3D-tulostimien luokittelu

3D-tulostimien tulo on avannut uuden aikakauden teknologiassa – nyt on mahdollista tulostaa kolmiulotteisia esineitä. Tuloksena syntyvien kolmiulotteisten tuotteiden käyttötarkoitus voi olla hyvin erilainen – leluista lääketieteellisiin proteeseihin. Teos perustuu digitaalinen malli (tai piirustus), joka sitten käännetään sen tarkaksi reaalikopioksi. Tällaisia laitteita on saatavana eri kapasiteetilla ja kokoonpanoilla sekä koti- ja teollisuuskäyttöön tarkoitettuina versioina. Nykyiset 3D-tulostimet käyttävät mitä erilaisimpia materiaaleja kolmiulotteisen tulosteen saamiseksi.

3D-tulostustekniikat

Käytetyn tekniikan osalta erityinen luokittelu, joka on hyödyllistä tietää jokaiselle tulevalle 3d-tulostimen omistajalle:

• FDM;
• Polyjet tai MJM;
• LINSSI;
• LOM;
• SLA;
• SLS;
• 3DP;

FDM

Tämä on suosituin tekniikka kyseisissä laitteissa. FDM-mallinnuksessa (fused deposition modeling) kone puristaa kuluvan aineen erityisen suuttimen läpi kerros kerrokselta. Näihin kuuluvat:

• makerbotin kaltaiset laitteet;
• Stratasys-tulostimet;
• ruokateollisuudessa käytettävät yksiköt (juusto, taikina ja kuorrutus);
• Lääkinnälliset laitteet (eläviä soluja sisältävä lääketieteellinen geeli).

Polyjet

MJM (Multi Jet Modeling), johon liittyy tekniikka, jossa käytetään monisuihkusimulointi. Prosessi on samanlainen kuin tavallisessa mustesuihkutulostimessa, koska suuttimet ovat pieniä (niitä voi olla useita satoja). Kun edellinen kerros on kovettunut, 3D-malli muodostuu.

Kulutustarvikkeita ovat valomuovit ja muovit, ja myös erikoisvahat soveltuvat. Tyypillisesti tällaista kolmiulotteista tulostusta käytetään lääketieteellisten implanttien, hammasproteesien ja jäljennösten valmistuksessa.

On mahdollista valmistaa monivärisiä versioita sekä esineitä, joilla on erilaiset ominaisuudet, esim. elastiset esineet yhdessä kovien esineiden kanssa.

Tämän tekniikan haittapuolina ovat kallis lähdemateriaali ja korkeat tulosteiden valmistuskustannukset hauras tulos. Sovelluksia löytyy yleensä lääketieteestä ja teollisesta prototyyppien valmistuksesta.

LINSSI

LASER ENGINEERED NET SHAPING -menetelmässä suuttimesta ulos puhallettu kulutusmateriaali joutuu lasersäteen polttopisteeseen kerralla, mikä johtaa välittömään sintraukseen. Käyttämällä metallijauhe auttoi teräs- ja titaaniesineiden valmistuksessa, mikä mahdollistaa 3D-tulostimien käytön teollisuudessa. Monia seoksia voidaan sekoittaa ja valmistaa suoraan prosessissa. Näin valmistetaan esimerkiksi titaaniturbiinien lavat.

LOM

Laminoidun esineen valmistuksessa ohuet ja valmiiksi laminoidut levyt laserleikataan, liimataan, sintrataan tai puristetaan kolmiulotteiseksi esineeksi. Muoviset, alumiiniset ja paperiset 3D-esineet voidaan tulostaa tällä tavoin.

Muuten, alumiiniesineiden lähde on vastaava folio – se ”sintrataan” ultraäänivärähtelyllä.

Lähtöaineiston keveydestä huolimatta paperimallit ovat erittäin kestäviä ja niiden tuotantokustannukset ovat lähes olemattomat. Sinun on kuitenkin varauduttava siihen, että tällaiseen tuotteeseen liittyy paljon jätettä. Vaikka jälkimmäinen voidaan välttää sijoittamalla useita pieniä esineitä kerralla yhdelle levylle.

SLA

Ymmärtääksesi, miten stereolitografia toimii, sinun täytyy kuvitella kylpyamme, joka on täynnä nestemäinen polymeeri. Sen pinnan yli kulkeva lasersäde polymerisoi kerroksen. Kun yksi kerroksista on valmis, alusta laskee osan alas niin, että nestemäinen polymeeri täyttää aukot. Sitten tilanne muuttuu: työkappale nostetaan ylöspäin ja laser asetetaan alaspäin.

Tällä menetelmällä pinta on hiottava ja ylimääräinen materiaali on poistettava. Joskus tulos paistetaan lisäksi UV-uunissa.

Tällaista tulostinta ei pitäisi pitää kotona:

• LENS-tulostustekniikka on ihanteellinen ratkaisu fotopolymeerin myrkyllisyyden vuoksi;
• korkeiden ylläpitokustannusten vuoksi.

SLS

Valikoiva lasersintraus on samanlainen kuin edellä kuvattu prosessi, mutta tässä käytetään fotopolymeerin sijasta laservalettua jauhetta. Työkappaleen rikkoutumisesta tulostusprosessin aikana ei tarvitse huolehtia; tarvikkeina voidaan käyttää terästä, nailonia, pronssia, titaania, keramiikkaa, lasia, valuvahaa ja muita materiaaleja.

Tekniikkaan kuuluu monimutkaisten asioiden luominen. Tämä on ihanteellinen esimerkiksi minkä tahansa prototyypin luomiseen, koruja varten. Paistamaton jauhe tukee ylivuotavia elementtejä – eli erityisiä tukikoteloita ei tarvitse muodostaa.

3DP

3DP-menetelmässä materiaaliin levitetään liimaa, jonka jälkeen levitetään kerros tuoretta jauhetta, ja sitten koko prosessi toistetaan uudelleen. Tuloksena on kipsin kaltainen materiaali (hiekkakivi). Jos tähän liimaan lisätään maalia, saadaan värillisiä esineitä. Teknologia on turvallista koti- ja toimistokäyttöön. Materiaaleiksi soveltuvat lasi-, luu-, kumi- ja jopa sahanpurujauheet.  Voidaan tehdä ja syötävät luvut (käyttäen suklaata tai sokerijauhetta) – vain tässä tapauksessa käytetään erityistä elintarvikeliimaa.

Ei kuitenkaan ilman haittapuolia – lopputulos voi olla karhea ja resoluutio heikko.

Tulostimien luokittelu käytetyn materiaalin tyypin mukaan

Täytetään tekniikkaan määrittää 3d-tulostimien tyypit. Laser Yksiköt sintraavat ja laminoivat jauheen. Jetting Kolmiulotteinen tulostin liimaa käytetyn raaka-aineen kerrokset peräkkäin ja sintteröi ne sitten. Seuraava vaihe on jäähdytys. Tässä voidaan käyttää fotopolymeerimuovia, hartseja, jauheita, silikonia, metallia ja vahakomponentteja. Katso, miten se toimii eri materiaaleissa.

Jauhe

Menetelmän periaate on seuraava:

• Toimitetun mallin perusteella tulostuspää alkaa levittää erityistä sideainetta tiettyihin paikkoihin;
• Jauhe levitetään hienolla telalla ja sintrataan aineen kanssa.
• prosessi toistetaan.

Tällainen laite on varsin realistinen rakenna se omin käsin – Vain oikeat lisävarusteet. Toinen bonus ”säästöpossu” tällaisen koneen – työ jauhemaisen metallin kanssa.

Kipsi

Kipsiversio täytetään myös jauheilla, mutta sopivilla jauheilla – kipsistä kittiin, sementtiin ja vastaaviin. on oltava sidosaine. Tällaisia tulostimia käytetään yleisimmin sisustuksen luomiseen. Täällä voidaan valmistaa monenlaisia tuotteita.

Fotopolymeeri

Tässä tapauksessa nestemäisiä fotopolymeerejä käytetään esineiden valmistukseen. Mielenkiintoinen periaate luvut on tehty. Tietokonemallin avulla suunnattu ultraviolettilaser valaisee tietyt paikat -. Lisäksi ne kovettuvat ultraviolettivalon vaikutuksesta. Tällainen valaistus tehdään erityisesti valmistetun valomaskin avulla – mutta tässä käytetään UV-lamppua. Kuvio muuttuu jokaisen uuden kerroksen myötä.

Jos valitaan stereolitografinen tekniikka, voit nauttia tilavuuspainatuksen korkeasta tarkkuudesta. Ainoa haittapuoli – hidas nopeus, mutta jos tarkkuus on merkityksellinen indikaattori, niin suoritusaika ei kiinnitä huomiota.

Vaha

Tällainen kone tulostaa vahalla – materiaalilla, jolla on alhainen sulamispiste. Tämän kiinteistön lisäbonuksena on se, että sen kanssa on helppo työskennellä. Siksi luotujen ääriviivojen selkeys ja tarkkuus ovat moitteettomia.

Miten väri saadaan aikaan

Eriväristen esineiden valmistamiseksi tekniikassa käytetään erityistä päätä. Niitä on useita kerralla puristimet – Komponentit, jotka kykenevät sulattamaan ja laskeuttamaan käytetyn kuluvan materiaalin.

Useimmiten tällaisia koneita käytetään lasten lelujen valmistuksessa. Toinen tehtävä on design-korujen luominen.

On olemassa toinenkin menetelmä, nimeltään ”sublimaatio”. Tämäntyyppistä tulostinta käytetään silloin, kun kuva (esimerkiksi valokuvasta) on tarpeen siirtää kohokuvioidulle pinnalle. Kuvion luomiseksi väriaineita kuumennetaan tietyissä paikoissa – lämpötilan vaikutuksesta ne haihtuvat ja haluttu kuvio jää jäljelle.

Miten valita 3D-tulostin

Tulostimen valinnassa on ensin päätettävä, mitä tekniikkaa tulostuksessa käytetään. Amatööritason laite, joka on ainoa, jonka keskivertokuluttaja voi potentiaalisesti ostaa, eikä koko yritys, perustuu kehitykseen nimeltä Muovisuihku (PJP), joissakin lähteissä sitä kutsutaan nimellä Fused Deposition Modeling (FDM) tai Fused Filament Fabrication (FFF). Pohjimmiltaan kyse on samasta.

Materiaalityypit amatööritulostusta varten

Tämäntyyppisiin laitteisiin painamiseen käytetään yleensä muovia, jolla on erilaiset ominaisuudet. Se on muovinarua, joka on kelattu kelalle tai leikattu oljiksi. Yleisesti käytetään kahta muovityyppiä: ABS ja PLA.

ABS-muovi Turvallinen, myrkytön, sopii lasten tuotteisiin ja sitä voidaan käyttää lasten läsnä ollessa. Kova ja kestävä. Muovin haittapuolena on, että se menettää ulkonäkönsä auringossa ja kovassa pakkasessa. Sitä käytetään yleisemmin osien ammattimaisessa valmistuksessa.

PLA-muovi (polylaktidi) on hauraampi, ei niin hyvä käytössä. Se on kuitenkin muokattavampi ja tarjoaa enemmän tilaa monimutkaisemmille muodoille. Se on luonnontuote, koska se on valmistettu maissista ja sokeriruo’osta. Ympäristöystävällinen, 100-prosenttisesti biohajoava vaarattomiksi komponenteiksi. PLA:sta valmistetut tuotteet kestävät hankausta, pitävät geometriansa. Näin ollen muovi soveltuu erinomaisesti liikkuviin osiin.  Yleisesti ottaen se on enemmänkin amatööri versio muovi.

Vaihtoehtoiset materiaalit 3D-tulostusta varten

Muovin lisäksi näissä tulostimissa käytetään seuraavia materiaaleja.

1. Ruostumaton teräs. Käytetään vain ammattikäyttöön tarkoitetuissa laitteissa. Se antaa paljon mahdollisuuksia osien valmistukseen.
2. Puu. Ei varsinaista puuta, vaan sitovan polymeerin ja puun lisäaineen seos.  Tämä materiaali on erittäin kallista eikä vaadi mitään erityisiä taitoja. Lämmin koskettaa, ei eroa ulkonäöltään puusta.
3. Hartsi Myös kallista. Sillä voidaan valmistaa erittäin tarkkoja osia, joiden pinnanlaatu on erinomainen – sileä ja kestävä. Hartsi menettää läpinäkyvyytensä, kun se altistuu auringolle.
4. Nylon. Soveltuu erityisesti teollisten ja lääketieteellisten rakenteiden valmistukseen.

Tärkeä! Kun ostat tulostusmateriaalia, huomioi, että puolan muodon ja narun paksuuden on vastattava tulostimen suorituskykyominaisuuksia.

3D-tulostimien ominaisuudet

Jos haluat valita tulostimen tai tehdä analyysin johtavan tulostimen tunnistamiseksi, sinun on ymmärrettävä, mitkä ovat laitteiden tärkeimmät ominaisuudet.

1. Tulostettava alue. Tämä parametri määrittelee osamäärän enimmäismäärän, joka voidaan valmistaa tietyllä koneella. Se mainitaan asiakirjoissa tai kuutiomäärässä.cm tai lineaariset ulottuvuusrajat millimetreinä.
2. Tulostusresoluutio (kerros). Tämä on sen kerroksen paksuus, jolla materiaali levitetään. Mitä korkeampi resoluutio, sitä ohuempi muovi, sitä hiljaisemmat reliefit, sitä parempi pinta… Jos tämä arvo on pienempi, yksityiskohdat ovat ”kömpelömpiä”, ilman hienoja yksityiskohtia. Joissakin laitteissa käyttäjä voi asettaa tämän parametrin.
3. Ekstruuderi. Se on tulostimen käyttöyksikkö, joka vastaa materiaalin valmistelusta (lämmittämisestä) ja annostelusta. Muovi (tai muu raaka-aine) pehmenee korkeissa lämpötiloissa suuttimessa ja syötetään tulostimeen (pursotetaan). Tämä kokoonpano sisältää itse suuttimen, narukuljettimen (muovifilamentti), lämpötilan säätimen ja jäähdytysmekanismin. 3D-tulostimet, joissa on yksi ekstruuderi per läpivienti, voivat työskennellä vain yhdellä filamentilla. Jotta moniväritulostus olisi mahdollista, laitteessa on oltava vähintään 2-3 pursotinta. Teollisuuslaitteissa on mahdollista valita yksi yksikkö, jossa on kaksi suutinta. Se on kallista, eikä sitä ole varustettu kuluttajalaitteissa.
   

   3D-tulostin, jossa on kaksi pursotinta

4. Tulostimet voivat muodostaa yhteyden ulkoisiin laitteisiin (tietokone, älypuhelin tai vain ulkoinen muisti) USB:n ja/tai Wi-Fi:n kautta. Ei aina toiminnan edellytys.
5. Tulostimen laiteohjelmisto (ohjelmisto). Se on oletusarvoisesti esiasennettu. Se vastaa asiakirjojen tunnistamisesta, käsittelystä stl-muodossa myöhempää tulostusta varten. Nämä tiedostot luodaan ammattikäyttöön tarkoitetuissa ohjelmissa, kuten Sketchup ja Autodesk Inventors Fusion.
6. Lisäominaisuudet. Ergonomia, muotoilu ja muut yksityiskohdat eivät haittaa tulostimen työnkulkua, mutta usein ne määräävät sen kustannukset.

3D-tulostimet voidaan toimittaa itsenäisenä laitteena (koottuna) tai rakennussarjana (DIY). Toinen vaihtoehto maksaa huomattavasti vähemmän.

Yhteenvetona

3D-tulostus houkuttelee suurta määrää ihmisiä, jotka ovat kiinnostuneita siitä henkilökohtaisen uteliaisuutensa vuoksi tai tuotantotarkoituksiin. Niille, joilla ei ole kokemusta alalta, ei ole vaikeaa oppia volumetrisen tulostuksen taidetta sekä virtuaalisilla että todellisilla kursseilla. Tärkeämpää on toinen: mitä erityisiä tarkoituksia varten ostaa tällaisen koneen. Oikea priorisointi yhdistettynä sovelluksessa käytettävän tekniikan tuntemukseen mahdollistaa tekniikan täyden hyödyntämisen.