Πώς λειτουργούν οι εκτυπωτές 3D; Εδώ είναι το Lowdown On Additive Manufacturing

Τρισδιάστατη εκτύπωση είναι παντού αυτές τις μέρες. Οι άνθρωποι το χρησιμοποιούν για να φτιάξουν τα πάντα, από πρωτότυπα προϊόντων έως κινητήρες τζετ και οτιδήποτε ενδιάμεσο - αλλά πώς λειτουργούν ακριβώς οι εκτυπωτές 3D; Πώς αυτές οι μαγικές μηχανές δημιουργούν τρισδιάστατα αντικείμενα - σχεδόν οποιουδήποτε σχήματος - σε λίγες ώρες; Λοιπόν, αν είχατε ποτέ περιέργεια για αυτά τα πράγματα, είστε τυχεροί. Ακολουθεί μια νεκρή-απλή λίστα των τεσσάρων πιο κοινών τεχνολογιών εκτύπωσης 3D που χρησιμοποιούνται σήμερα.

FDM

Η μοντελοποίηση εναπόθεσης νήματος, επίσης γνωστή ως συντηγμένη κατασκευή νήματος, είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος τρισδιάστατης εκτύπωσης - τουλάχιστον από την πλευρά των καταναλωτών. Εάν έχετε δει έναν εκτυπωτή 3D στο παρελθόν, οι πιθανότητες είναι πολύ καλές ότι ήταν εκτυπωτής FDM.

Λειτουργικά, το μέσο μηχάνημα FDM λειτουργεί πολύ σαν ένα πιστόλι ζεστής κόλλας που λειτουργεί από ένα ρομπότ (αρκετά ενδιαφέρον, αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο εφευρέθηκε το FDM τη δεκαετία του 1980!). Το στερεό υλικό πηγαίνει στο ένα άκρο, ωθείται μέσω ενός θερμού ακροφυσίου, λιώνει και εναποτίθεται σε λεπτά στρώματα. Αυτό συμβαίνει ξανά και ξανά μέχρι να εμφανιστεί ένα τρισδιάστατο αντικείμενο. Η μόνη διαφορά είναι ότι αντί για κόλλα, αυτοί οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές χρησιμοποιούν συνήθως θερμοπλαστικό νήμα όπως ABS ή PLA. Αυτά τα ειδικά σχεδιασμένα πλαστικά έχουν σχεδιαστεί για να λιώσουν και να μοιάζουν με υγρά σε μια πολύ συγκεκριμένη θερμοκρασία, αλλά να επιστρέψουν σε μια στερεή κατάσταση αφού κρυώσουν μόλις δύο βαθμούς.

Με τους απλούστερους δυνατούς όρους, η εκτύπωση 3D FDM είναι βασικά εκτύπωση 2D ξανά και ξανά. Κάθε φορά που ολοκληρώνεται ένα στρώμα, το ακροφύσιο κινείται λίγο πάνω (ή μερικές φορές το κρεβάτι κινείται προς τα κάτω) και το επόμενο στρώμα εκτυπώνεται πάνω του. Τελικά, αφού στοιβάζονται εκατοντάδες ή και χιλιάδες στρώματα το ένα πάνω στο άλλο, το αποτέλεσμα είναι ένα αντικείμενο 3D.

SLA / DLP

Το SLA και το DLP είναι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος. Τα SLA (Stereolithography) και DLP (ψηφιακή προβολή λέιζερ) χρησιμοποιούν και τα δύο φως για να «αναπτύξουν» αντικείμενα σε μια δεξαμενή φωτοαντιδραστικής ρητίνης. Η διαφορά είναι ότι το SLA λειτουργεί αναβοσβήνοντας ένα λέιζερ - μια μικρή κουκκίδα συμπυκνωμένου φωτός - σε μια δεδομένη περιοχή για να το σκληρύνει και να δημιουργήσει ένα στρώμα. Αντίθετα, οι μηχανές DLP θεραπεύουν ταυτόχρονα όλες τις περιοχές ενός στρώματος, προβάλλοντας φως πάνω στη ρητίνη στο σχήμα αυτού του στρώματος.

Ανεξάρτητα από τις τεχνικές ιδιαιτερότητες, οι μηχανές SLA / DLP λειτουργούν γενικά με παρόμοιο τρόπο. Για να ξεκινήσετε, η πλάκα κατασκευής του εκτυπωτή κατεβαίνει σε μια δεξαμενή υγρής ρητίνης και σταματά μόλις ένα κλάσμα ενός χιλιοστού πριν φτάσει στον πυθμένα. Αυτή η πλάκα βάσης, παρεμπιπτόντως, είναι απολύτως διαφανής - η οποία επιτρέπει στο φως να λάμπει από κάτω. Όταν συμβεί αυτό, οποιαδήποτε υγρή ρητίνη που χτυπιέται απευθείας από το φως θα στερεοποιηθεί, σχηματίζοντας έτσι το πρώτο στρώμα ενός αντικειμένου και θα το συντήξει στην πλάκα κατασκευής. Μετά από αυτό, η πλάκα κατασκευής κινείται προς τα πάνω μερικά μικρά (που αντλεί από πιο υγρή ρητίνη από κάτω) και η διαδικασία ξεκινά ξανά. Με αυτόν τον τρόπο, τα αντικείμενα δημιουργούνται στρώμα ανά στρώμα, από κάτω προς τα πάνω.

SLS

Η εκτύπωση SLS λειτουργεί πολύ διαφορετικά από τα FDM και SLA. Για τη δημιουργία ενός αντικειμένου, το μηχάνημα αναβοσβήνει ένα λέιζερ πάνω από ένα στρώμα από εξαιρετικά λεπτή σκόνη, ενώνοντας τα σωματίδια μαζί σχηματίζοντας ένα λεπτό, στερεοποιημένο στρώμα. Στη συνέχεια, το μηχάνημα σκουπίζει περισσότερη σκόνη πάνω από αυτό το στρώμα (το θάβει αποτελεσματικά) και επαναλαμβάνει τη διαδικασία μέχρι να ολοκληρωθεί η εκτύπωση.

Η εκτύπωση αντικειμένων με αυτόν τον τρόπο έχει πολλά διαφορετικά πλεονεκτήματα. Λειτουργεί με ένα ευρύ φάσμα υλικών, μπορεί να εκτυπώσει μεγάλες προεξοχές και ανοίγματα χωρίς να χρησιμοποιεί υλικό υποστήριξης και τα εξαρτήματα που παράγει είναι εξαιρετικά υψηλής ποιότητας. Οι εκτυπωτές SLS μπορούν να κατασκευάσουν αντικείμενα που είναι σχεδόν τόσο καλά όσο τα μέρη που δημιουργούνται μέσω χύτευσης με έγχυση, άλεσης και άλλων παραδοσιακών διαδικασιών κατασκευής.

Το μόνο μειονέκτημα; Οι εκτυπωτές SLS είναι υπερβολικά ακριβοί σε σύγκριση με τους αντίστοιχους FDM και SLA / DLP. Αυτό συμβαίνει επειδή τα λέιζερ υψηλής ενέργειας που μπορούν να συντήξουν εξαιρετικά λεπτά σωματίδια μαζί, είναι, πολύ ακριβό, αρχικά. Σε γενικές γραμμές, ακόμη και οι φθηνότεροι εκτυπωτές SLS κοστίζουν πάνω από 200.000 δολάρια - και οι υψηλότεροι μπορούν εύκολα να κοστίσουν εκατομμύρια. Τούτου λεχθέντος, υπάρχουν μερικές εταιρείες που εργάζονται επί του παρόντος για τον εκδημοκρατισμό αυτής της τεχνολογίας και την καθιστούν πιο προσβάσιμη, οπότε υπάρχει πιθανότητα οι εκτυπωτές SLS να είναι διαθέσιμοι σε χόμπι και καταναλωτές στο όχι τόσο μακρινό μέλλον.

Polyjet

Σκεφτείτε την εκτύπωση polyjet ως ένα υπέροχο υβρίδιο μεταξύ FDM, εκτύπωσης SLA και κανονικών εκτυπωτών 2D-inkjet. Αυτές οι μηχανές εκτοξεύουν μικροσκοπικά σταγονίδια φωτοαντιδραστικής ρητίνης πάνω σε μια επιφάνεια κατασκευής και στη συνέχεια σκληραίνουν αμέσως (σκληραίνουν) με υπεριώδες φως. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται στη συνέχεια εκατοντάδες (αν όχι χιλιάδες) φορές για τη δημιουργία αντικειμένων στρώμα. Η μεγάλη διαφορά είναι ότι, σε αντίθεση με τους εκτυπωτές FDM, οι μηχανές polyjet μπορούν να αποθέσουν υλικό από πολλά ακροφύσια (εξ ου και το όνομα) ταυτόχρονα - κάτι που τους δίνει μια ποικιλία πλεονεκτημάτων.

Αναμφισβήτητα το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του polyjet είναι ότι τα αντικείμενα μπορούν να δημιουργηθούν με ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών χρωμάτων, ντεγκραντέ και μοτίβων. Πολλές μηχανές polyjet μπορούν επίσης να εκτυπώσουν με πολλά υλικά ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, εάν χρειάζεστε ένα ασύρματο περίβλημα τρυπανιού με σώμα από νάιλον και λαστιχένια λαβή, μια αρκετά προηγμένη μηχανή polyjet θα μπορούσε ενδεχομένως να κατασκευάσει αυτό το αντικείμενο σε μία συνεδρία εκτύπωσης. Επιπλέον, οι εκτυπωτές polyjet είναι επίσης ικανοί για εξαιρετικά υψηλές αναλύσεις - τόσο συχνά που είναι δύσκολο να πει κανείς ότι ένα αντικείμενο που παρήχθη σε μια μηχανή polyjet υψηλών προδιαγραφών ήταν τυπωμένο 3D.

Πρόσφατες δημοσιεύσεις

$config[zx-auto] not found$config[zx-overlay] not found