Vad är 3D-utskrift och hur fungerar det exakt?

Tänk om du kan skriva ut tredimensionella föremål rakt från en skrivare i ditt hem. När jag var barn i grundskolan trodde jag att det skulle vara fantastiskt om jag kunde skriva ut pizza från mitt InkJet. Det är inte där jag är på väg i denna artikel, men det är en intressant tanke-utskrift av tredimensionella objekt, det vill säga. Det låter som borderline science-fiction, och under lång tid var det. Inte längre.

Processen kallas (inte överraskande) 3d-utskrivning. Precis som traditionell utskrift, som tar ett tomt papper och skapar tvådimensionella bilder och text ut ur till synes ingenstans, skapar 3D-utskrift fullt utarbetade objekt ur ingenting. Det är ett fascinerande förfarande som kan vara användbart på ett antal områden.

Förra året bestämde James att 3D-utskrift inte längre är en myt 3D-utskrift - Sci-Fi Myth eller Reality? 3D-utskrift - Sci-Fi-myt eller verklighet? En grundsten för sci-fi sedan genren började, tanken att kunna skapa egna föremål hemma är förståeligt ganska fascinerande. Vem har inte drömt om att ha sin egen replikator som gör kakor ... Läs mer eller farfetched idé. Bara under de senaste 12 månaderna har han visat sig korrekt: 3D-utskrift är bara igång. Följ med mig när jag utforskar insatserna för 3D-tryckteknik för att lära mig hur det fungerar och vilka fördelar det kan ge oss som konsumenter.

Kort historia av 3D-utskrift

Tillbaka 1986 lämnade en kille som heter Charles W. Hull ett patent för stereolitografi, som blev den första kända metoden för att skapa 3D-objekt ur luften. Uppfinningen av denna metod inledde en ny ålder av bearbetningsprocesser. Medan de flesta föremål byggs med hjälp av a subtraktiv process (dvs whittling, borrning, carving, skivning, etc.), använder 3D-utskrift an tillsats process (dvs genom tillsats av material).

3D-skrivare är dyra. Traditionella pappers- och bläckskrivare kostar dig hundratals dollar, men 3D-skrivare ger dig tillbaka tiotusentals. Lyckligtvis behöver du inte äga en personlig 3D-skrivare eftersom det redan finns ett antal tjänster som kommer att skriva ut 3D-objekt för dig. Om du är intresserad, kolla Shapeways och Sculpteo.

På grund av stereolitolitens dyra natur har andra former av 3D-utskrift varit banbrytande. Dessa nyare tekniker har sina egna fördelar och nackdelar, men de flesta är mycket billigare och mer tillgängliga för alla.

3D-trycktekniker

Stereolitografi (SLA) är den första 3D-trycktekniken som utvecklades. Det skapar föremål ur tunt luft genom att trycka lager och lager av en viss fotopolymer ovanpå sig själv. Materialet börjar som en vätska och ändras till en fast substans när den träffas av en koncentrerad stråle av ultraviolett ljus.

Digital ljusbehandling (DLP) liknar stereolitografi genom att det använder ljus för att härda en vätska i ett fast ämne. Men vid digital ljusbehandling börjar objektet som ett behållare med full vätska. En del av vätskan exponeras för ljus, vilken härdar, då sänks byggplattan med en liten mängd. Ett annat ljusskott härdar mer av vätskan, och denna process upprepas. Återstående vätska dräneras och lämnar en solid modell.

Selektiv lasersintring (SLS) använder en högeffektslaser för att smälta materialpartiklar (t ex plast, glas, keramik och metall) i en massa som tar önskad tredimensionell form.

Elektronstrålesmältning (EBM) är en 3D-tryckningsprocess som används för metalldelar. Processen sker i vakuum och börjar med att sprida ner ett lager av metallpulver (oftast titan). En elektronstråle smälter därefter pulvret i ett fast lager. Objekt skapade på detta sätt är överraskande täta och starka.

Multi jet modellering (MJM) fungerar på samma sätt som moderna InkJet-skrivare. Det sprider ett lager harts pulver och sprayar sedan en färgad bindande limliknande substans som härdar pulvret i ett enda lager. Multi jet modellering är extremt användbar eftersom den är snabb och stöder färgad utskrift.

Fuserad deponeringsmodellering (FDM) använder ett uppvärmt extrusionsmunstycke som smälter ett material (t ex plast) när det kommer ut. Munstycket kan röra sig både horisontellt och vertikalt genom datorstödda kontroller. När materialet lämnar munstycket hårdas det nästan omedelbart.

Nästan alla former av 3D-utskrift kräver en STL-fil. En STL-fil är ett specifikt format för 3D-modellen som gör att 3D-skrivare enkelt och effektivt kan segmentera objektet i de enskilda lagren som används i den aktuella utskriften. De flesta STL-filer skapas först i ett datorstödd designprogram (CAD) och konverteras sedan.

Fördelar med 3D-utskrift

3D-skrivare är användbara både i kommersiell och personlig kapacitet. Det enda verkliga hinderet för personlig 3D-utskrift är den extraordinära kostnaden och den tekniska know-how som krävs för att skapa fungerande STL-modeller. Om du kan komma över den första pucken så ser du de många fördelarna.

Designrelaterat arbete görs mycket snabbare och enklare med 3D-skrivare. Designers kan ta begrepp och idéer och snabbt producera en fungerande tredimensionell representation som kallas snabb prototypning. När designen utvecklas över tiden kan varje iteration prototyperas nästan omedelbart.

Företag kan också dra nytta av att använda 3D-skrivare för att skapa sina slutprodukter, inte bara prototyper. Subtraktiva processer hamnar ihop med massor av slösat material i form av spån, borrbrott och klippa bitar som är för små för att användas överallt. Tillsatsprocessen för 3D-utskrift eliminerar de flesta, om inte alla, avfallssorter.

Typen av 3D-utskrift möjliggör enkel anpassning. Typiska monteringslinjer kräver skillnadstyckena på ett föremål för att passa ihop på ett visst sätt, annars misslyckas linjen. Med en 3D-skrivare görs personliga anpassningar i STL-filen - skrivaren behöver inte ändras.

Och detaljnivån som kan uppnås genom 3D-utskrift är fenomenal, oöverträffad av någon annan tillverkningsmetod, förutom objekt som är utformade och tillverkade helt för hand. Noggrannheten hos en 3D-skrivare kan gå så långt som 4-mikron upplösning. Det är tunnare än ett mänskligt hår.

3D-tryckteknik är inte exakt en världsbyte, men det är verkligen fascinerande och värdefullt. Företag över hela världen använder redan 3D-utskrift i sina tillverkningsprocesser. Hobbyister skriver redan ut singulära föremål för egen njutning. Inom det närmaste decenniet är det helt möjligt att vi ser hushållsskrivare som skapar 3D-objekt på eget initiativ.

Bildkredit: 4 Färgade Bollar Via Shutterstock, MJM Diagram Via TurkCADCAM

Utforska mer om: 3D-utskrift.