Skip to content

Mikä on 3D-tulostus?

1 de toukokuu de 2021

3D-tulostus on valmistusprosessi, joka luo kolmiulotteisen, fyysisen objektin digitaalisesta tiedostosta. Tätä prosessia kutsutaan lisäaineiden valmistukseksi, mikä tarkoittaa, että materiaalia lisätään, ei poisteta. 3D-tulostuksen avulla luot 3D-digitaalimallin mallinnusohjelmassa, joka tunnetaan nimellä CAD-ohjelmisto, ja tuotetaan sitten 3D-tulostimella kerroksia materiaalia valmiin objektin muodostamiseksi. Yritykset, tutkijat, lääketieteen ammattilaiset, harrastajat ja muut käyttävät 3D-tulostusta moniin sovelluksiin. Tässä on katsaus siihen, miten 3D-tulostus on tullut, miten se toimii, mihin sitä käytetään ja mikä on tämän tekniikan tulevaisuus. 3D-tulostus voi olla osa suosikkielokuvaa. Tukee esimerkiksi elokuvissa Musta pantteri, Rautamies, Kostajatja Tähtien sota käytä 3D-tulostusta, jolloin lavastajat voivat luoda ja luoda rekvisiittaa helposti ja edullisesti.

Marco Vacca / Getty Images

3D-tulostuksen historia

1980-luvun alussa 3D-tulostustekniikka ilmestyi, mutta se tunnettiin nimellä nopea prototyyppitekniikka tai RP. Vuonna 1980 japanilainen tohtori Kodama jätti patenttihakemuksen RP-tekniikasta, mutta prosessia ei saatu päätökseen. Vuonna 1984 Charles ”Chuck” Hull keksi stereolitografiaksi kutsutun prosessin, joka käytti UV-valoa materiaalin jähmettämiseen ja 3D-objektin luomiseen kerrokselta. Vuonna 1986 Hullille myönnettiin patentti stereolitografialaitteelleen tai SLA-koneelleen. Chuck Hull perusti 3D Systems Corporationin, joka on yksi maailman suurimmista 3D-teknologiayrityksistä. Muita 3D-tulostusprosesseja ja tekniikoita kehitettiin suunnilleen samaan aikaan, ja lisäparannuksia jatkettiin koko 1990-luvun ja 2000-luvun alun. Silti 3D-tulostustekniikan pääpaino oli prototyyppien valmistuksessa ja teollisissa sovelluksissa. 3D-tulostustekniikka alkoi huomata yleisen median vuonna 2000, kun ensimmäinen 3D-tulostettu munuainen luotiin, vaikka 3D-munuaisen onnistunut siirto tapahtui vasta vuonna 2013. Vuonna 2004 RepRap-projektissa tulostettiin 3D-tulostin toinen 3D-tulostin. Enemmän mediahuomiota kiinnitettiin vuonna 2008 ensimmäisellä 3D-painetulla proteesiraajalla. Muut 3D-kehitykset seurasivat nopeasti, mukaan lukien 3D-painotalo, johon perhe muutti vuonna 2018. Nykyään 3D-tulostus ei koske vain prototyyppejä ja teollista valmistusta. Harrastajat, tutkijat ja kaikki välissä olevat käyttävät 3D-tulostusta tuotteiden valmistukseen, kulutustavaroihin, lääketieteelliseen kehitykseen, koulutusmateriaaleihin ja muuhun. Myös 4D-tulostus on tulossa, ja painetut esineet voivat muuttaa muotoa ajan myötä.

Kuinka 3D-tulostimet toimivat

3D-tulostustekniikoita on useita, mukaan lukien Fused Deposition Modeling (FDM), joka tunnetaan myös nimellä Fused Filament Fabrication (FFF). FDM on yleisin ja suosituin menetelmä, ja sitä käytetään edullisimmissa 3D-tulostimissa. FDM-painomenetelmässä käytetään muovimateriaalia, hieman kuin merkkijono. Hehkulanka syötetään rullasta lämmitettyyn päähän, joka sulattaa muovin. Pää puristaa sulan muovin koneen sängylle. Pää liikkuu sängyn yli 2D-muodossa ja kerrostuu ensimmäinen materiaalikerros. Kun ensimmäinen kerros on valmis, päätä siirretään ylöspäin ensimmäisen kerroksen paksuudella ja se kerrostuu seuraavan kerroksen päälle. Osa on rakennettu kerrokselta, kuten leivän leivän leipominen viipaleittain. Suosittuja FDM 3D -tulostimia ovat MakerBot ja Ultimaker.

Kuinka FDM 3D -tulostin toimii

Esimerkki 3D-tulostimen käytöstä

Tässä on katsaus siihen, kuinka yksinkertainen 3D-tulostus voi toimia FDM-tulostimessa.

  1. Lataa 3D-malli, jonka haluat tulostaa, tai suunnittele itse. Löydät ladattavia malleja Thingiversestä tai GrabCADista. Jos haluat suunnitella mallin itse, kokeile SketchUpia tai Blenderiä. Kokeile teknisiä osia CAD-ohjelmistolla, kuten SolidWorks.

  2. Muunna malli 3D-tulostusmuodoksi, kuten STL-tiedostoksi, jos se ei vielä ole.

  3. Tuo malli viipalointiohjelmistoihin, kuten MakerWare, Cura tai Simplify 3D. MakerWare toimii MakerBot 3D -tulostimien kanssa. Cura ja Simplify 3D tuottavat G-koodin, joka toimii useimpien 3D-tulostimien kanssa.

  4. Määritä rakenne viipalointiohjelmistossa. Päätä mallin suuntaaminen 3D-tulostimessa. Minimoi FDM: n yli 45 asteen jyrkät ulkonemat, koska ne edellyttävät tukirakenteita. Harkitse suunnasta päättäessäsi, kuinka malli ladataan, jotta kerrokset eivät erotu helposti.

    3D-tulostuksen tukirakenteet

    Marina Skoropadskaya / Getty Images
    Ajan ja materiaalien säästämiseksi mallit eivät yleensä ole vankkoja. Määritä täyttöprosentti (tyypillisesti 10-35 prosenttia), kehäkerrosten lukumäärä (tyypillisesti 1 tai 2) ja pohja- ja yläkerrosten lukumäärä (tyypillisesti 2-4). 3D-tulostusta varten on otettava huomioon myös muita asioita.

  5. Vie ohjelma, joka on tyypillisesti G-kooditiedosto. Viipalointiohjelmisto muuntaa valitsemasi mallin ja koontikokoonpanon joukoksi ohjeita. 3D-tulostin seuraa tätä rakentaakseen osan.

  6. Siirrä ohjelma 3D-tulostimeen SD-kortilla, USB: llä tai Wi-Fi: llä.

  7. Tulosta malli 3D-tulostimella.

    3D-tulostinta katsova valmistaja rakentaa osan

    vgajic / Getty Images
  8. Kun 3D-tulostin on valmistanut mallin, poista se ja mahdollisesti myös puhdista se. Katkaise kaikki tukirakenteet ja hiero jäljellä olevat palat hienolla hiekkapaperilla.

Muun tyyppiset 3D-tulostuskoneet

Muita kuin FDM-tulostimia, 3D-tulostusmenetelmiin kuuluvat myös stereolitografia (SLA), digitaalinen valonkäsittely (DLP), valikoiva lasersintraus (SLS), valikoiva lasersulatus (SLM), laminoitujen esineiden valmistus (LOM) ja digitaalinen säteen sulatus (EBM) . SLA on vanhin 3D-tulostustekniikka, ja sitä käytetään edelleen tänään. DLP käyttää valaistusta sekä polymeerejä, kun taas SLS käyttää laseria virtalähteenä vahvojen 3D-tulostettujen esineiden luomiseen. SLM, LOM ja EBM ovat suurelta osin epäonnistuneet.

3D-tulostuksen tulevaisuus

Johtaako 3D-tulostus kysynnän mukaisiin, räätälöityihin tuotteisiin, jotka valmistetaan välittömästi tarkkojen vaatimusten mukaisesti? Vaikka tämä on edelleen epäselvää, 3D-tulostustekniikka kasvaa nopeasti ja sitä käytetään monilla alueilla. Talojen, vartaloelinten, kuten munuaisten ja raajojen, 3D-tulostus ja muut edistysaskeleet voivat parantaa tuntemattomien ihmisten elämää ympäri maailmaa.