Τι είναι η τρισδιάστατη εκτύπωση;

τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια διαδικασία παραγωγής που δημιουργεί ένα τρισδιάστατο, φυσικό αντικείμενο από ένα ψηφιακό αρχείο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται πρόσθετη κατασκευή, που σημαίνει ότι το υλικό προστίθεται, δεν αφαιρείται.

Με την τρισδιάστατη εκτύπωση, δημιουργείτε ένα τρισδιάστατο ψηφιακό σχέδιο σε α πρόγραμμα μοντελοποίησης, γνωστός ως Λογισμικό CADκαι, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή για να δημιουργήσετε στρώματα υλικού για να σχηματίσετε το έτοιμο αντικείμενο. Επιχειρήσεις, ερευνητές, επαγγελματίες υγείας, χομπίστες και άλλοι χρησιμοποιούν τρισδιάστατη εκτύπωση για μια σειρά εφαρμογών.

Ακολουθεί μια ματιά στο πώς δημιουργήθηκε η τρισδιάστατη εκτύπωση, πώς λειτουργεί, σε τι χρησιμοποιείται και τι επιφυλάσσει το μέλλον για αυτήν την τεχνολογία.

Η ιστορία (και το μέλλον) της τρισδιάστατης εκτύπωσης

Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, εμφανίστηκε η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης, αλλά ήταν γνωστή ως τεχνολογία ταχείας πρωτοτυποποίησης ή RP. Το 1980, ο Δρ Kodama της Ιαπωνίας υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τεχνολογία RP, αλλά η διαδικασία δεν ολοκληρώθηκε.

Το 1984, ο Charles "Chuck" Hull εφηύρε μια διαδικασία που ονόμασε στερεολιθογραφία, η οποία χρησιμοποιούσε το υπεριώδες φως για να στερεοποιήσει το υλικό και να δημιουργήσει ένα τρισδιάστατο αντικείμενο στρώμα προς στρώμα. Το 1986, ο Χαλ έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη συσκευή στερεολιθογραφίας του ή τη μηχανή SLA.

Άλλες διαδικασίες και τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης αναπτύχθηκαν περίπου την ίδια περίοδο και περαιτέρω βελτιώσεις συνεχίστηκαν κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1990 και των αρχών της δεκαετίας του 2000. Ωστόσο, η πρωταρχική εστίαση της τεχνολογίας 3D εκτύπωσης ήταν η δημιουργία πρωτοτύπων και οι βιομηχανικές εφαρμογές.

Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης άρχισε να γίνεται αντιληπτή από τα κυρίαρχα μέσα ενημέρωσης το 2000, όταν δημιουργήθηκε ο πρώτος νεφρός με τρισδιάστατη εκτύπωση, αν και η επιτυχημένη μεταμόσχευση τρισδιάστατου νεφρού δεν έγινε παρά το 2013. Το 2004, το RepRap Project είχε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή που εκτύπωσε έναν άλλο τρισδιάστατο εκτυπωτή. Περισσότερη προσοχή των μέσων ενημέρωσης τράβηξε το 2008 με το πρώτο 3D εκτυπωμένο προσθετικό μέλος.

Άλλες 3D πρόοδοι ακολούθησαν γρήγορα, συμπεριλαμβανομένου ενός τρισδιάστατου εκτυπωμένου σπιτιού στο οποίο μετακόμισε μια οικογένεια το 2018.

Σήμερα, η τρισδιάστατη εκτύπωση δεν αφορά μόνο τα πρωτότυπα και τη βιομηχανική κατασκευή. Οι χομπίστες, οι επιστήμονες και όλοι οι ενδιάμεσοι χρησιμοποιούν τρισδιάστατη εκτύπωση για την κατασκευή προϊόντων, καταναλωτικά αγαθά, ιατρικές εξελίξεις, εκπαιδευτικό υλικό και πολλά άλλα. Γίνεται γρήγορα πιο χρήσιμο για τον καθημερινό καταναλωτή.

Oscar Adelman, Διευθύνων Σύμβουλος της Ρέμι, λέει ότι η διαδικασία γίνεται πιο δημοφιλής στην οδοντιατρική βιομηχανία, για παράδειγμα. Η ακρίβεια της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι απίστευτα εντυπωσιακή και μπορεί να βοηθήσει τους οδοντιατρικούς πελάτες να εξοικονομήσουν έως και 80 τοις εκατό σε προϊόντα σε σύγκριση με την παραδοσιακή τιμολόγηση του οδοντιατρείου.

«Καθώς η τεχνολογία εκτύπωσης γίνεται ταχύτερη, φθηνότερη και πιο συνηθισμένη, θα δούμε βιομηχανίες όπως ο οδοντιατρικός τομέας να βασίζονται περισσότερο στην τεχνολογία για τις καθημερινές επεμβάσεις», λέει.

Πώς λειτουργούν οι 3D εκτυπωτές

Υπάρχουν διάφοροι τύποι τεχνολογιών τρισδιάστατης εκτύπωσης, συμπεριλαμβανομένου του Fused Deposition Modeling (FDM), γνωστό και ως Fused Filament Fabrication (FFF). Η FDM είναι η πιο κοινή και δημοφιλής μέθοδος και χρησιμοποιείται στους περισσότερους οικονομικούς τρισδιάστατους εκτυπωτές.

Η μέθοδος εκτύπωσης FDM χρησιμοποιεί ένα νήμα από πλαστικό υλικό, λίγο σαν κορδόνι. Το νήμα τροφοδοτείται από ένα ρολό σε μια θερμαινόμενη κεφαλή, η οποία λιώνει το πλαστικό. Η κεφαλή εξωθεί το λιωμένο πλαστικό πάνω στο κρεβάτι του μηχανήματος. Το κεφάλι κινείται πάνω από το κρεβάτι, σε 2D, εναποθέτοντας το πρώτο στρώμα υλικού.

Μόλις ολοκληρωθεί η πρώτη στρώση, η κεφαλή μετακινείται προς τα πάνω κατά το πάχος της πρώτης στρώσης και εναποθέτει την επόμενη στρώση από πάνω. Το μέρος σχηματίζεται στρώμα-στρώμα, όπως το ψήσιμο μιας φρατζόλας ψωμιού φέτα-φέτα.

Οι δημοφιλείς εκτυπωτές 3D FDM περιλαμβάνουν MakerBot και Ultimaker.

Παράδειγμα Τρόπου Χρήσης Εκτυπωτή 3D

Ακολουθεί μια ματιά στο πόσο απλή μπορεί να λειτουργήσει η τρισδιάστατη εκτύπωση σε έναν εκτυπωτή FDM.

1. Κατεβάστε ένα τρισδιάστατο μοντέλο που θέλετε να εκτυπώσετε ή σχεδιάστε ένα μόνοι σας.

   Βρείτε μοντέλα με δυνατότητα λήψης στο Thingiverse ή GrabCAD. Για να σχεδιάσετε ένα μοντέλο μόνοι σας, δοκιμάστε SketchUp ή Μίξερ. Για εξαρτήματα μηχανικής, δοκιμάστε το λογισμικό CAD όπως π.χ SolidWorks.

2. Εάν δεν είναι ήδη, μετατρέψτε το μοντέλο σε μορφή τρισδιάστατης εκτύπωσης, όπως π.χ αρχείο STL.

3. Εισαγάγετε το μοντέλο σε λογισμικό κοπής, όπως π.χ MakerWare, Cura, ή Απλοποιήστε το 3D.

   Το MakerWare λειτουργεί με εκτυπωτές MakerBot 3D. Το Cura και το Simplify 3D παράγουν G-code, ο οποίος λειτουργεί με τους περισσότερους τρισδιάστατους εκτυπωτές.

4. Διαμορφώστε το build στο λογισμικό κοπής. Αποφασίστε πώς να προσανατολίσετε το μοντέλο στον τρισδιάστατο εκτυπωτή. Για FDM, ελαχιστοποιήστε τις προεξοχές πιο απότομες από 45 μοίρες επειδή απαιτούν δομές στήριξης.

   Όταν αποφασίζετε για τον προσανατολισμό, σκεφτείτε πώς θα φορτωθεί το μοντέλο, ώστε τα επίπεδα να μην διαχωρίζονται εύκολα.

   

   Για εξοικονόμηση χρόνου και υλικών, τα μοντέλα γενικά δεν είναι σταθερά. Προσδιορίστε το ποσοστό πλήρωσης (συνήθως 10 έως 35 τοις εκατό), τον αριθμό των περιμετρικών στρώσεων (συνήθως 1 ή 2) και τον αριθμό των κάτω και επάνω στρωμάτων (συνήθως 2 έως 4). Υπάρχουν άλλα πράγματα που πρέπει να λάβετε υπόψη πότε προετοιμασία μοντέλου για τρισδιάστατη εκτύπωση.

5. Εξαγάγετε το πρόγραμμα, το οποίο είναι συνήθως ένα αρχείο G-code. Το λογισμικό κοπής μετατρέπει το μοντέλο και τη διαμόρφωση κατασκευής που καθορίσατε σε ένα σύνολο οδηγιών. Ο τρισδιάστατος εκτυπωτής ακολουθεί αυτό για την κατασκευή του εξαρτήματος.

6. Μεταφέρετε το πρόγραμμα στον εκτυπωτή 3D χρησιμοποιώντας κάρτα SD, USB ή Wi-Fi.

7. Εκτυπώστε το μοντέλο στον τρισδιάστατο εκτυπωτή.

   

8. Όταν ο τρισδιάστατος εκτυπωτής ολοκληρώσει την κατασκευή του μοντέλου, αφαιρέστε το και, ενδεχομένως, καθαρίστε το. Σπάστε τυχόν δομές στήριξης και τρίψτε τυχόν εναπομείναντα κομμάτια με λεπτό γυαλόχαρτο.

Άλλοι τύποι μηχανών τρισδιάστατης εκτύπωσης

Εκτός από τους εκτυπωτές FDM, οι μέθοδοι τρισδιάστατης εκτύπωσης περιλαμβάνουν επίσης στερεολιθογραφία (SLA), Digital Light Processing (DLP), Επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ (SLS), επιλεκτική τήξη λέιζερ (SLM), κατασκευή πολυστρωματικών αντικειμένων (LOM) και ψηφιακή δέσμη Τήξη (EBM).

Η SLA είναι η παλαιότερη τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα. Το DLP χρησιμοποιεί φωτισμό καθώς και πολυμερή, ενώ το SLS χρησιμοποιεί ένα λέιζερ ως τροφοδοτικό για τη δημιουργία ισχυρών 3D εκτυπωμένων αντικειμένων. Τα SLM, LOM και EBM έχουν σε μεγάλο βαθμό πέσει σε δυσμένεια.

Το μέλλον της τρισδιάστατης εκτύπωσης

Θα οδηγήσει η τρισδιάστατη εκτύπωση σε ένα μέλλον προϊόντων κατά παραγγελία, εξατομικευμένων προϊόντων που θα κατασκευαστούν άμεσα σύμφωνα με τις ακριβείς προδιαγραφές μας; Αν και αυτό παραμένει ασαφές, η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης αναπτύσσεται ραγδαία και χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση σπιτιών, οργάνων του σώματος, όπως νεφρών και άκρων, και άλλες εξελίξεις έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν τις ζωές ανείπωτων ανθρώπων σε όλο τον κόσμο.