Ar 3D spausdinimas yra kitas didelis dalykas?

Turinys:

Ar 3D spausdinimas yra kitas didelis dalykas?
Ar 3D spausdinimas yra kitas didelis dalykas?

Video: Ar 3D spausdinimas yra kitas didelis dalykas?

Video: Ar 3D spausdinimas yra kitas didelis dalykas?
Video: The Future of 3D Printing & Where it is NOW! 2024, Kovas
Anonim

Savaime replikuojantys spausdintuvai, kuriantys objektus iš kompiuterio brėžinių? Ne mokslinė fantastika, o tikrovė, turinti revoliuciją gamyboje

Nors galbūt to nepagalvotumėte, 1986-ieji buvo esminiai metai. Londono vertybinių popierių biržos reguliavimo panaikinimas pakeitė požiūrį į pinigus; Černobylis pakeitė požiūrį į branduolinę energiją; „Top Gun“pakeitė požiūrį į filmų garso takelius, o tiems, kurie atkreipia dėmesį į tai, Amerikos džentelmenas, vardu Chuckas Hullas, pakeitė požiūrį į gamybą.

Tais metais kovo 11 d. (galbūt praėjo maždaug milijonas dienų nuo tradicinio Romos įkūrimo) Hull buvo išduotas JAV patentas Nr. 4 575 330: „Aparatas trimačiams objektams gaminti naudojant stereolitografiją“. Taip gimė 3D spausdintuvas.

„Chuckas Hullas buvo tas, kuris viską pradėjo“, – sako Philas Kilburnas, 3D spausdinimo įmonės 3T RPD pardavimų vadovas. „Tuo metu jis dirbo „Xerox“ir sugalvojo dėti rašalus vieną ant kito, kad sukurtų tvirtą trimatį modelį. Jis ėmėsi šio proceso ir įkūrė pirmąją 3D spausdinimo įmonę „3D Systems“.

Vaizdas
Vaizdas

Pradžioje

Originaliame „Hull“3D spausdintuve buvo naudojama ultravioletinė šviesa, kad būtų nubrėžta dvimatė forma skysto fotopolimero, medžiagos, kuri tampa kieta, kai veikiama ultravioletinių spindulių, paviršiaus. Šis procesas kartojasi vėl ir vėl, sukuriant 2D sluoksnius, kad būtų sukurtas 3D objektas. Nors nuo to laiko 3D spausdintuvuose naudojami procesai ir medžiagos nuėjo ilgą kelią, užuomazgos išliko tokios pačios.

„Dabar mūsų naudojamose mašinose naudojami lazeriai“, – sako 3T RPD IT vadovas Martynas Harrisas. „Procesas yra labai protingas, bet iš esmės jis labai paprastas: paimkite miltelius ir ištirpinkite. Taigi mūsų mašinose yra miltelių pavidalo medžiagos, pavyzdžiui, nailono, sluoksnis, kuris spausdintuvo kameroje pašildomas iki lydymosi temperatūros. Tada lazeriai ant miltelių nubrėžia dvimačius komponento, kurį norite pagaminti, skerspjūvius, kiekvieną kartą išlydydami 2D sluoksnį. Nubrėžus sluoksnį, spausdintuvo sluoksnis nukrenta, tarkime, 120 mikronų [0,12 mm], tada perdengimo svirtis ant viršaus paskleidžia kitą miltelinės medžiagos sluoksnį ir procesas prasideda iš naujo, o lazeriai seka. ištraukti kitą sluoksnį.'

Vaizdas
Vaizdas

Šis procesas pagrįstas „sukepinimo“metodu, kai aukštoje temperatūroje miltelių dalelėse esantys atomai išsisklaido vienas į kitą ir tampa vientisu gabalu. Tačiau neužtenka tik nukreipti lazerį į plastiką ir tikėtis, kad atsiras naudingas objektas.

„Pirmiausia sukuriate 3D CAD [kompiuterinio dizaino] modelį to, ką norite padaryti“, – sako Harrisas.„Tada, naudodami specialią programinę įrangą, supakuojate modelius į virtualią 3D erdvę, kuri atspindi spausdintuvo lovos dydį. Išsaugokite visus failus STL formatu (stereolitografija arba trikampiais failais), o paruošę failus iš esmės supjaustysite juos į bet kokio storio, kurį statote. Visi tie supjaustyti failai siunčiami į kompiuterį, kuris valdo spausdintuvą, tada tereikia paspausti mygtuką „Go“ir spausdintuvas jį išspausdins. Ironiška, bet daugelis šių spausdintuvų dalių čia spausdinamos kitais spausdintuvais, todėl jos pasikartoja savaime.’

Harrisas buvo susijęs su 3T RPD pastaruosius 13 metų ir neseniai įkūrė dviračių komponentų kompaniją Race Ware, kuri gamina savo produktus – nuo plastikinių Garmin laikiklių iki titano grandinės gaudyklių – naudodama 3T RPD spausdintuvus.

„Į tai įsitraukiau, nes naudoju SRM ir turiu porą Easton TT strypų“, – sako Harrisas. „Kai nuėjau ieškoti strypo laikiklio, radau tik siaubingą adapterių rinkinį, todėl maniau, kad pasidarysiu pats. Maniau, kad jei sukursiu sau, pažiūrėsiu, ar dar kas nors jo norėtų, todėl nuėjau į TT forumą ir pasiteiravau. Šis vaikinas, vardu Jason Swann, pasakė, kad nori „Garmin“ir buvo CAD dizaineris, todėl jis man davė dizainą. Prireikė tik trijų ar keturių mėnesių, kad pereitume nuo pirmos kartos iki dabar parduodamos versijos.’

Vaizdas
Vaizdas

Kaip nurodo Harrisas, vienas iš pagrindinių 3D gamybos pasiekimų yra greitis ir lengvumas, kuriuo galima gaminti ir tobulinti produktus. Visas procesas nuo piešimo lentos iki gatavo gaminio yra ypač greitas, palyginti su tradiciniais metodais – nors kūrimo laikas gali užtrukti nuo kelių valandų iki maždaug savaitės, atsižvelgiant į spausdinamų produktų sudėtingumą ir skaičių.

„Skirtingai nuo kitų gamybos procesų, pvz., liejimo įpurškimo, naudojant 3D spausdinimą nėra jokių įrankių“, – sako Harrisas. „Man tereikia sukurti CAD modelį, atlikti kelis bandomuosius paleidimus, atlikti keletą pakeitimų ir tada, kai būsiu patenkintas, pradėti spausdinti. Žmonėms sunku pasukti galvą. Jie klausia, koks yra pristatymo laikas, o aš galiu atsakyti: „Dvi ar trys savaitės“, tuo tarpu jie yra įpratę, kad kažkas sako: „Bus paruošta iki kitų metų ketvirto ketvirčio.“

Greitas prototipų kūrimas

Žinoma, 3T RPD ir Race Ware nėra vieninteliai; yra kitų gamintojų ir pramonės šakų, kurios šiuo metu naudojasi 3D spausdinimo pranašumais ir siekia dar labiau išplėsti ribas. „Audi“panaudojo 3D spausdinimo robotus, kad sukurtų RSQ koncepcinį automobilį, pasirodžiusį filme „Aš, robotas“; Formulės 1 komandos, tokios kaip „Sauber“, savo automobiliuose naudoja 3D spausdintus stabdžių kanalus, o neseniai olandų architektų įmonė „Dus Architects“paskelbė apie planus 3D spausdinti visą namą. Taigi, jei visa tai įmanoma (namas tariamai bus pastatytas dalimis ant šešių metrų aukščio spausdintuvo, pavadinto „KarmerMaker“), kokios gali būti pasekmės patiems dviračiams? Vienas žmogus, kuris mano žinantis, yra „Ridley bikes“tyrimų ir plėtros vadovas Dirkas Van den Berkas.

„Pastaruosius dvejus ar trejus metus spausdinome mažus prototipų komponentus, pavyzdžiui, Noah Fast šakės stabdį“, – sako Van den Berkas. „Tačiau pirmą kartą šiais metais [2013 m.], kurdami naują Dean TT dviračio versiją, atspausdinome visą rėmą. Jis nėra pakankamai tvirtas, kad juo būtų galima važiuoti ar išbandyti nepalankiausią apkrovą, tačiau jis puikiai tinka aerodinaminiams bandymams vėjo tunelyje ir surinkimo bandymams, kai galime jį sukurti iš tikrų komponentų, kad pamatytume, ar viskas tinka.'

Vaizdas
Vaizdas

Kaip ir Race Ware, šis konkretus 3D spausdinimo tipas, vadinamas greituoju prototipų kūrimu, leidžia Ridley greitai ir pigiai atlikti pakeitimus. „Dekanas pradėjo nuo vamzdžių formų, kurias išbandė tunelyje. Tada pastatėme pilnus rėmus. Mes juos išbandome, įvertiname, tada grįžtame ir atliekame nedidelius pakeitimus. Tai puikus dalykas – nedideli pakeitimai gali būti padaryti labai greitai. Jums tereikia paspausti mygtuką ir palaukti, kol spausdintuvas nustos spausdinti.

‘Anksčiau rėmui kurti naudodavote kompiuterius ir programinę įrangą, kol užsidegėte žalia šviesa ir rėmų gamintojai pradėjo pjaustyti formas. Nors 3D spausdinimas nėra pigi technologija, tai tikrai pigiau nei atidaryti formą, pamačius kažką negerai su rėmeliu ir pradėti iš naujo“, – priduria Van de Berkas.

Taigi, jei tokios įmonės kaip 3T RPD gali spausdinti iš metalo, o gamintojai, tokie kaip Ridley, jau spausdina ištisus dviračių rėmų prototipus, kodėl negalime sujungti šių dviejų ir pradėti spausdinti važinėjančius dviračius?

„Visam rėmui tai gana sudėtinga dėl to, kaip rėmas apkraunamas važiuojant“, – aiškina Van den Berkas. „Tai sudėtinga struktūra, kuri turi sugebėti susidoroti su visų rūšių įtempiais ir deformacijomis. Naudojant anglį, sluoksnių kūrimo būdas daro rėmą tvirtą arba standų tam tikra kryptimi. Spausdinant yra daug sunkiau valdytisavybes

medžiaga ir dėl to rėmo gamyba yra sudėtinga. Tačiau viskas tikrai vyksta ta kryptimi.’

Vaizdas
Vaizdas

Masto ekonomija

Atgal prie kanalo Bristolyje yra viena įmonė, kuriai 3D spausdintų kadrų realybė vis labiau artėja – bent jau iš dalies.

Charge Bikes bendradarbiauja su EADS (Europos aeronautikos gynybos ir kosmoso įmone), kad sukurtų pirmuosius išspausdintus produktus. Pagaminta iš Ti6Al4V titano, iškritimai atspausdinami EADS gamykloje prieš išsiunčiant į Taivaną, kad būtų suvirinami į Charge šaldiklius. Tačiau, nors EN bandymai ir varginantys aštuoni mėnesiai, vadovaujant Charge pro motociklininkui Chrisui Metcalfe'ui, parodė, kad atmetusieji buvo tokie pat sėkmingi, kaip ir jų pusbroliai su CNC, jie ir procesas, kuriame jie dalyvauja, nėra be apribojimų.

„Charge“atstovas Neilas Cousinsas sako: „Šiuo metu išspausdinti iškritimai padidina standartinio šaldiklio rėmo kainą 20 proc., iš dalies todėl, kad dėl spausdintuvo dydžio kiekvienoje komplektacijoje gali būti ne daugiau kaip 50 iškritimų. Mus taip pat riboja spausdintuvų skaičius – šiuo metu juos turi tik trys kitos JK įmonės – ir kompetencija bei įgūdžiai, kurių reikia norint juos naudoti.“

Cousins atkreipia dėmesį į tai, kad nėra jokios priežasties, kodėl ateityje tokių dalių gamybos sąnaudos negalėtų sumažėti, nes mašinų dydžiai ir skaičiai didėja, tačiau kol kas jis realistiškai vertina šios technologijos kryptį: „Mes esame visada sugalvoja dalių planus ir ką tik čia pasamdė naują pramonės dizainerį. Reikia atsiminti, kad daugelis dalių bus tokios brangios, kad turime būti atsargūs ir nedaryti to, kas daugelį metų stovės mūsų platintojų lentynose. Be to, daugelis didžiųjų dviračių pramonės žaidėjų susisiekė su mumis ir EADS, kad gautų daugiau informacijos apie technologiją, o trumpesniu laikotarpiu galiu lengvai pamatyti, kaip 3D spausdinimas naudojamas gaminant komponentus, tokius kaip stebulės, mechanizmai. ir kasetės.'

Martynas Harrisas iš „Race Ware“gali būti vienu žingsniu priekyje, bendradarbiavęs su aerodinamikos guru Simonu Smartu, kad pagamintų titano stiebą. Nors tai toli gražu nėra baigtas, parduodamas daiktas (Harrisas apskaičiavo, kad dabartinė versija jam kainavo 5 000 svarų sterlingų, todėl pakeisti gali būti šiek tiek sudėtinga), ji tik padeda įrodyti, kokio lygio šiuo metu yra 3D spausdinimas ir koks. reikės, kad patektų ten, kur norėtų patekti tokios įmonės kaip „Race Ware“ir „Charge“.

„3D spausdinimo ateities raktas yra proceso supratimas“, – sako Philas Kilburnas iš 3T RPD. „Mums prireikė daug misionieriško darbo, kad žmonės patikėtų technologijomis, mokytume žmones, ką jos gali ir ko negali. Tik tada, kai suprasite procesą, galėsite juo pasinaudoti. Dar ne visai, bet kai pasieks, 3D spausdinimas sprogs.’

Smulkus šriftas: kaip iš tikrųjų veikia 3D spausdinimas

Vaizdas
Vaizdas

Nr.

  • Spausdintuvo kamera įkaitinama iki 70°C, o po to, kai vieno pluošto lazeris, veikiantis 1 000°C+ temperatūroje, atskleidžia dvimačius sluoksnius titano miltelių sluoksnyje.
  • Ryški b alta šviesa, kurią matote, yra ne lazerio taškas, o intensyvi šviesa, skleidžiama, kai titano milteliai išsilydo.
  • Grandinės gaudyklės sukonstruotos 20 mikronų sluoksniais – atsekus kiekvieną sluoksnį, spausdintuvo lova nukrenta 0,02 mm, kol išskleidžiamas naujas miltelių sluoksnis.
  • Metalinės spausdintuvų lovos paprastai yra daug mažesnės nei plastikinės spausdintuvų lovos. Tačiau naujausios 3T RPD mašinos jau pagamintos 50 % didesnės nei jų pirmtakai.
  • Didžiulė spausdintuvų didinimo problema kyla dėl fokusuojančių lazerių. Mažesni metaliniai spausdintuvai naudoja vieną lazerį, o didesnio ploto plastikiniai spausdintuvai turi naudoti du.
  • Trijų grandinės gaudyklių atspausdinimas iš titano užtrunka maždaug keturias valandas. Spausdintuvo lovoje galima įspausti iki 50, bet kūrimo laikas pailgės iki maždaug 12 valandų.
  • Baigus statyti, dalis galima išimti beveik taip, kaip išimant akmenį iš smėlio krūvos. Didžioji dalis likusių miltelių yra perdirbama ir grąžinama į kitą konstrukciją.
  • Rekomenduojamas: