Introduction to 3D Printing, Working and Applications

Эта статья о. 3D printers and How 3D printing Процесс работает: трехмерная печать или изготовление протезов — это процесс создания трехмерного твердого объекта практически любой формы на основе цифровой модели. Для создания индивидуального объекта укладываются последовательные слои материала. Каждый слой можно увидеть как тонкий горизонтальный разрез в конечном объекте. Доступные материалы также варьируются от процесса к процессу. Наиболее распространенным является пластик, но также могут быть изготовлены металлические, визуально прозрачные и резиновые объекты. 3D printed Трехмерная печать позволяет создавать сложные формы, используя меньше материалов, чем традиционные методы абстрактного конструирования, включая вырезание/обработку объектов из больших блоков.

3D-принтеры строят трехмерные твердые объекты из цифровых моделей. Он состоит из. 3D printing Устройства, установленного на многоосевом роботизированном манипуляторе. Рука устанавливает сопла, которые наносят металлическую пыль или проволоку на поверхность, и источник энергии (лазер, электронный луч или плазменный лук), который расплавляет ее, формируя твердый объект.

Анализ принтера описывает толщину слоя в точках на дюйм (DPI) или микрометрах (мкм) и разрешение по X-Y. Стандартная толщина слоя составляет примерно 100 мкм (250 точек на дюйм). Некоторые машины. can print Тонкие слои 16 мкм (1600 точек на дюйм). Диаметр частиц примерно 50-100 мкм (510-250 dpi). x-y решения сравнимы с лазерными решениями printers . Определение более высокого разрешения приводит к увеличению размера файлов.

Рисунок 1: 3D-печатный объект [5].

How 3D Printer works?

The first step of 3D printing Трехмерное сканирование: трехмерное сканирование — это процесс сбора данных о форме и внешнем виде реального объекта, на основе которого создается цифровая модель. 3D printable Модели могут быть созданы с помощью автоматизированных пакетов (CAD), трехмерных сканеров или простых цифровых камер и программного обеспечения Photograms. 3D printed Модели, созданные с помощью CAD, позволяют проверить конструкцию объекта до того, как ошибки могут быть уменьшены и, возможно, исправлены. is printed . Most CAD applications Они генерируют ошибки в выходном STL-файле, такие как отверстия, нормальные стороны, самоцентры, шумовые оболочки и т.д. В целом, 3D-сканирование часто вносит еще больше ошибок на каждую точку.

Ручное моделирование процесс подготовки геометрических данных для трехмерной компьютерной графики похож на пластическое искусство, например, скульптуру CAD модели могут быть сохранены в файле формата (STL), который хранит данные на основе треугольной CAD модели STL включает в себя не подходит для ортопедических конструкций, поскольку создает файлы большого размера, оптимизированные с точки зрения топологии и принадлежности к сетке из-за большого количества задействованных поверхностей. Был введен новый формат файлов CAD. В него был вставлен дополнительный формат производственных файлов (AMF) для хранения информации с использованием треугольных кривых.

Файлы STL обрабатываются программным обеспечением под названием Slicer, которое преобразует модель в серию тонких слоев и генерирует файл G-Code, содержащий инструкции, адаптированные к конкретному типу 3D-принтера Файлы G-Code могут делать следующее be printed with 3D printing client software.

Рисунок 2: Работа 3D-принтера [4].

3D Printing Process steps

Стандарт ISO/ ASTM 52900 классифицирует все различные типы 3D printing в одну из этих семи групп:

Экструзия металла (FDM): катушки с нитью загружаются в the printer 10 экструзионную головку и оснащенную нагреваемым соплом. Когда сопла достигают необходимой температуры, двигатель приводит нить в плавление. The printer Экструзионные головки перемещаются, устанавливая их в точные позиции, где расплавленный материал остывает и затвердевает. Как только слои завершены, строительная платформа опускается, и процесс повторяется до тех пор, пока все комплектующие не будут завершены. Материал готов к использованию после удаления опорных конструкций или нормализации поверхности FDM — это самый экономичный способ производства термопластичных компонентов и прототипов на заказ. Он также имеет самые короткие сроки поставки. Однако он имеет самую низкую точность размеров и анализа по сравнению с другими технологиями. 3D printing технологии; компоненты FDM часто требуют последующей обработки и нормализации поверхности. Из-за метода послойного склеивания компоненты FDM по своей природе неравноценны и, как правило, слабее в одном направлении.

Рисунок 3: 3D FDM-печать [5].

Бочковая полимеризация (SLA и DLP): лучше всего подходит для визуального applications SLA использует лазер на точках отверждения смолы, в то время как DLP использует цифровой проектор света для одновременной вспышки изображения каждого слоя. На жидкий фотополимер в резервуаре избирательно воздействует ультрафиолетовый свет. После этого printing Затем деталь должна быть очищена смолой и подвергнута воздействию источника ультрафиолетового излучения для повышения ее прочности. Затем удаляется опорная конструкция и выполняется последующая обработка.Детали SLS имеют очень хорошие, почти изотропные механические свойства, что делает их идеальными для функциональных деталей и оригинальных характеристик. Конструкции со сложной геометрией легко производить; SLS также отлично подходит для производства средних партий; детали SLS имеют естественную зернистую поверхность и внутреннюю пористость. Небольшие отверстия термически искажаются и чрезмерно увеличиваются.

Рисунок 4: 3D SLA-печать [5].

Сплавление в пылевом слое (SLS, DMLS, SLM): DMLS и SLM подходят для производства металлических компонентов; SLM достигает полного расплавления частиц пыли, а DML нагревает частицы металла до такой степени, что они сплавляются друг с другом на молекулярном уровне. Источники высокой энергии избирательно поддерживают частицы пыли. Для минимизации деформации, вызванной высокими температурами, необходимыми для сплавления металлических частиц, всегда требуются опорные конструкции. После этого printing Металлические скобки должны быть удалены вручную или посредством обработки с ЧПУ. Механическая обработка также может быть использована для повышения точности критических элементов. Наконец, компонент подвергается термической обработке для устранения остаточных напряжений. Компоненты могут быть оптимизированы для максимизации производительности при минимизации веса. Многие металлические сплавы, которые трудно обрабатывать с помощью других технологий, например, металлические гиперократы, доступны в DMLS/ SLM. Очевидно, что затраты на DMLS/ SLM 3D printing очень высока. Кроме того, размеры конструкции ограничены из-за сложности поддержания точных условий изготовления.

Рисунок 5: 3D SLS-печать [5].

Запуск материала (MJ): капли материала осаждаются или выборочно собираются. Запуск материала работает аналогично стандартному запуску чернил. printing . However, instead of printing Один или несколько слоев материала осаждаются друг на друга для создания твердой детали. Многочисленные print головки выстреливают сотни крошечных капель фотополимера на строительную платформу, которые затем затвердевают под воздействием источника ультрафиолетового света. Когда слой завершен, строительная платформа перемещает слой, и процесс повторяется. Опорные конструкции всегда являются неотъемлемой частью струйного нанесения материала. В качестве опор используются водорастворимые материалы, которые легко растворяются при последующей обработке. is printed одновременно со строительным материалом. Запуск материала является наиболее точной 3D printing Технология. Предлагается множество материалов и полная цветовая гамма printing Возможности. Материал расширения имеет очень гладкую поверхность и чрезвычайно точен. Запуск материала является одной из самых дорогих 3D printing process. Moreover, the printed детали хрупкие и светочувствительные.

Рисунок 6: аппаратный 3D-принтер [5].

Связующий материал (BJ): связующие струи используются для недорогих металликов 3D printing и оригинальных цветов, а также для производства больших песчаных форм. Сначала на строительную платформу наносится тонкий слой частиц пыли (металлической, акриловой или песчаника). Капли клея выстреливаются системой подачи чернил. print Струйная головка выборочно прикрепляет частицы пыли друг к другу, матрас к матрасу. По завершении работы комплектующие извлекаются из пыли и очищаются. Для металлических компонентов это включает в себя пожаротушение или проникновение низкоплавкого металла. Цветные компоненты проникают в цианоакриловый клей. Струйное нанесение связующего позволяет получать металлические компоненты по цене ниже, чем струйное нанесение материала. Можно производить очень большие компоненты со сложной геометрией. Поддерживается производство промежуточных партий. Металлические компоненты, полученные методом впрыска связующего, имеют более низкие механические свойства, чем объемные материалы, из-за их пористости. Очень мелкие детали не могут be printed быть изготовлены, поэтому они очень хрупкие. the printer ; and may deform.
Немедленное энергетическое осаждение (Lens, LBMD): источник высокой энергии удерживает материал на месте во время осаждения.
Листовое ламинирование (LOM, UAM): лист материала сваривается и имеет слой за слоем.

Рисунок 7: 3D-печать LOM [5].

Applications of 3D Printing

3D-печать включает в себя множество различных форм технологий и материалов. 3D printing Она используется практически во всех отраслях промышленности. Ниже приведены некоторые примеры

Строительство: можно изготовить 10 одноэтажных домов be printed in a day.
Медицина: зубы, протезы, бионика, брекеты, очки.
Переработка: производство — одна из самых важных используемых технологий. Запчасти для автомобилей, автомобили.
Быт: бытовое использование: бытовое использование: бытовое использование: бытовое использование: бытовое использование: ювелирные изделия, игрушки, столовые приборы, мебель
Одежда: платья, обувь.
Археология: окаменелости, кости, части тела, реконструкция древних объектов
Академическое сообщество: молекулярные модели, шестеренки, роботы.