Úvod do aditívnej výroby

Nessan Cleary ponúka krátky úvod do 3D tlače, ako aj podrobné informácie o mnohých rôznych typoch 3D tlačiarní, ktoré sú v súčasnosti k dispozícii.

Pojem „3D tlač“ je trochu zavádzajúci, pretože v spôsobe tlače nie je veľa, aspoň nie tak, ako by tomu rozumel niekto zo sveta grafickej tlače. To znamená, že mnohí profesionáli vo veľkom formáte sú zvyknutí na prácu so súbormi CAD pri výrobe obalov, stojanov na stojany a iných trojrozmerných predmetov, takže 3D tlač by nemala byť príliš veľkou výzvou.

Základným konceptom je vziať dizajn objektu a rozdeliť ho na vrstvy pomocou softvéru na rezanie. 3D tlačiareň potom vytvorí objekt tak, že položí jednu vrstvu po druhej, pričom každú vrstvu pridá na predchádzajúcu, až kým nebude objekt dokončený. Môže to byť dosť pomalý proces v závislosti od toho, aký veľký je každý objekt, hoci mnohé 3D tlačiarne je možné nastaviť na tlač viacerých objektov vedľa seba v rámci zostavovacej komory v tlačiarni.

V súčasnosti sa 3D tlač široko používa na výrobu prototypov, prípravkov, foriem a finálnych dielov a stáva sa čoraz prijateľnejším výrobným procesom. Z tohto dôvodu je 3D tlač známa aj ako aditívna výroba. Existuje veľa rôznych technológií 3D tlače – príliš veľa na to, aby som ich tu všetky vymenoval – takže v tomto príbehu si prejdeme niektoré z hlavných typov a materiálov, s ktorými môžu pracovať. Upozorňujeme, že existuje pomerne veľa TLA - trojpísmenových skratiek - ktoré musíte prejsť!

Popis: MakerBot predstavil niekoľko špeciálnych materiálov pre svoju 3D tlačiareň Method FFF.

Snáď najbežnejšou metódou je Fused Filament Fabrication alebo FFF, tiež známy ako Fused Deposition Modelling alebo FDM. Toto používa ako surovinu cievku z termoplastického vlákna. Vlákno sa privádza cez vyhrievaný extrudér, ktorý ho roztaví, aby sa uložil do vrstvy. Vrstvy sa spájajú, keď sa materiál ochladzuje, aby vytvorili objekt. Existuje veľa tlačiarní FFF / FDM veľkosti stolných počítačov, väčšinou celkom schopných napriek ich relatívne lacným cenám. Rozlíšenie závisí od toho, aká jemná je tryska na extrudéri, s kompromisom medzi vysokým rozlíšením a vyššou rýchlosťou tlače.

Existuje dobrý výber materiálov, od tvrdých plastov, ako je ABS, až po flexibilné možnosti, ako je TPU, ako aj exotickejšie materiály s nylonovými alebo uhlíkovými vláknami pre lepšiu pevnosť.

Popis: Formlab vyvinul tieto stolové stereolitografické 3D tlačiarne Form 3 a Form 3L.

Ďalším krokom nahor je stereolitografia alebo SLA, ktorá využíva materiály na báze fotopolymérových živíc. Proces začína naplnením vane kvapalinou z fotopolyméru. Lúč ultrafialového svetla potom sleduje vzor prvej vrstvy na povrchu tejto kvapaliny, čo spôsobuje chemickú reakciu, ktorá stuhne kvapalinu tam, kde sa jej svetlo dotklo. Stavebná platforma sa zníži, pridá sa viac živice a na prvú vrstvu sa nakreslí druhá vrstva atď. V niektorých prípadoch sa používa kade s priehľadným dnom a svetlo presvitá zo spodnej strany, čím vzniká objekt od dna nádrže smerom nahor.

Tieto tlačiarne sú tiež väčšinou stolové stroje a zvyčajne sú drahšie ako tlačiarne FFF/FDM, ale existuje špecializovanejšia škála materiálov na použitie, ako je prototypovanie alebo výroba odliatkov na tvarovanie, ako aj biologicky kompatibilné živice na zubné a lekárske použitie. Vo všeobecnosti poskytujú hladký povrch s jemnými detailmi, ale chýba im vysoká pevnosť.

Digital Light Processing alebo DLP je variáciou na SLA tlač, ale namiesto lasera používa digitálny svetelný projektor na prežiarenie obrazu kompletnej vrstvy, čo je oveľa rýchlejšie ako sledovanie tejto vrstvy laserom.

Jednou z najstarších foriem 3D tlače je selektívne laserové spekanie alebo SLS. Je vhodný pre všetky druhy materiálov, od plastu po kov, ako aj keramiku a sklo, ktoré začínajú v práškovej forme. Prášok sa rozprestrie v stavebnej komore a laser zapíše do prášku vzor, pričom laser spojí len tie častice, ktoré zahreje, aby vytvoril prvú vrstvu. Lôžko komory sa potom spustí a rozprestrie sa ďalší prášok a proces sa opakuje s každou vrstvou zatavenou do poslednej, až kým nie je objekt dokončený.

Tento proces umožňuje neuveriteľne zložité predmety, ako sú radiátory turbín, ktoré vyžadujú veľa vnútorných rebier. Stroje SLS však bývajú drahé, pretože vyžadujú dobrú reguláciu teploty a samozrejme vysokovýkonný laser, takže sú obmedzené hlavne na komerčné využitie.

Podobne ako SLS je selektívne tavenie laserom alebo SLM, ktoré je tiež známe ako priame tavenie kovov laserom. Existuje dobrý výber kovových zliatin, vrátane rôznych tried hliníka a zliatin ocele. Táto metóda tiež používa vysokovýkonný laser na výrobu kovových predmetov, ale úplne roztaví kovový prášok, a nie len spekanie častíc prášku dohromady, čo znamená, že časti sú hustejšie. Konštrukčná komora je zvyčajne naplnená inertným plynom, ako je argón, aby sa obmedzil potenciál požiaru alebo výbuchu, ale ktorý si tiež vyžaduje starostlivé zaobchádzanie a je vhodný len na komerčné použitie.

Elektron Beam Melting alebo EBM funguje podobným spôsobom. V tomto prípade laser vytvára elektrónové lúče a roztaví kovový prášok dohromady a vyžaduje skôr vákuum ako inertný plyn. Vyznačuje sa vysokými teplotami až do 1 000 °C, ale môže vytvárať veľmi pevné a husté predmety a je obzvlášť vhodný pre zliatiny titánu.

Popis: 3D tlačiareň HP Jet Fusion 5200, ktorá používa striekanie spojiva, je tu vidieť so samostatnou spracovateľskou stanicou.

Binder Jetting používa atramentovú tlačovú hlavu na tryskanie lepidla, aby sa prášky doslova zlepili. Práškový materiál sa rozprestrie na lôžko a vzor prvej vrstvy sa zapíše do prášku striekaním lepidla, aby sa prášky spojili. Lôžko klesá a naprieč sa rozprestiera viac prášku a proces sa opakuje vrstvu po vrstve, kým sa objekt nedokončí. Zvyčajne existuje samostatný dokončovací krok, pri ktorom sa predmet vypáli, aby sa roztopilo zostávajúce spojivo a zabezpečilo sa, že všetky vrstvy sú úplne spojené do jedného predmetu.

Proces je možné prispôsobiť na použitie s plastmi, kovmi a keramickými materiálmi. Veľkou výhodou používania atramentových tlačových hláv je, že je relatívne lacné zväčšiť proces, napríklad pridaním ďalších hláv pre vyššiu produktivitu.

Atramentové tlačové hlavy je možné použiť aj na inú metódu, Material Jetting, ktorá dokáže naniesť samotný materiál na presné miesto na vytvorenie každej vrstvy. To je tiež dobré pre plasty, kovy a keramiku. Tryskanie materiálu však čelí niektorým rovnakým problémom ako pri grafických tlačiarňach, konkrétne riziku upchatia tlačových hláv väčšími časticami a potrebe zbaviť sa tekutého nosiča používaného na tryskanie materiálu po dokončení tlače.

Na záver, výber, do ktorého typu 3D tlačiarne investovať, do značnej miery závisí od nájdenia rovnováhy medzi cenou tlačiarne, materiálmi, ktoré chcete použiť, a kvalitou a pevnosťou, ktorú požadujete pre hotové predmety.

Zostaňte naladení, pretože sa k tejto téme vrátime o pár mesiacov a pozrieme sa na niektoré aplikácie, na ktoré možno použiť 3D tlačiarne.

Objavte novinky v oblasti 3D tlače na Global Print Expo 2021 , poprednej európskej výstave sieťotlače a digitálnej veľkoformátovej tlače, textilnej tlače a nápisov. Objavte najnovšie produkty, vytvorte sieť s podobne zmýšľajúcimi jednotlivcami a preskúmajte nové obchodné príležitosti. Zaregistrujte svoj záujem tu .