Како ради 3Д штампач?

Пре неколико деценија могло се чинити фантастичним исписати готово било који текст, слику или фотографију код куће у неколико минута, а сада скоро свако може да користи штампач. Поред штампања слика, реализација тродимензионалних предмета према њиховим рачунарским моделима постала је данас стварност. Периферија која то омогућава назива се 3Д штампачима. Уз њихову помоћ можете створити делове и предмете најразличитијих облика који се користе у технологији, моделирању просторних комплекса, свакодневном животу. Дакле, које су могућности заштампаног штампања и како ради 3Д штампач??

Садржај чланка

• Принцип тродимензионалног штампања
• Технологије за узгој тродимензионалних објеката
• Екструзијски штампа
• Методе прашкасте штампе
• Фотополимеризација Штампање
• Ламинирање
• 3Д апликација за штампање

Принцип тродимензионалног штампања

Познато је како се волуметријски предмети добијају ливењем или обрадом обратка, чији је облик најближи коначном резултату. Последњи принцип, који је Мицхелангело формулисао као одсецање свега сувишног са камена, користи се за стварање скулптура. Метода формирања фигуре у тродимензионалном штампању назива се адитив (од енглеског додај - „додај“) и битно се разликује од горе поменутих. Овде се формирање објекта слојевито по слој поступним наношењем делова материјала, односно створено тело се узгаја корак по корак све док не добије потребну конфигурацију. Шема, врло једноставно објашњавајући принцип тродимензионалног штампања, приказана је на слици..

Постављањем главе за штампање у двокоординатни систем Кс и И, материјал се наноси у складу са наведеном конфигурацијом слоја. Када померате радну платформу корак дуж оси З, следећи ниво објекта почиње да расте.

Први корак у припреми за штампање је креирање рачунарског модела будуће компоненте. То се може учинити на два начина: коришћењем тродимензионалног графичког уређивача или ЦАД система (3Д Студио Мак, СолидВоркс, АутоЦАД и други) или 3Д скенирањем објекта који желите да копирате. Затим се помоћу софтвера штампача модел дели на слојеве и ствара се низ наредби које одређују редослед примене материјала приликом штампања.

Опрема која примењује адитивну методу стварања тела, аналогно дводимензионалним периферним уређајима, карактерише резолуција дуж три осе у простору. Ови параметри одређују висину слоја и тачност положаја елемента за штампање. Друга важна техничка карактеристика 3Д штампача је површина штампања, чија величина одређује максималну могућу величину израшћеног тела.

Као материјали за тродимензионалне предмете у адитивној производњи могу се користити разне врсте пластике, металне легуре, минералне смеше, папир, фотополимери. Неки 3Д штампачи омогућавају вам рад са неколико материјала који се разликују по својствима или боји. Такође постоји метода за производњу предмета који се одликују различитим нијансама мешањем боје са прозирним полимером током штампања.

Технологије за узгој тродимензионалних објеката

Постоји пуно тродимензионалних метода штампања, њихове главне разлике међусобно су у принципима формирања слојева и њиховој повезаности, као и материјалима који се користе у раду. Размотримо основну технологију производње адитива.

Екструзијски штампа

Ова метода се назива и таложење материјала по слоју, које се користи као термопластика. Уређаји који раде у складу са овом технологијом називају се и ФДМ штампачи, они су данас најчешћи. Дијаграм који објашњава принцип екструзијског штампања приказан је на слици..

Главни чвор ФДМ штампача је екструдер главе за штампање. Уложак за такав уређај је термопластични полимер у облику навоја намотаног на калем. У екструдеру, ротирањем ваљкастих елемената, радни материјал се доводи у грејну зону, где се топи и истискује кроз млазницу, формирајући елементарни фрагмент предмета. Након штампања целог тренутног пута, платформа се помера према доле и почиње примена новог слоја.

Постоје штампачи у које је могуће убацити две врсте нити у главу за штампање, што вам омогућава да узгајате разнобојне предмете или креирате такозвану подршку за штампање. Потоњи су потребни за изградњу делова објекта који нису у контакту са доњим слојевима или базом. Ако се у води носе супстанце растворљиве у води, оне се лако могу уклонити без подвргавања базног материјала обради. На објекту је приказан предмет одштампан са растворљивим носачима пре и после уклањања..

Носачи се могу правити и од главног термопластике, након штампања модела они избијају и површина се дорадом доводи у глатко стање. Пример дела направљеног на овај начин приказан је на слици..

Методе прашкасте штампе

Технологије ове групе обједињене су идејом стварања интегралне структуре од прашкастих материјала. Једна од сорти је инкјет штампање, засновано на слојевитом наношењу компоненте са конзистенцијом праха, чији су поједини фрагменти импрегнирани адхезивном композицијом. Материјали овде могу бити веома разнолики: папир, дрво, минералне смеше, метали, пластика. Једини услов је могућност њиховог мљевења у прашно стање.

Остале методе - ласерско синтеровање и легирање - су врло сличне и углавном се користе за узгој металних делова. Потоњи вам омогућава да добијете најгушће и издржљиве предмете, чија структура не садржи поре. Корак по корак поступак ласерског 3Д праха је приказан на слици..

Фотополимеризација Штампање

Овај назив комбинује две методе стварања тродимензионалних објеката од течних супстанци посебне класе - фотополимера који се очвршћују када су изложени ултраљубичастом зрачењу - ласерску стереолитографију и дигиталну ЛЕД пројекцију.

Волуметријска шема штампања на телу помоћу технологије ласерске стереолитографије приказана је на илустрацији. Подручје рада је уроњено у течну фотополимерску смолу на нивоу једног слоја. Ласерски сноп црта пресјек будућег објекта у складу са његовим тродимензионалним моделом, озрачена подручја материјала очврснују. Затим се база спушта у купатило са течном смолом по величини следећег слоја, а његова конструкција се изводи слично као претходна. Процес се понавља све док целокупни објект не нарасте. Након тога, производ се испере са остатка материјала..

Друга врста фотополимеризационог штампања изведена је по истом принципу, само ЛЕД пројектори се користе као извор светлости.

Ламинирање

Ова технологија састоји се у производњи тродимензионалних предмета од листова папира, пластичних филмова, фолија. Дијаграм процеса штампања је приказан на слици. Материјал са лепљивим премазом на њега се доводи на радну платформу или доње слојеве дела, док загрејани ваљак пролази кроз њега, површине се лепе. Контура слоја се затим исече пројектованим ласерским снопом, који такође дели остатке лисног материјала на ситне фрагменте како би се олакшало њихово уклањање.

3Д апликација за штампање

3Д штампачи се користе за брзо прототипирање и производњу комадних делова, нових компоненти, распореда у индустријској производњи, дизајнирање предметно-просторних комплекса, архитектуре, аутомобилске индустрије, модне индустрије, прехрамбене индустрије, медицине и многих других области.

Пошто тродимензионално штампање пружа практично неисцрпне могућности за добијање волуметријских структура било које сложености, ова метода се свидела не само инжењерима, већ и дизајнерима који стварају одећу и обућу, накит, ситне предмете за домаћинство, намештај, играчке помоћу 3Д штампача.

Адитивне технологије производње се такође користе у производњи медицинских уређаја, на пример, имплантати за зубну протетику се штампају на стереолитографским штампачима. Поред тога, на 3Д штампачима добијају се вештачки фрагменти људског скелета, костију, лобање и хрскавице. Обећавајући смјер је употреба различитих врста ћелија људског тијела као материјала, што омогућава штампање ткива и органа за трансплантацију.

Данас се 3Д штампачи не користе широко у свакодневном животу, јер су ови уређаји и даље прилично скупи, а сасвим је могуће и без предмета направљених на њима. Али ко зна, можда ће у релативно блиској будућности код куће исписати сломљену шољу, сломљену омиљену дечију играчку, ауторски прстен као поклон девојчици или чоколадни десерт за празник постати толико уобичајени као и прање веша или прање посуђа без наношења руку.