Hogyan működik a 3D nyomtatás?

A 3D nyomtatás viharral elragadja a világot - egy kicsit. Nem egészen az otthoni Gyémántkor megjósolt fantázia, de a gyors 3D-nyomtatás jelenleg a hihetetlenül hatékony ipari folyamatok alapját képezi. Ez nem csak a gyors és egyszerű gyártásról szól, hanem a gyors prototípus-készítésről, amely lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy órákon át dolgozzanak át egyszerű tervezési kérdéseket, ahol korábban akár hetekbe is beletelt. A 3D nyomtatás kórházakba és kutatólaboratóriumokba, lőtérbe és autójavító műhelyekbe vezet. De hogyan működik?

Először is az általánosságokat. A mai piacon található összes 3D-nyomtató legalábbis elsősorban adalékanyag. Vagyis úgy működnek, hogy egyre több építőanyagot pontosan leraknak, objektumot hoznak létre fel a semmiből. Ez ellentétben áll a szobrászat folyamatával, amelynek során meglévő tárgyat borotválkozik le- - vannak olyan 3D nyomtatók, amelyek képesek faragni egy nemrégiben létrehozott tárgy tetején, de a szobrászat soha nem fogja tudni biztosítani az adalékanyagok gyártásának előnyeit. A tárgyak általában rétegekben történő felépítésével a 3D nyomtatás révén az üreges vagy bonyolult belső konvulziójú tárgyak fizikailag olyan egyszerűen előállíthatók, mint egy szilárd, homogén kocka.

3D nyomtatott M1911 pisztoly, részekre bontva

3D nyomtatott M1911 pisztoly, részekre bontva.



Az adalékanyag-gyártási technológiának jelenleg csak néhány általános típusa van, bár ezeken a típusokon sok enyhe eltérés van. Mindegyiknek megvannak a maga erősségei és gyengeségei, de még az olyan régebbi technológiák is, mint az extrudált lerakódások, puszta egyszerűség és költséghiány révén valószínűleg hosszú távú helyet találnak a piacon.

Az összes 3D nyomtatási technológia nagyapja a sztereolitográfia (SLA). Ez egy rétegalapú rendszer, amely lézerrel megszilárdítja a folyékony közeg egyes részeit, az úgynevezett fotopolimert. Egy fém emelvényt a fotopolimerbe merítenek, és egy réteg vastagságban tartják a felülettől, általában 10 milliméteres vagy annál kevesebbet. Az ultraibolya lézer felkutatja az első réteg alakját, megkeményedett szilárd anyagot hoz létre, bárhová is érjen, majd a platform leereszkedik egy másik réteg vastagságában. Egy vékony fotopolimer film söpri be a növekvő tárgy burkolatát, és a lézer megkeményíti a következő réteget a tetején. Ez nem a nyomtatás leghatékonyabb módja, de nagyon érdekes építőanyagokat, például kerámiákat használhat, viszonylag alacsony áron.

3d nyomtatásA 3D nyomtatás valószínűleg legegyszerűbb formája valamivel később következett be, és valóban megkezdődött a tömegpiacról érkező figyelem hirtelen vihara: az extrudálásos lerakódás. Ez a 3D nyomtatás legkönnyebben megjeleníthető formája: A robotfúvóka mozog, és egy műanyag építőanyagot szorít ki, mint egy nagyon, nagyon pontosan vezérelt forró ragasztópisztoly. Néhány műanyagnak meg kell keményednie, amikor lehűl a levegőben, másokat keményítőszerrel kevernek össze, miközben lefektetik őket, de mindenesetre az a cél, hogy egy edzett réteget hozzanak létre a másik tetején. Ha a rétegek elég vékonyak és elég pontosan vannak lefektetve, ez meglehetősen sima felületet eredményezhet, mint egy hagyományosan öntött műanyag tárgy.

Ha egyre több tanulmányozható és változatos anyaggal akarunk nyomtatni, például nagy szilárdságú fémből, valami jobbra lesz szükségünk, mint egy szuper fejlett forró ragasztópisztollyal.

3D nyomtatott Buddha, David Cardinal

A történészek a 3D nyomtatással tanulmányozhatják az ősi tárgyakat.

A szelektív lézeres szinterezés (SLS) volt eddig az elsődleges válasz. Ez a megközelítés magában foglalja az építőanyag apró felhőjének felszabadulását aeroszol formában, egy kis puff köpve ki a területet, amelyet megpróbálunk felépíteni. Egy pontosan időzített lézerrobbanás ezt követően egyesíti az egyes építőanyag-molekulákat, általában a fémeket a növekvő tárgyhoz. A technológia még fejlettebb változata, a Selective Laser Melting (SLM) néven ugyanúgy működik. Ahelyett, hogy a lézert további molekulák egyesítésére egy növekvő tárgyhoz használnák, az SLM gépek teljesen megolvasztják az építőanyag részecskéiket, lényegében apró olvadt fémrétegből építkezve, és sokkal erősebb és sűrűbb végső anyagokat hozva létre.

Aztán vannak a speciálisabb nyomtatási formák. Ilyen például a szénszál, amely nagy szilárdságú, kis sűrűségű alkatrészek nyomtatására használható. Az ilyen típusú speciális és kompozit építőanyagok még mindig megkövetelik a belépést az árspektrum csúcsára - de nem feltétlenül a legmagasabb kategóriába. Mert jól alig több mint 5000 dollár, egy rajongó szénszálas alkatrészekkel nyomtathat, amelyek a legtöbb szempontból jobbak, mint a fémbe nyomtatottak.

Végül az egész kezd elütni a való világban. Az olyan légitársaságok, mint az Airbus, több ezer olcsó, könnyű alkatrészt gyártanak sugárzásukhoz 3D nyomtatással, míg az orvosi szakemberek most gyorsan elkészíthetik a betegek öntött öntvényeit és protéziseit. A legtöbb formatervező cégnél legalább egy olcsó kis 3D nyomtató ül valahol egy asztalon, így gyorsan felvehetnek egy ötletet, és minden oldalról szemügyre vehetik.

Az első küldetésre kész nyomtatás a NASA-tól.

Az első küldetésre kész nyomtatás a NASA-tól.

Az adalékanyagok gyártásának sokoldalúságáról tanúskodik, hogy még a rajongók is használják mindenféle érdekes célra. Az emberek készítenek működő lőfegyverek. Nyomtatnak funkcionális replika hangszerek. Ez a fickó még egy hatalmas övalapú nyomtatót is készített, amelynek célja a vállalati művészet teljes méretű darabjainak készítése alapvetően forrasztásból.

A 3D nyomtatás hatékonysága a csúcskategóriás tudományos tömeg számára is tökéletes. Az úgynevezett biográfia forradalmasíthatja a szervek növekedését az őssejtekből, mivel az új nyomtatók tápanyagokkal ellátott merev polimer mátrixot és a megfelelő őssejteket képesek felépíteni. Ez lehetővé teszi a szervek növekedését szervek, strukturált háromdimenziós tárgyak, nem pedig homogén szervszövetcsomók egy petri-csészében.

Egy szív bioprintAz SLS-t és az SLM-et a NASA is felhasználta küldetésre kész alkatrészek létrehozására a valódi indításokhoz. A cél hosszú távon az, hogy képes legyen komplex küldetések 3D-s nyomtatására, még az űrben is. Kísérleteket tettek hold- vagy Mars-porral kevert ragasztóval történő nyomtatásra, ami lehetővé teheti egy leszállóhely számára, hogy önállóan építsen struktúrákat a későbbi emberi telepesek számára. Van még egy SpiderFab nevű kezdeményezés, amelynek célja a nagy szerkezetek 3D-s nyomtatása közvetlenül az űr vákuumában. Most már elkezdhetjük a lágy robotok nyomtatását, sőt akár tárgyak készítését is dinamikus idővel.

A 3D nyomtatás lehetséges alkalmazásainak száma valóban szédítő. A neurális hálózatokhoz hasonlóan ez is egyike azoknak a technológiáknak, amelyek megváltoztathatják a világot anélkül, hogy észrevennétek, hogy ez megtörténik. Ha a nyomdák döntő többsége a függöny mögött marad, a világ gyáraiban és laboratóriumaiban, akkor ezek hatása csak a folyamatosan növekvő életminőségben és a folyamatosan csökkenő életköltségekben érezhető.

Tekintse meg az 2007es.com magyarázataink sorozatát, ahol a mai legforróbb technológiai témákról olvashat részletesebben.

Copyright © Minden Jog Fenntartva | 2007es.com