3D-tulostus: mitä sinun tarvitsee tietää

He eivät ole isoisäsi päivänkakkarapyörän tulostin tai äitisi pistematriisi. Itse asiassa ne muistuttavat vain vähän nykypäivän asiakirja- tai valokuvatulostimia, jotka voivat tulostaa vain tylsissä vanhoissa kahdessa ulottuvuudessa. Kuten nimensä osoittavat, 3D-tulostimet voivat rakentaa kolmiulotteisia esineitä monista erilaisista materiaaleista. He ovat menossa valtavirtaan, esiintymällä vähittäismyyjissä, kuten Staples, Best Buy ja Home Depot, ja voit ostaa useita 3D-tulostimia ja niiden tarvikkeita Amazon.com-sivustosta ja muista verkkokaupoista. Vaikka 3D-tulostimia löytyy edelleenkin enimmäkseen myymälöistä tai suunnittelusstudioista, kouluista ja yhteisökeskuksista sekä harrastelijoiden käsistä, niitä löytyy yhä enemmän työpöydältä, virkistyshuoneista ja keittiöstä - ja kenties läheisessä kodissa, jos ei oma.

Mikä on 3D-tulostus?

Alkuperäisimmin 3D-tulostus on valmistusprosessi, jossa materiaali kerrostetaan kerros kerrallaan kolmiulotteiseksi esineeksi. (Tätä pidetään lisäprosessina, koska esine rakennetaan tyhjästä, toisin kuin subtraktiivisissa prosesseissa, joissa materiaalia leikataan, porataan, jauhetaan tai koneistetaan.) Vaikka 3D-tulostimet käyttävät erilaisia ​​materiaaleja (kuten muovia tai metallia) ja tekniikat (katso jäljempänä "Kuinka 3D-tulostus toimii?"), heillä on yhteinen kyky kääntää kolmiulotteista tietoa sisältäviä digitaalitiedostoja - olipa ne luotu tietokoneavusteisella suunnittelulla (CAD) tai tietokoneavusteisella valmistusohjelmalla (CAM), tai 3D-skannerista - fyysisiin esineisiin.

Onko 3D-tulostus edes tulostusta?

Kyllä, 3D-tulostusta voidaan pitää tulostamisena, vaikka ei niin kuin se on perinteisesti määritelty. Asiaankuuluvat Websterin määritelmät "painostamisesta" keskittyvät painotuotteiden, julkaisujen tai valokuvien tuotantoon ja tuottamiseen vaikutelman avulla (painostuksen avulla). Kumpikaan määritelmä ei todellakaan sovi 3D-tulostukseen. Mutta teknologisesta näkökulmasta katsottuna 3D-tulostus on perinteisen painotuotannon kasvu, johon levitetään kerros materiaalia (yleensä mustetta). Yleensä se on niin ohut, ettei siinä ole havaittavissa olevaa korkeutta (vaikka kiinteän musteen tulostimilla se on hieman paksumpi). 3D-tulostaminen pidentää huomattavasti tuota korkeutta soveltamalla useita kerroksia. Joten olisi järkevää laajentaa painatuksen määritelmää sisällyttämään kolmiulotteisten esineiden valmistus tällä tavalla.

Kuinka 3D-tulostus toimii?

Aivan kuten perinteiset tulostimet, 3D-tulostimet käyttävät erilaisia ​​tekniikoita. Yleisimmin tunnetaan sulatetun laskeuman mallinnus (FDM), joka tunnetaan myös nimellä sulatettu filamenttien valmistus (FFF). Siinä filamentti, joka koostuu akryylinitriilibutadieenistyreenistä (ABS), polymaitohaposta (PLA) tai muusta kestomuovista, sulatetaan ja kerrostetaan kuumennetun suulakepuristussuuttimen läpi kerroksittain. Ensimmäiset markkinoille tulleet 3D-tulostimet, jotka Stratasys valmisti IBM: n avulla 1990-luvun puolivälissä, käyttivät FDM: ää (Stratasysin tavaramerkki), samoin kuin useimmat 3D-tulostimet, jotka on tarkoitettu kuluttajille, harrastajaille ja kouluille.

Toinen 3D-tulostuksessa käytetty tekniikka on stereolitografia. Siinä UV-laser paistetaan ultraviolettiherkän fotopolymeerin astiaan, jäljittäen sen pintaan luotavan esineen. Polymeeri jähmettyy missä säde koskettaa sitä, ja palkki "tulostaa" objektikerroksen kerroksittain ohjeiden mukaan CAD- tai CAM-tiedostossa, josta se toimii.

Erään muunnoksen mukaan sinulla on myös digitaalinen valoprojektorin (DLP) 3D-tulostus. Tämä menetelmä altistaa nestemäisen polymeerin valolle digitaalisesta valonkäsittelyprojektorista. Tämä kovettuu polymeerikerrokselta kerrallaan, kunnes esine on rakennettu, ja jäljellä oleva nestemäinen polymeeri tyhjennetään.

Monisuihkumainen mallinnus on mustesuihkutyyppinen 3D-tulostusjärjestelmä, joka ruiskuttaa värillisen, liimamaisen sideaineen peräkkäisille jauhekerroksille, missä esine on tarkoitus muodostaa. Tämä on nopeimpia menetelmiä ja yksi harvoista, joka tukee moniväritulostusta.

On mahdollista muokata tavallista mustesuihkutulostusta muilla materiaaleilla kuin musteella. Yrittäjät, tee-se-asiakas-asiakkaat ovat rakentaneet tai muokkaamat tulostuspäät, yleensä pietsosähköiset päät, työskentelemään erilaisten materiaalien kanssa - joissakin tapauksissa itse tulostuspäät tulostamalla muille 3D-tulostimille! MicroFab Technologiesin kaltaiset yritykset myyvät 3D-yhteensopivia tulostuspäitä (samoin kuin täydellisiä tulostusjärjestelmiä).

Selektiivisessä lasersintrauksessa (SLS) käytetään suuritehoista laseria muovi-, metalli-, keramiikka- tai lasipartikkelien sulamiseen. Työn lopussa jäljellä oleva materiaali kierrätetään. Elektronisäteen sulatus (EBM) käyttää - arvasit sen - elektronisuihkua metallijauheen sulattamiseksi kerros kerrokselta. Titaania käytetään usein EBM: n kanssa lääketieteellisten implanttien sekä lentokoneiden osien syntetisointiin.

Tekniikasta riippuen 3D-tulostimet voivat käyttää erilaisia ​​materiaaleja, mukaan lukien, mutta niihin rajoittumatta, metallit (ruostumaton teräs, juote, alumiini ja titaani); muovit ja polymeerit (mukaan lukien komposiitit, joissa muovit yhdistetään metalleihin, puuhun ja muihin materiaaleihin); keramiikka; kipsi; lasi; ja jopa elintarvikkeita, kuten juustoa, jäätä ja suklaata! (Katso 3D-tulostimen hehkulankatyyppien pohjamaali.)

Kuka keksi 3D-tulostamisen?

Ensimmäisen stereolitografiatekniikkaa käyttäneen 3D-tulostimen loi Charles W. Hull 1980-luvun puolivälissä. Stereolitografia on suurelta osin kallis kaupallinen tekniikka, koneet maksavat usein vähintään 100 000 dollaria.

Vuonna 1986 Hull perusti 3D Systems -yhtiön, joka myy nykyään 3D-tulostimia, jotka käyttävät erilaisia ​​tekniikoita. Ne vaihtelevat lähtötason sarjoista edistyneisiin kaupallisiin järjestelmiin, ja 3D Systems tarjoaa myös tilauksen mukaisia ​​varaosapalveluita, pääasiassa yrityskäyttäjille.

Mitkä ovat 3D-tulostuksen hyödyt?

3D-tulostamisen avulla suunnittelijat kykenevät muuttamaan konseptit nopeasti 3D-malleiksi tai prototyypeiksi (alias "pikaprototyyppi") ja toteuttamaan nopeita suunnittelumuutoksia. Sen avulla valmistajat voivat tuottaa tuotteita kysynnän sijasta suurina ajoina, mikä parantaa varastojen hallintaa ja vähentää varastotilaa. Syrjäisissä paikoissa olevat ihmiset voivat valmistaa esineitä, joihin he eivät muuten pääse.

Käytännöllisestä näkökulmasta 3D-tulostaminen voi säästää rahaa ja materiaalia verrattuna vähentäviin tekniikoihin, koska raaka-ainetta tuhlataan hyvin vähän. Ja se lupaa muuttaa valmistuksen luonnetta ja antaa lopulta kuluttajille mahdollisuuden ladata tiedostoja jopa monimutkaisten 3D-esineiden tulostamiseen - mukaan lukien esimerkiksi elektroniikkalaitteet - omissa kodeissaan.

Mitä 3D-tulostimet voivat tehdä?

Suunnittelijat käyttävät 3D-tulostimia nopeasti tuotemallien ja prototyyppien luomiseen, mutta niitä käytetään yhä enemmän myös lopputuotteiden valmistukseen. 3D-tulostimilla valmistettujen tuotteiden joukossa ovat kenkäsuunnittelu, huonekalut, vahavalut korujen valmistukseen, työkalut, jalustat, lahja- ja uutuustuotteet sekä lelut. Auto- ja ilmailuteollisuus käyttää 3D-tulostimia osien valmistukseen. Taiteilijat voivat luoda veistoksia ja arkkitehdit valmistaa malleja projektiistaan. Arkeologit käyttävät 3D-tulostimia rekonstruoidakseen hauraita esineitä, mukaan lukien joitain muinaismuistoja, jotka ISIS on tuhonnut viime vuosina. Samoin paleontologit ja heidän opiskelijansa voivat kopioida dinosauruksen luurankoja ja muita fossiileja. Katso galleriamme yksinkertaisista ja käytännöllisistä 3D-tulostinobjekteista.

Lääkärit ja lääketieteelliset teknikot voivat käyttää 3D-tulostusta proteesien, kuulolaitteiden, keinotekoisten hampaiden ja luusiirteiden valmistukseen samoin kuin elinten, kasvaimien ja muiden sisäisten kehon rakenteiden mallien toistamiseen CT-skannauksista valmistautuessaan leikkaukseen. Hyvä esimerkki on projekti Daniel, joka 3D-tulostaa proteesien aseita ja käsiä Sudanin väkivallan uhreille. Myös kehitteillä olevat 3D-tulostimet, jotka voivat asettaa kerroksia soluihin keinotekoisten elinten (kuten munuaisten ja verisuonten) luomiseksi, ovat jo T & K-vaiheessa. Oikeuslääketieteessä on jopa paikka 3D-tulostamiseen, esimerkiksi uhrin sisälle sijoitetun luodon kopiointiin.

Painettu elektroniikka on joukko painomenetelmiä, jotka mahdollistavat elektronisten laitteiden tai piirien tulostamisen joustavalle materiaalille, kuten etiketteille, kankaille ja pahville, soveltamalla elektronisia tai optisia musteita. Se tarjoaa heikosti suorituskykyisten laitteiden erittäin edullisia valmistusvaihtoehtoja. Painettu elektroniikka alkaa yhdistää 3D-tulostamiseen, mikä mahdollistaa kerrospiirien tai laitteiden tulostamisen. Tämän voimakkaan yhdistelmän luonnollinen kasvu on, että joskus pystyt tulostamaan gadgeteja 3D-suunnitelmista sen sijaan, että ostaisit niitä.

Ruoanvalmistus on toinen tapa käyttää 3D-tulostimia. Ranskan kulinaarinen instituutti on käyttänyt Cornellin yliopistossa kehitettyä avoimen lähdekoodin 3D-tulostinta taiteellisten herkkujen valmistukseen, ja MIT on luonut 3D-tulostimen, nimeltään Cornucopia. Pieni joukko ravintoloita testaa ruokatuotteiden prototyyppejä. NASA: n 3D-tulostustutkimukseen on sisällytetty elintarvikkeiden painatus, kuten 3D-painettu pizza.

Kourallinen 3D-tulostimia ruokia on tullut kaupallisesti. He keskittyvät yleensä tiettyihin ruokatuotteisiin, kuten suklaa, pannukakut tai evästeet.

Mitä ovat 3D-tulostuspalvelut?

Sinun ei tarvitse omistaa 3D-tulostinta hyötyäksesi siitä. Monet 3D-tulostuspalvelut, kuten Shapeways ja Sculpteo, tulostavat lahjoja ja muita pieniä esineitä tilauksesta omille 3D-tulostimilleen ja toimittavat ne sitten asiakkaalle. Asiakkaat voivat joko lähettää omia 3D-objektitiedostojaan tai valita online-luettelosta tuotteita, joista suurin osa on palvelun muiden käyttäjien suunnittelemaa.

Mutta 3D-tulostuspalvelut eivät ole enää pelkästään asiantuntijoiden alaa. Suuret yritykset, kuten Staples ja UPS, ovat ottaneet käyttöön 3D-tulostuspalvelut, ja jotkut perinteiset painotalot ovat lisänneet 3D-tulostusta ohjelmistoonsa.

Mistä saan 3D-tulostimen?

Suurin osa 3D-tulostimien valmistajista myy tuotteitaan suoraan verkossa. Monet verkkokauppiaat tarjoavat niitä nyt, mukaan lukien vain verkkoyritykset, kuten Amazon.com, ja muut, joilla on myös tiili- ja laastia. Jotkut jälkimmäisistä, kuten Walmart, Best Buy ja Staples, tarjoavat niitä myymälöissä sekä verkossa, mutta muista tarkistaa myymälöiden saatavuus verkkosivuillaan, koska kaikki myyntipisteet eivät kanna niitä. Useimmissa 3D-tulostimissa on avattu suurissa kaupungeissa. IMakrilla on esimerkiksi myymälöitä Lontoossa ja New Yorkissa.

Muutama verkkokauppias on erikoistunut 3D-tulostimiin, kuten Dynamism, joka myy erilaisia ​​3D-tulostimia eri tuotemerkeiltä ja tarjoaa myös asiakastukea.

Mitä ohjelmistoja tarvitsen 3D-tulostukseen?

Lähes kaikki 3D-tulostimet hyväksyvät tiedostot nimeltään STL-muodossa (nimeltään stereolitografia). Tämän tyyppisiä tiedostoja voidaan tuottaa useimmilla CAD-ohjelmistoilla, kalliista kaupallisista paketeista, kuten AutoCAD, ilmaisiin tai avoimen lähdekoodin tuotteisiin, kuten Google SketchUp ja Blender. Niille, jotka eivät halua tehdä omia 3D-tiedostoja, 3D-objektitietokannat, kuten MakerBot's Thingiverse, tarjoavat lukuisia 3D-objektitiedostoja, jotka voidaan ladata ja tulostaa.

Suurimmassa osassa 3D-tulostimia on ohjelmistopaketti, joko toimitettu levyllä tai ladattavissa, joka sisältää kaiken mitä tarvitset tulostukseen. Sviitit tarjoavat tyypillisesti tulostimen ja viipaloijan ohjaamisohjelman, joka muotoilee tulostusta varten objektitiedoston tasoiksi valitun resoluution ja muiden tekijöiden perusteella. Joissakin sviiteissä on ohjelma objektitiedoston "parantamiseksi" korjaamalla ongelmat, jotka voivat häiritä sujuvaa tulostusta. Ohjelmat tulivat ulos avoimen lähdekoodin RepRap-liikkeestä, josta harrastaja 3D-tulostus kehittyi. Joidenkin tulostimien kanssa voit valita ladattavat yksittäiset komponenttiohjelmat sen sijaan, että siirryttäisiin pakettiin sisältyviin toimiin.

Mitä tulevaisuus pitää 3D-tulostuksessa?

Erilaisia ​​3D-tulostimia kodeille ja pienille yrityksille on helposti saatavana - PCMag on tarkistanut melko suuren osan niistä -, mutta niitä pidetään usein eksoottisina ja melko kalliina sopimuksina. Odottaa, että se muuttuu muutaman seuraavan vuoden aikana, kun 3D-tulostimet muuttuvat yleisemmiksi taloissa - työpöydällä, studioissa, kotitoimistoissa ja jopa keittiössä. Et ehkä löydä niitä jokaisesta kotitaloudesta, mutta niistä tulee välttämättömiä niille ihmisille, joilla niitä on. Suurimmaksi osaksi 3D-tulostimilla tehdyillä esineillä on ollut homogeeninen sisustus, mutta alamme nähdä monimutkaisempia luomuksia, joissa yhdistyvät useat materiaalit ja komposiitit sekä tulostettava elektroniikka. Jos kadotat television kaukosäätimen akkukotelon nykypäivän 3D-tulostimilla, voit tulostaa korvaavan kannen. Huomenna, jos kadotat kaukosäätimen, voit tulostaa uuden kaukosäätimen.

Lisäksi 3D-tulostaminen on saamassa jalansijaa avaruudessa. NASA kokeilee 3D-tulostimia kansainvälisellä avaruusasemalla. Lopulta 3D-tulostimia voidaan käyttää luomaan elinympäristöjä Marsilla ja muissa maailmoissa. Pelastamaan Apollo 13 -astronautit kuolemasta hiilimonoksidin tukehduksesta NASAn oli tosiasiassa löydettävä tapa sovittaa neliön muotoinen tappi pyöreään reikään. Jos aluksella olisi ollut 3D-tulostinta, he ovat ehkä pystyneet ratkaisemaan ongelman helposti suunnittelemalla ja tulostamalla liittimen.

Astronautit eivät voi kääntyä Home Depot -sovelluksen mukana, jos heidän on vaihdettava venttiili tai widget, mutta 3D-tulostin voi valmistaa tarvittaessa. Vastaavasti näemme 3D-tulostimia Etelämantereen tukikohdissa ja muissa maallisissa syrjäisissä paikoissa, joissa ihmiset eivät voi odottaa kuusi kuukautta seuraavan varatoimituksen välttämättömien osien tai työkalujen korvaamiseen.

3D-tulostuksen lääketieteelliset sovellukset eivät lopu proteesilla, kuulolaitteilla ja hammas kruunuilla. (Katso yllä oleva "Mitä 3D-tulostimet voivat tehdä?" Esikatselu töistä.) Vaihto-osien ei tarvitse olla rajattu mekaanisiin.

Muutaman viime vuoden aikana olemme nähneet räjähdyksen 3D-tulostimien moninaisuudessa ja käyttökohteissa. Se on samanlainen kuin missä henkilökohtainen tietotekniikka oli noin 1980. Vaikka onkin riittävän helppoa nähdä joitain alueita, joihin 3D-tulostuskenttä haarautuu, toiset ovat ennustekykymme ulkopuolella, aivan kuten kukaan vuoden 1980 ympäristössä ei olisi voinut kuvitella suurta osaa siitä, mitä henkilökohtainen tietokone muuttuisi. On mahdollista, että 3D-tulostuksella ei ehkä ole samaa vaikutusta kuin PC: llä, mutta sillä on mahdollisuus mullistaa valmistus ja, mikä tärkeämpää, saattaa se jokapäiväisten kuluttajien käsiin. Yksi asia on kuitenkin varma: 3D-tulostus on täällä jäädäkseen.

Katso lisätietoja oppaastamme kymmeneen parhaaseen 3D-tulostimeen ja joihinkin varhaisen asentajan näkemyksiin.