Mi az a 3D nyomtató

A modern világ egyik legígéretesebb trendje a háromdimenziós objektumok 3D nyomtatással történő létrehozása. A nyomtatási technológia meglehetősen összetett és részletes termékek létrehozását teszi lehetővé. A 3D nyomtatás ma már nemcsak a gyártási telephelyeken, hanem otthon is lehetséges, ehhez elég egy 3D nyomtató vásárlása.

Mi az a 3D nyomtató?

A háromdimenziós nyomtató egy olyan eszköz, amely képes objektumok létrehozására létrehozott digitális 3D modellek alapján. A termékeket az anyag rétegenkénti felhordásával állítják elő. Alapként hőre lágyuló és fotopolimer gyanták kerülnek felhasználásra, de a technológia fejlődésével nő az alapanyagként felhasznált anyagok száma.

A gyártási folyamat így néz ki:

1. A 3D-s modell létrehozásának folyamata zajlik, i.e. minden arány megtartása mellett kialakul a leendő termék vizuális képe. A modell speciális szoftverrel készül.
2. A modell létrehozása után fel kell dolgozni a fájlt. A feldolgozás a fájl digitális kóddá alakításából áll, amely a teljes modellt több párhuzamos rétegre osztja. Ily módon parancsok generálódnak a 3D eszköz számára, amely szétosztja az anyagot az objektum létrehozásához.
3. Az utolsó szakasz a termék 3D nyomtatása, azaz. a termék létrehozásának folyamata az anyag rétegenkénti felhordásával.A folyamatot egy nyomtatófej (extruder) segítségével hajtják végre, amely a 0Y és 0X tengelyek mentén mozog, azaz. az anyagot csak a vízszintes sík mentén adagoljuk a réteg programkódjának megfelelően. A következő réteg felhordásához az extruder a függőleges vezető mentén (a 0Z tengely mentén) a réteg méretével megegyező távolságra mozog. Ezután elkezdődik a következő vízszintes réteg felhordása.

Referencia: A nyomtatási folyamat a gyártási technológiától függően eltérő lehet, de a termékek létrehozásának általános folyamata az anyag rétegenkénti felhordásából áll.

A 3D nyomtatók típusai

Az eszközöket a nyomtatási folyamat egyediségétől függően osztják fel, pl. az alkalmazott technológiáról. A leggyakoribb nyomtatási módszerek az FDM (Fused Deposition Modeling) és az SLA (lézeres sztereolitográfia).

Az irányított modellezési technológia az egyik elsőként megjelenő nyomtatási módszer. A hőre lágyuló műanyagot anyagokként használják tárgyak készítésére, amelyek kötőtűk vagy orsón lévő szálak formájában készülnek. A nyomtatási módszer a következő:

1. Az orsót vagy az izzószálat az extruderbe kell beszerelni. A fűtőberendezés hatására az anyag olvadni kezd, és a csatornán keresztül a munkafelületre áramlik.
2. Az extruder meghatározott koordináták mentén mozog egy digitális kódnak megfelelően. A gyártás a vízszintes síkhoz képest rétegekben történik.
3. A komplex termékek gyártása során két anyagot használnak: fő és segédanyagot. A termék alapanyag felhasználásával készül. A segédanyag ideiglenes támasztékok létrehozására, valamint a termék üregének kitöltésére szolgál. MertA nyomtató nem képes ok nélkül a levegőben lévő tárgyat nyomtatni.

Referencia: A segédanyagot ezt követően speciális oldószerrel eltávolítják, vagy könnyen letörik.

Az FDM technológiával készült termékek jó mechanikai és kémiai szilárdsággal rendelkeznek. Ezeket a tulajdonságokat ipari minőségű hőre lágyuló műanyagok használatával érik el. Ez a technológia könnyű és otthoni használatra is alkalmas.

Az SLA-technológiák vagy a sztereolitográfia folyékony fotopolimer gyantákat használnak a termékek nyomtatására, amelyek lézeres energiaforrás hatására megkeményednek. Ezzel a módszerrel a termékek nagy pontossággal rendelkeznek (akár 15 mikronig). Az objektumok nyomtatása a következőképpen történik:

1. A munkafelületet egy réteg mélységig fotopolimer folyadékkal ellátott tartályba engedjük le;
2. Az energiaforrás (lézer) az objektum alakját a megadott tárgykoordinátáknak megfelelően vágja;
3. Polimerizációs folyamat megy végbe, amelynek eredményeként az érintkezési pontokon keményedés következik be;
4. Az eljárást minden rétegnél megismételjük, amíg az objektum létre nem jön;
5. A gyártás után a modellt speciális oldattal ellátott tartályba merítik, hogy megtisztítsák a segédelemektől;
6. Az utolsó szakasz az ultraibolya besugárzás a termékképződés folyamatának felgyorsítása érdekében.

A sztereolitográfia az egyik legmodernebb technológia, de drága anyagokat igényel. Vannak kevésbé ismert nyomtatási típusok is:

Az SlS (szelektív lézeres szinterezés) az objektum létrehozásának elve az, hogy a munkaterületre por alakú vékony anyagréteget juttatunk, amelyet lézer hatására szinterezünk.Ennek a módszernek a fő előnye, hogy nincs szükség kiegészítő elemek használatára, de további hőkezelést igényel. Háztartási körülmények között nem használható.

EBM (elektronsugaras olvadás). A technológia hasonló a szelektív lézeres szintereléshez, de a termék vákuumban készül, és nem igényel további hőkezelést.

A háromdimenziós nyomtatáshoz 3D toll is tartozik. Működési elve hasonló az FDM technológiához, de miniatűrebb megjelenésű, és háromdimenziós hatású rajzok készítésére szolgál.

Mit tud egy 3D nyomtató?

Ma a 3D nyomtatást az élet szinte minden területén alkalmazzák. Vannak példák kulináris ételek készítésére 3D nyomtatással. Bármilyen bonyolultságú részek létrejönnek a bonyolultabb struktúrákhoz minden iparágban. De a legrelevánsabb és legszükségesebb terület továbbra is az orvostudomány.

Számos cég fejleszt olyan szerves modellanyagokat, amelyek gyakorlatilag helyettesíthetik a természetes anyagokat. A 3D nyomtatás az ízületek pótlása terén is segíthet. A háromdimenziós gyártás leggyakoribb alkalmazása a fogászatban. Orgonamodellek készítéséhez a protézisek mellett nyomtatókat használnak. A 3D nyomtatási lehetőségek egyre bővülnek, és napról napra hozzáférhetőbbé válnak.

A 3D nyomtatók nemcsak az embereken, hanem az állatokon is segítenek. Az egyik leghíresebb eset egy erdőtűzben megsérült teknősnek egy kagyló létrehozása. Így az új kagyló megmentette az állat életét, és sok ilyen eset van. Egy másik egyedi eset az elefánt lábprotézise. Az eset egyedisége abban rejlik, hogy az elefántok protézisei gyakorlatilag nem készülnek az állat nagy súlya miatt.

A modern nyomtatási technológia lehetővé teszi akár egy egész épület létrehozását. A kis ház (37 négyzetméter) megépítése mindössze 24 órát vett igénybe a kutatóknak, és fele annyiba került, mint a hagyományos módszer.