3D ispis, poznat i kao aditivna proizvodnja, može se ispisivati sloj po sloj kroz unaprijed zadane postupke i digitalne modele, korištenjem raspršivanja praha i drugih metoda, te u konačnici dobiti trodimenzionalne proizvode visoke preciznosti. U usporedbi s konvencionalnim ravnim ispisom, 3D ispis može pružiti trodimenzionalne trodimenzionalne modele; u usporedbi s uobičajenom obradom, 3D ispis ima viši stupanj preciznosti i automatizacije. Temelji se na gore navedenim prednostima, tako da tehnologija 3D ispisa u kratkom vremenskom razdoblju promiče korištenje brzih. Naravno, tehnologija se također suočava s mnogim izazovima koje treba prevladati, kao što su materijal, oprema, industrijski standardi. Tržišna perspektiva 3D ispisa je široka, u razumijevanju i korištenju tehnologije 3D ispisa, na temelju tehnologije 3D ispisa, i aktivno istražuje strategija inovacije i optimizacije tehnologije 3D ispisa također je postala popularna tema istraživanja.
1.3D ispis Osnovni principi i tehničke karakteristike
3D ispis, kao vrhunska tehnologija u području industrijske proizvodnje, kombinira različite tehnologije, uključujući tehnologiju slojevite proizvodnje, strojarstvo, CNC tehnologiju, CAD, lasersku tehnologiju, tehnologiju obrnutog inženjeringa, znanost o materijalima itd. Može izravno , brzo, automatski i točno transformirati dizajn elektroničkog modela u prototip s fiksnom funkcijom ili izravno proizvoditi dijelove, čime se osigurava jeftina i učinkovita metoda za proizvodnju prototipova dijelova i provjeru novih dizajnerskih ideja. Osnovni princip tehnologije 3D ispisa je inverzni proces od tomografije. Tomografija je nešto "izrezano" u bezbroj naslaganih kriški, 3D ispis je kroz kontinuiranu superpoziciju fizičkog sloja, sloj po sloj za povećanje materijala za generiranje trodimenzionalne čvrste tehnologije, tako da je tehnologija proizvodnje 3D ispisa također poznata kao "tehnologija aditivne proizvodnje".
U usporedbi s tradicionalnom tehnologijom ispisa i proizvodnim procesom, karakteristike 3D ispisa su koncentrirane u sljedećim aspektima: prvo, jednokratni završetak ispisa, bez potrebe za ponovnim rezanjem, brušenjem, pojednostavljenje procesa proizvodnje proizvoda, skraćivanje proizvodni ciklus. Tehničari trebaju unaprijed dobiti trodimenzionalne koordinate i strukturne karakteristike proizvoda, a zatim koristiti određeni softver na računalu za generiranje trodimenzionalnih modela, te na kraju pomoću računalno upravljanih 3D pisača dovršiti ispis i proizvodnju proizvoda. , istinski shvaćajući "ono što vidiš to i dobiješ". Drugo, trošak je niži, posebno u masovnoj proizvodnji, u usporedbi s tradicionalnom preradom, a proizvodnja ima značajnije troškovne prednosti. Sa stajališta načina proizvodnje, tehnologija 3D ispisa treba samo dobiti trodimenzionalne koordinate proizvoda i može se dizajnirati trodimenzionalni model proizvoda, ostatak posla automatski obavlja oprema, samo jedna osoba može biti dovršena, troškovi rada i vremena su niski. Konačno, stupanj preciznosti proizvoda je viši, posebno u proizvodnji preciznih dijelova, točnost proizvoda dobivenih 3D ispisom može doseći razinu 0.01 mm, a podrška za 32-bitnu boju tiskanje.
Oprema, materijali i tehnologija tri su temeljna elementa 3D ispisa. Što se tiče opreme, to uglavnom uključuje 3D pisače, 3D skenere, 3D laserske gravere, laserske tragače itd.; u pogledu materijala, najčešće korišteni materijali uključuju fotoosjetljive smole, plastični prah, koštani prah, PLA, itd.; u smislu tehnologije, uključuje različite ključne tehnologije, kao što su 3DP tehnologija, FDM tehnologija zataloženog taloženja (FDM) i SLA laserska tehnologija polimerizacije. Metode rada, osnovni principi i prednosti primjene ovih tehnologija prilično su različiti, kako slijedi.
2. 3DP tehnologija ispisa
Tehnologija trodimenzionalnog ispisa (3DP) je najčešće korištena metoda 3D ispisa u ovoj fazi. Oprema koja se koristi je standardni inkjet pisač, koji se može prilagoditi različitim materijalima za ispis u prahu, kao što su keramički prah, plastični prah i koštani prah. Nakon predprogramiranja i modeliranja, pod kontrolom računalnih naredbi postavlja se sloj praha, a zatim se mlaznica pomiče za prskanje ljepila kroz mlaznicu na definirano područje, tako da se praškasti materijali međusobno povezuju. Nakon završetka prvog sloja tiska, možete dobiti prototip proizvoda, a zatim nastaviti ponavljati gore navedene korake, nakon mnogo nanošenja praha, prskanja, lijepljenja, te na kraju dobiti željeni proizvod. Ako trebate tiskati proizvode u boji, možete odabrati odgovarajuće vezivo u boji.
SLA je napravljen od fotoosjetljive smole, tekućeg materijala koji pod zračenjem UV svjetlosti određene valne duljine (x=325nm) i intenziteta (w=30mw) može brzo proći reakciju fotopolimerizacije, molekularnu težina materijala dramatično raste, a materijal prelazi iz tekućeg u čvrsto stanje. Spremnik za tekućinu prvo će se napuniti tekućom fotoosjetljivom smolom, helij-kadmijevim laserom ili argonskim ionskim laserom koje emitira UV laserska zraka u računalu pod manipulacijom izratka prema slojevitosti podataka poprečnog presjeka u skeniranju površine tekuće fotoosjetljive smole liniju po liniju i točku po točku, što čini područje skeniranja sloja smole za polimerizaciju i stvrdnjavanje od formiranja tankog sloja izratka. Nakon što je sloj očvrsnuo, stol se pomiče prema dolje za jedan sloj i nanosi se novi sloj tekuće smole na prethodno očvrslu površinu smole dok se ne dobije 3D čvrsti model.
Oprema koja se koristi u SLS procesu uključuje lasere, zrcala za skeniranje i valjke za izravnavanje. Tehnički postupak je sljedeći: prije svega, položite sloj odgovarajuće debljine praškastog materijala na radni stol, dajući prednost fotoosjetljivoj smoli, parafinskom prahu, plastičnom prahu, općenito ne koristite keramički prah, metalni prah. Zatim unaprijed postavite program, pročitajte model, u uputama za upravljanje računalom, laser će poslati lasersku zraku, a kroz ogledalo za skeniranje zračenje praškastog materijala na stolu. Budući da laser ima vrlo visoku energiju, on će sinterirati praškasti materijal, prvo formirajući vanjsku konturu proizvoda, a zatim nastaviti s polaganjem praha, sinterirajući prah izvana prema unutra, i nakon mnogo puta polaganja praha, mnogo puta sinteriranja, konačno formiranje željenog proizvoda. U usporedbi s gore navedenim metodama 3D ispisa, tehnologija selektivnog laserskog sinteriranja temeljena na SLS-u relativno je jednostavna, a brzina proizvodnje proizvoda je brža. Međutim, ova tehnologija također ima nedostatke, kao što su selektivni materijali za ispis, metalni prah, keramički prah u procesu sinteriranja treba potrošiti više energije, što će dovesti do povećanja troškova, tako da za metal, keramiku kao glavne materijalne proizvode, nije prikladno odabrati ovu tehnologiju.
Ova tehnologija ima neke sličnosti s gore opisanom tehnologijom SLA stereo plošnog ispisa, a glavna razlika je korištenje DLP-a (Digital Light Processor). Nakon pripreme tekućeg fotopolimera, visoko precizni digitalni svjetlosni procesor postavlja se izravno iznad materijala, a tehničar podešava opremu, pomiče svjetlosni snop na (0.0) koordinatu i dovršava zračenje pod kontrolom računalnih uputa, tako da se tekući materijal postupno stvrdnjava. Proces stvrdnjavanja svjetlom također je stvrdnjavanje sloj po sloj, ali je brzina stvrdnjavanja brža i veća je preciznost oblikovanja proizvoda. Osim toga, ima prednost u odnosu na druge tehnologije 3D ispisa u pogledu glatkoće površine. Međutim, postoje nedostaci, kao što je visoka čistoća tekućeg fotopolimera, koji mogu negativno utjecati na performanse konačnog proizvoda ako se pomiješa s nečistoćama.
LOM proces koristi tanki list materijala, poput papira ili plastične folije. Površina lima je prethodno premazana toplim ljepilom. Tijekom obrade, valjak za vruće prešanje vruće preša list kako bi ga povezao s oblikovanim izratkom ispod; CO2 laser koristi se za izrezivanje konture poprečnog presjeka dijela i vanjskog okvira izratka na novom sloju koji je upravo zalijepljen, te za izrezivanje gornje i donje poravnate mreže u suvišnom području između konture poprečnog presjeka i vanjski okvir; nakon što su laserski rezovi dovršeni, radni stol spušta obradak kako bi ga odvojio od trake (traka materijala); mehanizam za opskrbu materijalom okreće os preuzimanja i os dovoda materijala kako bi pomaknuo traku materijala tako da konačni proizvod nema negativne performanse. Mehanizam za uvlačenje rotira osovinu za namatanje i os za uvlačenje, tjerajući materijalnu traku da se pomiče, tako da se novi sloj pomiče u područje obrade; radni stol se diže do ravnine obrade; vrući tlačni valjak vrući pritisak, broj slojeva izratka se povećava za jedan sloj, a visina se povećava za jednu debljinu materijala; a zatim reže konturu presjeka na novom sloju. Ovo se ponavlja sve dok se svi dijelovi dijela ne spoje i izrežu, što rezultira čvrstim dijelom proizvedenim u slojevima.
PCM je nova tehnologija 3D ispisa koju je razvilo Sveučilište Tsinghua 2013. Operativni proces je sljedeći: prvo se CAD model dijela nacrta u računalu, a zatim se parametri modela spremaju u obliku STL datoteka . CAD model se pretvara u model lijevanja prema modelu dijela. Slojevi od vrha do dna, korištenje opreme za skeniranje, skeniranje sloj po sloj, nakon završetka modela skeniranja trodimenzionalnih koordinata, a zatim počnite od dna prema vrhu pijeska, lijepljenja. U procesu lijevanja korištene su dvije mlaznice, jedna za ubrizgavanje veziva, a druga za ubrizgavanje katalizatora. Dva materijala se raspršuju istovremeno, a nakon kontakta dolazi do koloidne reakcije, stvarajući jak sloj materijala. Nakon završetka prvog sloja, redom se izvode drugi i treći sloj do dobivanja konačnog proizvoda.
3. Područja primjene i ograničenja tehnologije 3D ispisa
Od pojave prvog komercijalnog 3D pisača 1986. godine, tehnologija 3D ispisa razvijala se tek više od 30 godina, ali je široko korištena u mnogim područjima kao što su građevinarstvo, medicina i zrakoplovstvo. U građevinskoj industriji tehnologija 3D ispisa kombinira se s BIM tehnologijom za izradu 3D modela zgrade u računalu i zatim ga ispisuje. Kroz 3D trodimenzionalne modele zgrada pruža se tehnička podrška u prikazu zgrada, referentnim konstrukcijama itd. U medicinskoj industriji, tehnologija 3D ispisa koristi se za proizvodnju simuliranih umjetnih kostiju, s idealnom kliničkom primjenom. Osim toga, liječnici također mogu koristiti tehnologiju 3D ispisa za izradu patoloških modela, kirurške preglede u simuliranim situacijama, dizajnirati kirurške programe i poboljšati stopu uspješnosti operacije. U području zrakoplovstva, upotrebom 3D ispisa mogu se proizvesti dijelovi visoke preciznosti koji zadovoljavaju standarde dizajna i zahtjeve uporabe, kao što su lopatice turbina motora, integrirane mlaznice za gorivo itd., što također pozitivno pridonosi poboljšanju ukupnih performansi svemirskih letjelica. Osim toga, kao što je proizvodnja injekcijskih kalupa u industrijskoj proizvodnji, kao i proizvodnja personalizirane robe široke potrošnje itd., sa zrelošću tehnologije 3D ispisa i smanjenjem troškova upotrebe, također se promiču jedan za drugim. .
Tehnologija 3D ispisa u promicanju i korištenju procesa ne samo da ističe snažne prednosti aplikacije, već se također suočava s više ograničenja. S gledišta trenutnog stupnja tehničkih uvjeta, čimbenici koji ograničavaju razvoj i promociju 3D ispisa uglavnom uključuju sljedeće: Prvo, materijal. Kroz gornju analizu, može se vidjeti da su trenutni materijali za 3D ispis uglavnom fotoosjetljive smole, keramika, parafin i tako dalje. U kontekstu širenja područja primjene, ograničeni broj materijala očito ne može zadovoljiti zahtjeve u nekim novim područjima. Na primjer, nemoguće je koristiti metalne i legirane materijale za 3D ispis, što nameće ograničenja u njegovoj primjeni. Osim toga, cijena materijala je relativno skupa, u serijskom tisku, visoka cijena također je ograničavajući faktor. Drugo, što se tiče opreme, cijena opreme se mora smanjiti ako se želi potpuna komercijalizacija tehnologije 3D printanja. U ovoj fazi cijena običnog 3D printera je oko 5,000 yuana, a ako postoje veći zahtjevi za preciznošću, cijena opreme se kreće od 10,000 do nekoliko desetaka tisuća . To je još uvijek velika potrošnja za obične korisnike, što koči punu popularnost 3D printanja.
Trend razvoja tehnologije 4.3D printanja
Tehnologija 3D ispisa ima široke izglede za razvoj, u kontekstu rastućeg tržišnog razmjera, kako bi se 3D ispis mogao standardizirati i industrijalizirati, potrebno je ojačati dizajn na najvišoj razini i zdrave industrijske standarde. Od strane relevantnih vladinih odjela, ili autoriteta industrije, što je prije moguće pripremiti i uvesti jedinstveni sustav standarda, uključujući standarde proizvodnje materijala, standarde za istraživanje i razvoj opreme, standarde za ocjenu tehnologije. Sa savršenim standardnim sustavom, razvoj tehnologije 3D ispisa pruža snažno jamstvo. Na primjer, posljednjih su godina mnoge istraživačke jedinice provele dubinska istraživanja nanomaterijala, polimernih kompozita i materijala s funkcionalnim gradijentom. Nakon implementacije jedinstvenog standarda regulirat će se parametri i standardi raznih vrsta materijala, a pri kupnji materijala za 3D ispis provjeravat ćemo jesu li usklađeni sa specifikacijama standarda kako bismo stali na kraj niskim cijenama. kvalitetne, "kućne" materijale i osigurati izvedbu i kvalitetu tiskanih proizvoda.
Trenutačno, tehnologija 3D ispisa zahtijeva visok stupanj specijalizacije u dizajnu proizvoda i obradi parametara kada se primjenjuje. Osim što povećava opterećenje osoblja, donosi i problem visokog ulaznog praga. Stoga će se s razvojem AI tehnologije i tehnologije velikih podataka budućnost tehnologije 3D ispisa razvijati u smjeru inteligencije i jednostavnosti, pružajući korisnicima bolje iskustvo. Konkretan razvojni put uključuje dva aspekta: jedan je hardver, odnosno oprema za 3D ispis. Osim daljnjeg smanjenja cijene opreme, također bi trebala pružiti humanije funkcije, kao što su funkcije vizualizacije, kako bi se prikazao cijeli proces 3D ispisa, korisnici mogu prilagoditi parametre ispisa u bilo kojem trenutku prema zaslonu u stvarnom vremenu, što je pogoduje dobivanju željenih tiskarskih proizvoda; drugi je softver koji pruža softver za dizajn, softver za kontrolu ispisa i drugi funkcionalni softver za podršku više vrsta potreba za ispisom.
Oprema za ispis i materijali za ispis ključni su za primjenu i razvoj tehnologije 3D ispisa. Istraživanje i razvoj pogodan za potrebe 3D ispisa više vrsta materijala, ali i postati sljedeći korak u razvoju ove tehnološke inovacije je važno. Osim češće korištenih fotoosjetljivih smolastih materijala, očekuje se da će polimerni praškasti materijali, kao što su parafinski praškasti materijali, praškasti materijali za premazivanje, metalni praškasti materijali, kao i materijali od topljene žice, kompozitni materijali drvo-plastika itd. promoviran u 3D printanju. Uz pružanje bogatijeg raspona pratećih materijala, izvedba materijala, čvrstoća i posebna ekološka prilagodljivost također će biti znatno poboljšani, tako da se proizvodi za 3D ispis mogu koristiti u različitim poljima i okruženjima kako bi imali očitu prednost u primjeni.
5. Sažetak
Posljednjih je godina tehnologija 3D ispisa pokazala snažne prednosti primjene u mnogim područjima, a mnogi precizni dijelovi i proizvodi koji se temelje na tehnologiji 3D ispisa također su donijeli pozitivne učinke u promicanju razvoja i inovacija industrije. Treba napomenuti da se sa širenjem opsega primjene tehnologija 3D ispisa suočava i s nekim uskim grlima, posebice u pogledu materijala i opreme. U budućnosti bismo trebali obratiti pozornost na istraživanje i razvoj pratećih tehnologija, osigurati više alternativnih materijala za ispis, kao i smanjiti troškove opreme za ispis, poboljšati humanu i inteligentnu razinu operacija ispisa, kako bismo pružili tehničku podršku za društveni i ekonomski razvoj.
