3D-tulostus on valmistusprosessi, joka luo kolmiulotteisen, fyysisen objektin digitaalisesta tiedostosta. Tätä prosessia kutsutaan additiiviseksi valmistukseksi, mikä tarkoittaa, että materiaalia lisätään, ei poisteta.
3D-tulostuksen avulla luot 3D-digitaalisen suunnittelun mallinnusohjelmassa, joka tunnetaan nimellä CAD-ohjelmisto, ja käytät sitten 3D-tulostinta materiaalikerrosten valmistamiseen valmiin esineen muodostamiseksi. Yritykset, tutkijat, lääketieteen ammattilaiset, harrastajat ja muut käyttävät 3D-tulostusta moniin eri sovelluksiin.
Tässä on katsaus siihen, miten 3D-tulostus syntyi, miten se toimii, mihin sitä käytetään ja mitä tämän tekniikan tulevaisuus tuo tullessaan.
3D-tulostus saattaa olla osa suosikkielokuvaasi. Elokuvien, kuten Black Panther, Iron Man, The Avengers ja Star Wars, rekvisiittassa käytetään 3D-tulostusta, jonka avulla lavastussuunnittelijat voivat luoda ja luoda uudelleen rekvisiitta helposti ja edullisesti.
3D-tulostuksen historia (ja tulevaisuus)
1980-luvun alussa 3D-tulostustekniikka ilmestyi, mutta se tunnettiin nimellä nopea prototyyppitekniikka tai RP. Vuonna 1980 japanilainen tohtori Kodama jätti patenttihakemuksen RP-teknologialle, mutta prosessia ei saatu päätökseen.
Vuonna 1984 Charles "Chuck" Hull keksi stereolitografiaksi kutsumansa prosessin, joka käytti UV-valoa materiaalin kiinteyttämiseen ja 3D-objektin luomiseen kerros kerrokselta. Vuonna 1986 Hullille myönnettiin patentti hänen stereolitografialaitteistolleen eli SLA-koneelleen.
Chull perusti 3D Systems Corporationin, yhden maailman suurimmista 3D-teknologiayrityksistä.
Muita 3D-tulostusprosesseja ja -tekniikoita kehitettiin suunnilleen samaan aikaan, ja lisäparannuksia jatkettiin 1990-luvun ja 2000-luvun alussa. Silti 3D-tulostustekniikan pääpaino oli prototyyppien valmistuksessa ja teollisissa sovelluksissa.
3D-tulostustekniikka alkoi tulla v altamedian huomioimaan vuonna 2000, kun ensimmäinen 3D-tulostettu munuainen luotiin, vaikka onnistunut 3D-munuaisen siirto tapahtui vasta vuonna 2013. Vuonna 2004 RepRap-projekti oli 3D-tulostin tulostaa toisen 3D-tulostimen. Lisää mediahuomiota herätti vuonna 2008 ensimmäinen 3D-tulostettu raajaproteesi.
Muita 3D-kehityksiä seurasi nopeasti, mukaan lukien 3D-tulostettu talo, johon perhe muutti vuonna 2018.
Tänä päivänä 3D-tulostus ei ole vain prototyyppejä ja teollista valmistusta. Harrastajat, tiedemiehet ja kaikki muut käyttävät 3D-tulostusta tuotteiden valmistukseen, kulutustavaroihin, lääketieteen kehitykseen, koulutusmateriaaleihin ja muuhun. Siitä on nopeasti tulossa hyödyllisempää jokapäiväiselle kuluttajalle.
Oscar Adelman, Remin toimitusjohtaja, kertoo, että prosessi on yleistymässä esimerkiksi hammasalalla. 3D-tulostuksen tarkkuus on uskomattoman vaikuttava ja voi auttaa hammaslääkäriasiakkaita säästämään jopa 80 prosenttia tuotteista verrattuna perinteiseen hammaslääkärin toimiston hinnoitteluun.
"Kun tulostustekniikka muuttuu nopeammaksi, halvemmaksi ja yleisempään, alat, kuten hammaslääketiede, luottavat entistä enemmän teknologiaan jokapäiväisissä toimenpiteissä", hän sanoo.
4D-tulostus on tulossa myös tulostetuilla esineillä, jotka voivat muuttaa muotoaan ajan myötä.
Kuinka 3D-tulostimet toimivat
3D-tulostustekniikoita on monen tyyppisiä, mukaan lukien sulatettu kerrostuksen mallinnus (FDM), joka tunnetaan myös nimellä Fused Filament Fabrication (FFF). FDM on yleisin ja suosituin menetelmä, ja sitä käytetään edullisimmissa 3D-tulostimissa.
FDM-tulostusmenetelmässä käytetään muovimateriaalista valmistettua filamenttia, joka on vähän kuin naru. Filamentti syötetään rull alta kuumennettuun päähän, joka sulattaa muovin. Pää puristaa sulaneen muovin koneen alustalle. Pää liikkuu sängyn yli 2D:ssä ja laskee ensimmäisen materiaalikerroksen.
Kun ensimmäinen kerros on valmis, päätä siirretään ylöspäin ensimmäisen kerroksen paksuuden verran, ja se levittää seuraavan kerroksen päälle. Osa rakentuu kerros kerrokselta, kuten leivän leipominen viipale kerrallaan.
Suosittuja FDM 3D-tulostimia ovat MakerBot ja Ultimaker.
Esimerkki 3D-tulostimen käytöstä
Tässä on katsaus siihen, kuinka yksinkertainen 3D-tulostus voi toimia FDM-tulostimella.
-
Lataa 3D-malli, jonka haluat tulostaa, tai suunnittele sellainen itse.
Etsi ladattavia malleja Thingiversestä tai GrabCADista. Suunnittele malli itse kokeilemalla SketchUpia tai Blenderia. Kokeile teknisiä osia varten CAD-ohjelmistoa, kuten SolidWorksia.
- Jos ei vielä ole, muunna malli 3D-tulostusmuotoon, kuten STL-tiedostoksi.
-
Tuo malli viipalointiohjelmistoon, kuten MakerWare, Cura tai Simplify 3D.
MakerWare toimii MakerBot 3D -tulostimien kanssa. Cura ja Simplify 3D tuottavat G-koodia, joka toimii useimpien 3D-tulostimien kanssa.
-
Määritä koontiversio viipalointiohjelmistossa. Päätä, kuinka suuntaat mallin 3D-tulostimessa. FDM:ssä minimoi yli 45 astetta jyrkemmät ylitykset, koska ne vaativat tukirakenteita.
Kun päätät suunnasta, harkitse kuinka malli ladataan, jotta tasot eivät erotu helposti.
Image Ajan ja materiaalien säästämiseksi mallit eivät yleensä ole kiinteitä. Määritä täyttöprosentti (yleensä 10–35 prosenttia), kehäkerrosten lukumäärä (yleensä 1 tai 2) sekä ala- ja yläkerrosten lukumäärä (yleensä 2–4). On myös muita asioita, jotka on otettava huomioon valmisteltaessa mallia 3D-tulostusta varten.
- Vie ohjelma, joka on yleensä G-kooditiedosto. Viipalointiohjelmisto muuntaa määrittämäsi mallin ja koontikokoonpanon ohjejoukoksi. 3D-tulostin noudattaa tätä osan rakentamisessa.
- Siirrä ohjelma 3D-tulostimeen SD-kortin, USB:n tai Wi-Fi:n avulla.
-
Tulosta malli 3D-tulostimella.
Image - Kun 3D-tulostin on valmis rakentamaan mallin, poista se ja mahdollisesti myös puhdista se. Katkaise tukirakenteet ja hiero jäljelle jääneet kokkareet hienolla hiekkapaperilla.
Muut tyypit 3D-tulostuskoneet
Muut kuin FDM-tulostimet, 3D-tulostusmenetelmiä ovat myös stereolitografia (SLA), digitaalinen valonkäsittely (DLP), selektiivinen lasersintraus (SLS), selektiivinen lasersulatus (SLM), laminoitujen objektien valmistus (LOM) ja digitaalinen Säteen sulatus (EBM).
SLA on vanhin 3D-tulostustekniikka, ja se on edelleen käytössä. DLP käyttää valaistusta sekä polymeerejä, kun taas SLS käyttää laseria virtalähteenä vahvojen 3D-tulostettujen objektien luomiseen. SLM, LOM ja EBM ovat suurelta osin jättäneet suosion.
3D-tulostuksen tulevaisuus
Johtaako 3D-tulostus tilauskohtaisten, räätälöityjen tuotteiden tulevaisuuteen, jotka valmistetaan välittömästi täsmällisten määritystemme mukaan? Vaikka tämä on edelleen epäselvää, 3D-tulostustekniikka kasvaa nopeasti ja sitä käytetään monilla alueilla.
Talojen, kehon elinten, kuten munuaisten ja raajojen, 3D-tulostus ja muut edistysaskeleet voivat parantaa lukemattomien ihmisten elämää ympäri maailmaa.
