3D tiskanje: kaj morate vedeti

Niso tiskalnik kolesa marjetice vašega dedka ali matrika vaše mame. Pravzaprav so malo podobni današnjim dokumentom ali tiskalnikom fotografij, ki lahko tiskajo samo v dolgočasnih starih dveh dimenzijah. Kot pove že njihovo ime, 3D-tiskalniki lahko izdelajo tridimenzionalne predmete iz najrazličnejših materialov. V glavnem se bodo predstavili pri prodajalcih, kot so Staples, Best Buy in Home Depot, na Amazon.com in drugih spletnih mestih pa lahko kupite številne 3D-tiskalnike in njihove zaloge. Čeprav jih še vedno večinoma najdemo na prodajnih policah ali v oblikovalskih studiih, v šolah in v društvenih središčih ter v rokah hobistov, 3D tiskalnike vse pogosteje najdemo na delovnih mizah, v prostorih za počitek in kuhinjah - in morda v stanovanju v bližini, ne svojega.

Kaj je 3D tiskanje?

3D tiskanje je najosnovnejši postopek izdelave, v katerem je material plast za plastjo položen v obliko tridimenzionalnega predmeta. (To se šteje za dodaten postopek, ker je objekt zgrajen iz nič, v nasprotju s subtraktivnimi postopki, pri katerih se material razreže, izvrta, bruši ali strojno obdela.) Čeprav 3D-tiskalniki uporabljajo različne materiale (kot so plastika ali kovina) in tehnike (glejte "Kako deluje 3D tiskanje?" spodaj) si delijo možnost obračanja digitalnih datotek, ki vsebujejo tridimenzionalne podatke - ne glede na to, ali so ustvarjene na računalniško podprtem oblikovanju (CAD) ali računalniško podprtem proizvodnem programu (CAM), ali iz 3D skenerja - v fizične predmete.

Ali je 3D tiskanje sploh tiskanje?

Da, 3D tiskanje se lahko šteje za tiskanje, čeprav ne tako, kot je bilo tradicionalno opredeljeno. Ustrezne Websterjeve opredelitve "tiskarskega" središča za proizvodnjo tiskovin, publikacij ali fotografij ter izdelavo s pomočjo vtisa (uporaba pritiska). Nobena opredelitev ne ustreza 3D tiskanju. Toda s tehnološkega vidika je 3D tisk izraslo tradicionalno tiskanje, pri katerem se nanese plast materiala (običajno črnila). Običajno je tako tanek, da ni opazne višine (čeprav s trdnimi tiskalniki s črnilom je nekoliko debelejši). 3D tiskanje zelo poveča to višino z nanašanjem več plasti. Zato bi bilo smiselno, da bi definicijo tiska razširili tudi na izdelavo tridimenzionalnih predmetov.

Kako deluje 3D tiskanje?

3D-tiskalniki podobno kot tradicionalni tiskalniki uporabljajo različne tehnologije. Najpogosteje je znano modeliranje talilnih nanosov (FDM), znano tudi kot izdelava taljenih filamentov (FFF). V njej se nitka - sestavljena iz akrilonitril butadien stirena (ABS), pollaktične kisline (PLA) ali drugega termoplastika - topi in odlaga v plasteh iz stisnjene šobe. Prvi 3D-tiskalniki, ki so jih na tržišče izdelali sredi devetdesetih let Stratasys s pomočjo IBM-a, so uporabljali FDM (izraz, ki ga Stratasys zaščiti pod blagovno znamko), prav tako kot večina 3D-tiskalnikov, namenjenih potrošnikom, hobijem in šolam.

Druga tehnologija, ki se uporablja pri 3D-tiskanju, je stereolitografija. V njem je UV laser zasijan v kadu ultravijolično občutljivega fotopolimera, ki zasleduje objekt, ki ga je treba ustvariti na njegovi površini. Polimer strdi tam, kjer se ga žarek dotakne, in snop "natisne" predmetno plast po plasteh po navodilih v datoteki CAD ali CAM, iz katere deluje.

V tem primeru imate na voljo tudi 3D tiskanje z digitalnim projektorjem svetlobe (DLP). Ta metoda izpostavlja tekoči polimer svetlobi iz projektorja za digitalno obdelavo svetlobe. To strdi polimerno plast za slojem, dokler se objekt ne zgradi, preostali tekoči polimer pa se odcedi.

Multi-jet modeliranje je brizgalni 3D-tiskalni sistem, ki brizga barvno vezan v obliki lepila na zaporedne plasti prahu, kjer naj bi se predmet oblikoval. Ta je med najhitrejšimi metodami in ena redkih, ki podpira večbarvni tisk.

Za tiskanje z materiali, ki niso črnilo, je mogoče spremeniti standardni brizgalni tiskalnik. Podjetni podjetniki, ki delajo sami, imajo vgrajene ali modrirane tiskalne glave, na splošno piezoelektrične glave, za delo z različnimi materiali - v nekaterih primerih tiskalne glave sami tiskajo na druge 3D tiskalnike! Podjetja, kot so MicroFab Technologies, prodajajo tiskalne glave z zmogljivostjo 3D (kot tudi celotne tiskalne sisteme).

Selektivno lasersko sintranje (SLS) uporablja močni laser za spajanje delcev iz plastike, kovine, keramike ali stekla. Na koncu opravila se preostali material reciklira. Taliranje elektronov snopov (EBM) uporablja - uganili ste - elektronski žarek, da se plast za plastjo stopi v kovino. Titan se pogosto uporablja z EBM za sintezo medicinskih vsadkov in delov zrakoplova.

3D-tiskalniki lahko glede na tehniko uporabljajo različne materiale, vključno s kovinami (med njimi nerjavno jeklo, spajkalnik, aluminij in titan); plastika in polimeri (vključno kompoziti, ki združujejo plastiko s kovinami, lesom in drugimi materiali); keramika; omet; steklo; in celo živila, kot so sir, glazura in čokolada! (Oglejte si naš temeljni premaz o nitkah 3D-tiskalnika.)

Kdo je izumil 3D tiskanje?

Prvi 3D tiskalnik, ki je uporabljal tehniko stereolitografije, je ustvaril Charles W. Hull sredi osemdesetih let. Stereolitografija je v veliki meri draga komercialna tehnika, stroji pa pogosto stanejo 100.000 dolarjev ali več.

Hull je leta 1986 ustanovil 3D Systems, podjetje, ki danes prodaja 3D tiskalnike, ki uporabljajo različne tehnologije. Ti segajo od kompletov začetne ravni do naprednih komercialnih sistemov, 3D Systems pa ponuja tudi storitve po delih na zahtevo, večinoma za poslovne uporabnike.

Kakšne so prednosti 3D tiskanja?

S 3D-tiskanjem imajo oblikovalci možnost, da koncepte hitro spremenijo v 3D modele ali prototipe (aka "hitro prototipiranje") in izvedejo hitre spremembe oblikovanja. Proizvajalcem omogoča, da izdelke izdelujejo na zahtevo in ne na veliko, izboljšajo upravljanje zalog in zmanjšajo prostor za skladiščenje. Ljudje na oddaljenih lokacijah lahko izdelujejo predmete, ki bi jim bili sicer nedostopni.

S praktičnega stališča 3D tiskanje lahko prihrani denar in material v primerjavi s tehnikami odvzema, saj zapravimo zelo malo surovin. In obljublja, da bo spremenil naravo izdelave, sčasoma pa bo potrošnikom omogočil prenos datotek za tiskanje celo zapletenih 3D predmetov - vključno z na primer elektronskimi napravami - v svoje domove.

Kaj lahko naredijo 3D tiskalniki?

Oblikovalci uporabljajo 3D tiskalnike za hitro ustvarjanje modelov izdelkov in prototipov, vendar se vedno pogosteje uporabljajo tudi za izdelavo končnih izdelkov. Med predmeti, izdelani s 3D-tiskalniki, so modeli čevljev, pohištvo, voščeni odlitki za izdelavo nakita, orodja, stativa, darila za darila in novosti ter igrače. V avtomobilski in letalski industriji za izdelavo delov uporabljajo 3D tiskalnike. Umetniki lahko ustvarjajo skulpture, arhitekti pa lahko izdelujejo modele svojih projektov. Arheologi s 3D-tiskalniki rekonstruirajo modele krhkih artefaktov, vključno z nekaterimi starinami, ki jih je ISIS v zadnjih letih uničil. Prav tako lahko paleontologi in njihovi študenti podvajajo okostja dinozavrov in druge fosile. Oglejte si našo galerijo preprostih in praktičnih predmetov 3D-tiskalnika.

Zdravniki in zdravstveni tehniki lahko s 3D skeniranjem pri pripravi na operacijo uporabljajo 3D-tiskanje za izdelavo protetike, slušnih aparatov, umetnih zob in kostnih presadkov, pa tudi za kopiranje modelov organov, tumorjev in drugih notranjih telesnih struktur. Dober primer je Project Daniel, ki 3D-natisne protetične roke in roke za žrtve nasilja v Sudanu. Razviti so tudi 3D-tiskalniki, ki lahko odložijo plasti celic za ustvarjanje umetnih organov (na primer ledvic in krvnih žil), ki so že v fazi raziskav in razvoja. V forenziki je celo prostor za 3D tiskanje, na primer za kopiranje naboja, naloženega znotraj žrtve.

Tiskana elektronika je niz tiskalnih metod, ki omogočajo tiskanje elektronskih naprav ali vezja na prožnem materialu, kot so nalepke, tkanine in karton, z uporabo elektronskih ali optičnih črnil. Omogoča zelo poceni izdelavo nizko zmogljivih naprav. Tiskana elektronika se začne kombinirati s 3D-tiskanjem, kar omogoča tiskanje večplastnih vezij ali naprav. Naravna rast tega močnega kombinacije je, da boste morda nekega dne iz 3D načrtov lahko natisnili pripomočke namesto da jih kupite.

Priprava hrane je še en način uporabe 3D tiskalnikov. Francoski kulinarični inštitut uporablja 3D-tiskalnik odprtega izvora, razvit na Univerzi Cornell, za pripravo umetniških dobrot, MIT pa je ustvaril 3D tiskalnik za hrano, imenovan Cornucopia. Majhno število restavracij testira prototipe živilskih tiskalnikov. Nasino raziskovanje 3D-tiskanja je vključevalo tiskanje hrane, kot je 3D-natisnjena pica.

Peščica 3D-tiskalnikov s hrano je postala komercialno na voljo. Običajno se osredotočajo na določene prehrambene izdelke, kot so čokolada, palačinke ali piškotki.

Kaj so storitve 3D tiskanja?

Ni vam treba imeti 3D tiskalnika, če želite imeti koristi od enega. Številne storitve 3D-tiskanja, kot sta Shapeways in Sculpteo, po naročilu natisnejo darila in druge drobne predmete na svoje 3D-tiskalnike in jih nato pošljejo stranki. Kupci lahko predložijo svoje datoteke 3D predmetov ali pa izberejo predmete, ki so jih večino zasnovali drugi uporabniki storitve, iz spletnega kataloga.

Vendar storitve 3D-tiskanja niso več samo domena strokovnjakov. Velika podjetja, kot sta Staples in UPS, so uvedla storitve 3D-tiskanja, nekatere tradicionalne tiskarne pa so na svoj repertoar dodale 3D-tiskanje.

Kje lahko dobim 3D tiskalnik?

Večina proizvajalcev 3D-tiskalnikov svoje izdelke prodaja neposredno prek spleta. Zdaj jih ima na voljo veliko e-trgovin, vključno s spletnimi podjetji, kot je Amazon.com, in drugimi, ki imajo tudi trgovine z opeko in malto. Nekatere slednje, kot so Walmart, Best Buy in Staples, jih ponujajo tako v trgovinah kot tudi na spletu, vendar preverite, ali so na njihovih spletnih mestih dostopne prodajalne, saj jih nimajo vsi prodajni mesti. V večjih mestih se je odprlo več trgovin s 3D-tiskalniki. Na primer, iMakr ima prodajalne v Londonu in New Yorku.

Nekaj ​​spletnih trgovcev na drobno se je specializiralo za 3D-tiskalnike, na primer Dynamism, ki prodaja vrsto 3D-tiskalnikov različnih znamk in nudi tudi podporo strankam.

Katero programsko opremo potrebujem za 3D tiskanje?

Skoraj vsi 3D-tiskalniki sprejemajo datoteke v obliki STL (poimenovane zaradi stereolitografije). Te vrste datotek lahko ustvari večina programske opreme CAD, od dragih komercialnih paketov, kot je AutoCAD, do brezplačnih ali odprtokodnih izdelkov, kot sta Google SketchUp in Blender. Za tiste, ki niso nagnjeni k izdelavi lastnih datotek 3D, baze podatkov 3D predmetov, kot je MakerBot's Thingiverse, ponujajo številne datoteke 3D-predmetov, ki jih je mogoče prenesti in natisniti.

Večina 3D tiskalnikov je na voljo s programsko opremo, ki je na voljo na disku ali na voljo za prenos, ki vključuje vse, kar potrebujete za tiskanje. Paketi ponavadi nudijo program za nadzor tiskalnika in rezalnika, ki v pripravi za tiskanje objektno datoteko oblikuje v sloje na podlagi izbrane ločljivosti in drugih dejavnikov. Nekateri apartmaji vključujejo program za "zdravljenje" predmetne datoteke s popravljanjem težav, ki bi lahko motile nemoteno tiskanje. Programi so izhajali iz odprtokodnega gibanja RepRap, iz katerega se je razvil hobistični 3D-tisk. Pri nekaterih tiskalnikih lahko izberete posamezne komponente komponent, ki jih želite prenesti, namesto da bi uporabljali vse, kar je v paketu.

Kaj ima prihodnost za 3D tiskanje?

Na voljo so različni 3D-tiskalniki za domove in mala podjetja - PCMag jih je pregledal že kar nekaj - vendar jih še vedno pogosto doživljamo kot eksotične in precej drage navadne navade. Pričakujte, da se bo to spremenilo v naslednjih nekaj letih, ko bodo 3D-tiskalniki postali bolj pogosti v hišah - najdemo jih na delovnih mizah, v studiih, domačih pisarnah in celo v kuhinji. Morda jih ne boste našli v vsakem gospodinjstvu, vendar bodo postali nepogrešljivi za tiste ljudi, ki jih imajo. Predmeti, izdelani s 3D-tiskalniki, so večinoma imeli homogeno notranjost, vendar bomo začeli videti bolj zapletene stvaritve, ki združujejo več materialov in kompozitov ter elektroniko za tiskanje. Z današnjimi 3D-tiskalniki lahko v primeru, da izgubite pokrov baterije daljinskega TV-sprejemnika, natisnete nadomestni pokrov. Če boste jutri izgubili daljinski upravljalnik, boste lahko tiskali nov daljinski upravljalnik.

3D tiskanje se uveljavlja tudi v vesolju. NASA na mednarodni vesoljski postaji eksperimentira s 3D-tiskalniki. Sčasoma bi 3D-tiskalnike lahko uporabili za ustvarjanje habitatov na Marsu in drugih svetovih. Da bi rešil astronavte Apollo 13 pred umiranjem ogljikovega monoksida zaradi zaviranja ogljikovega monoksida, je NASA morala dejansko najti način, kako kvadratni zatič pritrditi v okroglo luknjo. Če je bil na krovu 3D-tiskalnik, bi morda težavo zlahka rešili z oblikovanjem in tiskanjem konektorja.

Astronavti ne morejo zamahniti s strani Home Depota, če bi morali zamenjati ventil ali pripomoček, 3D tiskalnik pa bi ga lahko izdelal po potrebi. Prav tako bomo videli 3D tiskalnike v bazah Antarktika in drugih oddaljenih zemeljskih lokacijah, kjer ljudje ne morejo čakati šest mesecev na naslednjo ponovno dobavo, da bi nadomestili bistvene dele ali orodja.

Medicinske aplikacije 3D-tiskanja se ne ustavijo pri protetiki, slušnih aparatih in zobnih kronah. (Glejte "Kaj lahko naredijo 3D tiskalniki?" Zgoraj za predogled dela v delu.) Nadomestnih delov ni treba omejiti na mehanske.

V zadnjih nekaj letih smo videli raznolikost in uporabo 3D tiskalnikov. Podobno je, kot je bilo tam, kjer je bilo osebno računalništvo okrog leta 1980. Čeprav je dovolj enostavno videti nekatera področja, na katera se bo podružilo 3D-tiskanje, druga ne morejo napovedati, tako kot si nihče okoli leta 1980 ni mogel predstavljati veliko tega osebni računalnik bi se spremenil v. Možno je, da 3D tiskanje morda nima enakega vpliva kot osebni računalnik, vendar ima potencial za revolucijo v proizvodnji in, kar je še pomembneje, dajanje v roke vsakdanjega potrošnika. Ena stvar je zagotovo: 3D tiskanje je tu, da ostane.

Če želite več, si oglejte naš vodič o 10 najboljših 3D tiskalnikov in nekaj vpogledov z zgodnjega sprejetja.