3D nyomtatás: amit tudnod kell

Nem a nagyapád százszorszépű nyomtatója, vagy az anyád pontmátrixa. Valójában nem nagyon hasonlítanak a mai dokumentum- vagy fotónyomtatókhoz, amelyek csak unalmas, régi két dimenzióban tudnak nyomtatni. Amint a nevük sugallja, a 3D nyomtatók háromdimenziós objektumokat építhetnek fel különféle anyagokból. Megismerik magukat, és olyan boltokban jelennek meg, mint a Staples, a Best Buy és a Home Depot, és számos 3D nyomtatót és tartozékokat vásárolhatnak az Amazon.com oldalon és más online üzletekben. Noha a 3D nyomtatókat még mindig elsősorban üzletpadokon vagy formatervező stúdiókban, iskolákban és közösségi központokban, valamint a hobbisták kezében találják meg, a 3D-s nyomtatók egyre inkább találhatók a munkapadokon, a vendégszobákban és a konyhákban - és talán egy közeli otthonban is, ha nem a sajátod.

Mi a 3D nyomtatás?

A legegyszerűbb 3D-s nyomtatás olyan gyártási folyamat, amelynek során az anyagot rétegekre rétegezzük, hogy háromdimenziós tárgy legyen. (Ez additív folyamatnak tekinthető, mivel az objektum a semmiből épül, szemben a kivonási folyamatokkal, amikor az anyagot darabolják, fúrják, marják vagy megmunkálják.) Bár a 3D nyomtatók különféle anyagokat használnak (például műanyag vagy fém). és technikák (lásd alább a „Hogyan működik a 3D nyomtatás?” című részt), megosztják a képességüket a háromdimenziós adatokat tartalmazó digitális fájlok konvertálására - akár számítógépes tervezéssel (CAD), akár számítógépes gyártási (CAM) programmal hozzák létre, vagy 3D-s lapolvasótól - fizikai objektumokká.

A 3D nyomtatás egyenletesen is nyomtat?

Igen, a 3D nyomtatás nyomtatásnak tekinthető, bár nem a hagyományosan meghatározottak szerint. A Webster releváns "nyomtatás" meghatározása a nyomtatványok, kiadványok vagy fényképek előállítására, valamint benyomással történő előállításra (nyomás alkalmazása) helyezkedik el. Egyik definíció sem igazán illeszkedik a 3D nyomtatáshoz. Technológiai szempontból azonban a 3D nyomtatás a hagyományos nyomtatás kinövése, amelyben egy réteg anyagot (általában tintát) alkalmaznak. Általában olyan vékony, hogy nincs észrevehető magasság (bár szilárd tinta nyomtatókkal kissé vastagabb). A 3D nyomtatás jelentősen megnöveli ezt a magasságot többrétegű alkalmazás révén. Tehát ésszerű lenne a nyomtatás fogalmát kibővíteni, hogy magában foglalja a háromdimenziós tárgyak ilyen módon történő előállítását.

Hogyan működik a 3D nyomtatás?

A hagyományos nyomtatókhoz hasonlóan a 3D nyomtatók különféle technológiákat használnak. A leggyakrabban ismeretes a olvasztott lerakódás modellezése (FDM), más néven olvasztott filamentumok gyártása (FFF). Benne egy akrilnitril-butadién-sztirolból (ABS), politejsavból (PLA) vagy más hőre lágyuló műszálból megolvasztják és hevített extrudáló fúvókán keresztül rétegekben lerakják. Az első 3D-s nyomtatók, amelyeket a Stratasys az IBM segítségével készített el az 1990-es évek közepén, az FDM-et (a Stratasys védjegye alatt álló kifejezést) használták, csakúgy, mint a legtöbb 3D-s nyomtatót, amely a fogyasztókra, a hobbiészekre és az iskolákra irányult.

A 3D nyomtatásban alkalmazott másik technológia a sztereolitográfia. Ebben egy ultraibolya lézer ragyog ultraibolya-érzékeny fotopolimer tartályba, és nyomon követi a felületén létrehozandó tárgyat. A polimer megszilárdul, bárhová a sugarat hozzáérinti, és a sugárréteg rétegként "kinyomtatja" az objektumréteget a CAD vagy CAM fájlban található utasítások szerint, amelyből dolgozik.

Ennek egyik változataként digitális fényvetítővel (DLP) 3D nyomtatást is készíthet. Ez a módszer folyékony polimert tesz ki a fényből a digitális fényfeldolgozó kivetítőből. Ez a réteget rétegenként megkeményíti, amíg a tárgy fel nem épül, és a fennmaradó folyékony polimer kiürül.

A multi-jet modellezés egy tintasugaras típusú 3D nyomtatási rendszer, amely egy színes, ragasztószerű kötőanyagot permetez egymás utáni porrétegekre, ahol a tárgyat meg kívánja alakítani. Ez a leggyorsabb módszerek egyike, és a kevés egyike, amely támogatja a többszínű nyomtatást.

Lehetőség van egy szabványos tintasugaras nyomtató módosítására, hogy a tintától eltérő anyagokkal is nyomtasson. A vállalkozó vállalkozók készítették vagy módosították a nyomtatófejeket, általában piezoelektromos fejeket, hogy különféle anyagokkal dolgozzanak - bizonyos esetekben maguk is nyomtatják ki a nyomtatófejeket más 3D-s nyomtatókra! Az olyan vállalatok, mint a MicroFab Technologies, 3D-s nyomtatófejeket (valamint komplett nyomtatórendszereket) árusítanak.

A szelektív lézer-szinterelés (SLS) nagy teljesítményű lézert használ a műanyag, fém, kerámia vagy üveg részecskék olvasztására. A munka végén a megmaradt anyagot újrahasznosítják. Az elektronnyaláb-olvadás (EBM) - kitalálta - egy elektronnyalábot használ réteg-rétegen a fémpor megolvasztására. A titánt gyakran használják az EBM-mel az orvosi implantátumok, valamint a repülőgép-alkatrészek szintetizálására.

A technikától függően a 3D nyomtatók különféle anyagokat használhatnak, beleértve, de nem kizárólag a fémeket (köztük rozsdamentes acél, forrasztás, alumínium és titán); műanyagok és polimerek (beleértve a kompozitokat is, amelyek a műanyagokat fémekkel, fával és más anyagokkal kombinálják); kerámia; vakolat; üveg; sőt olyan élelmiszerek, mint a sajt, a jegesedés és a csokoládé! (Tekintse meg a 3D-s nyomtató izzószál-típusainak alapját.)

Ki találta fel a 3D nyomtatást?

Az első 3D-s nyomtatót, amely a sztereolitográfia technikát alkalmazta, Charles W. Hull készítette az 1980-as évek közepén. A sztereolitográfia nagyrészt drága kereskedelmi technika, a gépek gyakran 100 000 dollárt vagy ennél többet fizetnek.

1986-ban a Hull alapította a 3D Systems-et, egy olyan társaságot, amely manapság többféle technológiát használó 3D nyomtatókat árusít. A belépő szintű készletektől a fejlett kereskedelmi rendszerekig terjednek, és a 3D Systems igény szerint alkatrész-szolgáltatásokat is nyújt, főleg üzleti felhasználók számára.

Milyen előnyei vannak a 3D nyomtatásnak?

A 3D nyomtatás révén a tervezők képesek gyorsan átkonstruálni a koncepciókat 3D modellekké vagy prototípusokká (más néven "gyors prototípus"), és gyors tervezési változtatásokat végrehajtani. Ez lehetővé teszi a gyártók számára, hogy igény szerint, és nem nagy mennyiségben készítsen termékeket, javítva a készletgazdálkodást és csökkentve a raktárterületet. A távoli helyeken élő emberek előállíthatnak tárgyakat, amelyek egyébként hozzáférhetetlenek lennének számukra.

Gyakorlati szempontból a 3D nyomtatás pénzt és anyagot takaríthat meg a szubtraktív technikákkal szemben, mivel nagyon kevés alapanyag pazarolható el. És megígéri megváltoztatni a gyártás jellegét, és végül engedi, hogy a fogyasztók fájlokat töltsenek le még komplex 3D objektumok kinyomtatására - ideértve például az elektronikai eszközöket is - saját otthonukban.

Mit lehet 3D nyomtatókkal készíteni?

A tervezők 3D nyomtatókat használnak gyors modellek és prototípusok készítésére, de egyre inkább végtermékek készítésére is használják őket. A 3D nyomtatókkal készített cikkek között megtalálhatók a cipőminták, bútorok, ékszerkészítéshez használt viaszöntvények, szerszámok, állványok, ajándék- és újdonságok, valamint játékok. Az autó- és repülõipar 3D nyomtatókkal készít alkatrészeket. A művészek szobrokat készíthetnek, az építészek pedig projektjeik modelljeit készíthetik. A régészek 3D nyomtatókat használnak a törékeny tárgyak mintáinak rekonstruálására, ideértve néhány olyan régiséget, amelyet az utóbbi években az ISIS elpusztított. Hasonlóképpen, a paleontológusok és hallgatóik másolatot készíthetnek a dinoszauruszvázakról és más kövületekről. Nézze meg az egyszerű és praktikus 3D nyomtatóobjektumok galériáját.

Az orvosok és az orvosi technikusok a 3D nyomtatást protetikumok, hallókészülékek, műfogak és csontok beültetésének készítésére, valamint szervek, daganatok és más belső testi struktúrák replikációs mintáira készítik a CT-vizsgálatból a műtét előkészítése céljából. Jó példa erre a Daniel projekt, amely 3D-ben protetikai karokat és kezeket nyomtat a szudáni erőszak áldozatainak. A fejlesztés alatt álló 3D nyomtatók, amelyek a sejtrétegeket lerakhatják a mesterséges szervek (például vese és ér) létrehozására, már a K + F szakaszban vannak. Van még hely a 3D nyomtatáshoz a kriminalisztikában is, például az áldozat belsejében levő golyó replikálására.

A nyomtatott elektronika egy olyan nyomtatási módszer, amely lehetővé teszi az elektronikus eszközök vagy áramkörök rugalmas anyagokra, például címkékre, szövetekre és kartonra történő nyomtatását elektronikus vagy optikai festékek alkalmazásával. Nagyon olcsón gyártja az alacsony teljesítményű eszközöket. A nyomtatott elektronikát kezdik kombinálni a 3D nyomtatással, lehetővé téve a rétegelt áramkörök vagy eszközök nyomtatását. Ennek a hatékony kombinációnak a természetes kinövése az, hogy egy nap 3D-s tervekből kinyomtathatja a szerkentyűket, nem pedig megvásárolhatja őket.

Az ételek elkészítése egy másik módszer a 3D nyomtatók használatára. A Francia Kulináris Intézet a Cornell Egyetemen kifejlesztett nyílt forráskódú 3D nyomtatót használt művészi finomságok készítésére, és az MIT létrehozott egy 3D-s élelmiszernyomtatót, a Cornucopia néven. Néhány étterem teszteli az élelmiszer-nyomtató prototípusait. A NASA 3D nyomtatási kutatása magában foglalja az élelmiszernyomtatást, például a 3D-ben nyomtatott pizzát.

Egy maroknyi 3D-s nyomtató a kereskedelemben kapható. Általában olyan élelmiszerekre koncentrálnak, mint a csokoládé, a palacsinta vagy a sütik.

Mik a 3D nyomtatási szolgáltatások?

Ahhoz, hogy kihasználhassa azt, nem kell 3D-s nyomtatóval rendelkeznie. Számos 3D nyomtatási szolgáltatás, például a Shapeways és a Sculpteo kinyomtat ajándékokat és egyéb apró cikkeket megrendelésre saját 3D nyomtatóján, majd szállítja azokat az ügyfélnek. Az ügyfelek elküldhetik saját 3D objektumfájljaikat, vagy online katalógusból választhatnak elemeket, amelyek többségét a szolgáltatás többi felhasználója tervezte.

De a 3D nyomtatási szolgáltatások már nemcsak a szakemberek hatáskörébe tartoznak. Nagyvállalatok, például a Staples és a UPS vezettek be 3D nyomtatási szolgáltatásokat, és néhány hagyományos nyomda üzlet hozzáadta a 3D nyomtatást a repertoárjához.

Hol szerezhetek be 3D nyomtatót?

A legtöbb 3D nyomtató gyártó közvetlenül termékeket értékesít online. Jelenleg számos e-tailár megvásárolja ezeket, köztük csak az online cégek, például az Amazon.com, és mások, amelyek szintén rendelkeznek tégla- és habarcs-áruházakkal. Az utóbbi némelyik, például a Walmart, a Best Buy és a Staples, áruházakban és online is kínálja őket, de feltétlenül ellenőrizze a weboldalon az áruházak rendelkezésre állását, mivel nem minden üzlet hordozza őket. Számos 3D nyomtatóüzlet nyílt meg a nagyobb városokban. Például az iMakr üzletkötésekkel rendelkezik Londonban és New York City-ben.

Néhány online kiskereskedő a 3D nyomtatókra szakosodott, például a Dynamism, amely különféle márkákból származó 3D nyomtatókat értékesít, és ügyfélszolgálatot is nyújt.

Milyen szoftverre van szükségem a 3D nyomtatáshoz?

Szinte az összes 3D nyomtató elfogadja az STL formátumú fájlokat (a sztereolitográfiának nevezik). Az ilyen típusú fájlokat a legtöbb CAD szoftver előállíthatja, a drága kereskedelmi csomagoktól, például az AutoCAD-től a szabad vagy nyílt forrású termékekig, például a Google SketchUp és a Blender. Azok számára, akik nem hajlandók elkészíteni a saját 3D fájljaikat, a 3D objektum-adatbázisok, például a MakerBot Thingiverse számos 3D objektum fájlt kínálnak, amelyeket letölthetnek és kinyomtathatnak.

A legtöbb 3D nyomtató szoftvercsomaggal érkezik, akár a lemezen, akár letölthetőként, amely mindent tartalmaz, amely a nyomtatáshoz szükséges. A lakosztályok általában egy olyan programot biztosítanak a nyomtató és a szeletelő vezérléséhez, amely a nyomtatás előkészítésekor az objektum fájlt rétegekké formázza a kiválasztott felbontás és egyéb tényezők alapján. Néhány lakosztály tartalmaz egy programot az objektumfájl "gyógyítására" az olyan problémák kijavításával, amelyek zavarhatják a sima nyomtatást. A programok a RepRap nyílt forráskódú mozgalomból származtak, amelyből a hobbista 3D nyomtatás fejlődött ki. Néhány nyomtatóval kiválaszthatja az egyes összetevőket tartalmazó programokat, amelyek letölthetők, ahelyett, hogy a csomagban szereplő eszközökkel kellene foglalkozni.

Mit tart a 3D nyomtatás jövője?

Könnyen beszerezhető különféle otthoni és kisvállalkozási célú 3D nyomtató - a PCMag rengeteg ilyen képet felülvizsgált -, ám ezeket még mindig gyakran egzotikusnak és meglehetősen drága szerződésnek tekintik. Várható, hogy ez az elkövetkező néhány évben megváltozik, amikor a 3D nyomtatók a házakban gyakoribbá válnak - munkapadokon, stúdiókban, otthoni irodákban és még a konyhában is. Lehet, hogy nem találja meg őket minden háztartásban, ám nélkülözhetetlenné válnak azok számára, akiknek vannak. A legtöbb 3D-s nyomtatóval készült tárgyak homogén belső terekkel rendelkeznek, ám megkezdjük a bonyolultabb alkotások megjelenését, amelyek több anyagot és kompozitot kombinálnak, valamint a nyomtatható elektronikát. A mai 3D-s nyomtatókkal, ha elveszíti a TV-készülék akkumulátorának fedelét, kinyomtathat egy csereborítást. Ha holnap elveszíti a távvezérlőt, akkor a nyomtató új nyomtatót képes kinyomtatni.

Ezenkívül a 3D nyomtatás egyre nagyobb helyet foglal el a világűrben. A NASA 3D nyomtatókkal kísérletezik a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén. Végül a 3D nyomtatók felhasználhatók élőhelyek létrehozására a Marson és más világokon. Annak érdekében, hogy megmentse az Apollo 13 űrhajósokat a szén-monoxid-fulladás meghalásától, a NASA-nak valójában módot kellett találnia arra, hogy egy négyzet alakú csapot egy kerek lyukba illesszen. Ha 3D-s nyomtató lenne a fedélzeten, akkor egy csatlakozó megtervezésével és kinyomtatásával képesek lennének a probléma megoldására.

Az űrhajósok nem tehetnek lépést a Home Depoton keresztül, ha szelepet vagy widgetet kell cserélni, de egy 3D-s nyomtató szükség szerint elkészítheti azt. Hasonlóképpen, 3D-s nyomtatókat látunk az Antarktiszi bázisokban és más távoli földi helyszíneken is, ahol az emberek nem várhatják meg hat hónapot a következő utánpótlásra, hogy helyettesítsék az alapvető alkatrészeket vagy eszközöket.

A 3D-s nyomtatás orvosi alkalmazásai nem érnek véget a protézisekkel, hallókészülékekkel és fogorvosokkal. (A munkák előnézetét lásd a fenti „Mit tud 3D nyomtatók készíteni?” Című részben.) A cserealkatrészeknek nem szabad csak a mechanikára korlátozniuk.

Az elmúlt években robbanást tapasztaltunk a 3D nyomtatók sokféleségében és felhasználásában. Hasonló ahhoz, ahol 1980-ban a személyi számítástechnika működött. Bár elég könnyű megnézni azokat a területeket, amelyekbe a 3D nyomtatás területe átalakul, mások meghaladják a megjósolási képességünket, ahogyan 1980-ban senki sem tudott volna elképzelni a személyi számítógép átalakul. Lehetséges, hogy a 3D nyomtatásnak nem lesz ugyanaz a hatása, mint a PC-nek, de megvan a lehetősége arra, hogy forradalmasítsa a gyártást, és ami még fontosabb, hogy a mindennapi fogyasztók kezébe adja. De egy dolog biztos: a 3D-s nyomtatás itt marad.

További információkért tekintse meg a tíz legjobb 3D-s nyomtató útmutatóját és néhány betekintést a korai alkalmazástól.