении прототипов деталей для бытовой техники / электроники и при производстве персонализированных медицинских изделий, таких как вкладыши для слуховых аппаратов, ортодонтические или анатомические модели.

Мы печатаем с пластиком

Технология 3D-печати, которая недавно завоевала мир, — это технология FDM (Fused Deposition Modeling). Этот метод также известен как FFF (изготовление из плавленых нитей). Слоистое осаждение расплавленного материала было разработано в 1988 году Скоттом Крампом, основателем Stratasys. Первый в мире трехмерный принтер с использованием технологии FDM — Stratasys 3D Modeler — появился на рынке в 1992 году.

3D-принтеры, то есть технология самопрототипирования

Возможности 3D-печати — технология FDM. фото: Марчин Беньковский

Он настраивает работу 3D-принтера с использованием технологии FDM и напоминает работу обычного струйного принтера. Головка с двумя форсунками, питающими основной материал и опорный материал (о котором в данный момент) перемещается в плоскости XY и наносит слой расплавленного полимерного материала в соответствующих местах. После его затвердевания, которое длится не более нескольких секунд, головка со всем механизмом слегка поднимается вверх или, что случается чаще, опускается опорная плита (так называемая таблица моделей), на которой создается печатный объект. После высыхания одного полимерного слоя, обычно толщиной около 0,1 мм, можно напечатать следующий слой.

Скачиваем файл SLT

Многие люди по разным причинам, в том числе из-за отсутствия соответствующих способностей или навыков, не заинтересованы в том, чтобы самим готовить изделия к печати. К счастью, можно скачать готовые проекты из Интернета. Существуют также дискуссионные форумы, где пользователи обмениваются шаблонами в виде файлов STL. Тем не менее, обратите внимание, что многие элементы дизайна защищены авторским правом. Их создатели позволяют вам бесплатно распечатать для собственного использования одну или не более нескольких копий предмета. Если мы хотим напечатать такой шаблон на коммерческой основе, мы просто должны заплатить за него. Есть также сайты, где мы можем купить интересующие нас дизайны (обычно они гораздо интереснее, чем те, которые доступны бесплатно), а затем использовать их — в соответствии с контрактом — в личных или коммерческих целях.

Веб-сайт Thingiverse является одной из крупнейших баз данных трехмерных рисунков, доступных в Интернете, и, кроме того, не требует входа в систему. Последние проекты, добавленные пользователями, появляются каждый день по адресу http://www.thingiverse.com/newest . После входа на http://www.shapeways.com/ мы получим доступ к библиотеке файлов Shapeways. При поиске дизайна также стоит посмотреть http://www.yeggi.com/. В настоящее время это одна из крупнейших поисковых систем для файлов STL. Шаблоны и файлы STL для загрузки также можно найти на веб-сайте Польского мира 3D-печати — http://swiatdruku3d.pl/category/pliki-stl-do-pobrania/.

Весь процесс повторяется до тех пор, пока товар не будет полностью напечатан. В зависимости от размера объекта и толщины наносимых слоев, это может занять от десятка или нескольких десятков минут до нескольких часов. Если напечатанный прототип имеет большой размер (например, это автомобильный бампер в масштабе 1: 1), распечатка может занять несколько или даже несколько дней.

3D-принтеры, то есть технология самопрототипирования

Возможности 3D-печати — технология FDM. фото: Марчин Беньковский

Чтобы печатная модель при ее создании не переворачивалась или случайно не соединяла свои фрагменты, необходимо использовать второй, дополнительный материал. Этот вспомогательный материал называется вспомогательным материалом. В отличие от основного материала, так называемый базовый полимер, легко снимается. Материалом подложки может быть, например, мягкий пластик или специально отвержденный крахмал. В первом случае после печати предмета опорные элементы модели просто обрезаются, во втором они растворяются в воде.

  • 1
  • 2
  • 3
  • strona Следующая страница