Что такое 3D печать?
Самый полный путеводитель в мир 3D печати
3D-печать - это производственный процесс, который создает физический объект из 3D модели. Существуют различные технологии и материалы для 3D-печати, которыми вы можете печатать, но принцип построения 3D модели всегда один и тот же: трёхмерная модель превращается в твердый трехмерный физический объект путём нанесения слой за слоем жидкого, расплавленного или порошкоподобного материала.
В этом руководстве вы найдете всё, что вам нужно знать о 3D-печати, начиная с самых азов, прежде чем погрузиться глубже, чтобы дать вам экспертные знания, которые будут нужны прежде чем вы начнёте свою работу.
Основы
Как происходит 3D печать?
Каждая трехмерная печать начинается с цифровой 3D модели. Если совсем писать как в руководстве для чайников, то это как будто текст для печати документа, только вместо текста одно из сотни или тысячи сечений будущего объекта, а бумага как материал за счёт чего Ваш документ можно прочитать держа в руке. То есть 3D модель нарезается на тонкие слои кратные высоте слоя 100,50,25 микрон и т.д., которые затем отправляться на трехмерный принтер.
Дальше весь процесс 3д печати зависит от технологии , начиная с настольных принтеров, которые расплавляют твёрдый пластмассовый пруток и укладывают его на платформу для печати и заканчивая крупными промышленными машинами, которые используют лазер для избирательно запекания металлического порошка например, при высоких температурах. Печать может занимать несколько часов, или даже несколько дней в зависимости от размера детали, технологии, и параметров печати, и настроек самой печати. Напечатанные объекты часто поддают для достижения лучшего результата или повышения чистоты поверхности.
Доступные материалы также различаются по типу принтера: от пластмасс до резины, порошков металлов и сплавов - все больше и больше материалов появляются на рынке каждый год.
Коротко о истории 3D печати
Сегодня, когда вы упоминаете имя Чарльза (Чака) Халла для среднего человека, они, вероятно, не имеют понятия, кто это черт возьми, о ком вы говорите. Однако, если бы вы упоминали это имя тому, кто так же восхищен аддитивным производством / 3D-печатью, как я, то вероятно Вы бы знали, что он является Томасом Эдисоном из всей индустрии 3D-печати. Чак Халл был человеком, который создал первый 3D-принтер, способный создавать физические объекты.
Первый 3D-принтер Hull был достаточно успешным, а это более 30 лет назад, 9 марта 1983 года. В то время «трехмерная печать» все еще многим отличалась от того, что мы можем видеть сегодня. Аппарат для быстрого прототиприрования «SLA-1» был создана для ускорения процессов необходимых для создания прототипов продуктов. Раньше это занимало примерно 6-8 недель, используя одноразовые технологические процессы еще в начале 80-х, поэтому машина, которая могла распечатать часть за несколько часов, стала крупным прорывом в обрабатывающей промышленности.
Три года спустя, в 1986 году, Халл создал компанию под названием 3D Systems, чтобы лучше продавать и продавать свои машины «Быстрого прототипирования», которые с тех пор заработали название «3D-принтер».
21 мая прошлого года Халл заслужил честь быть введенным в Зал славы национальных изобретателей в Александрии, штат Вирджиния, присоединившись к рядам многих потрясающих изобретателей перед ним, включая Уилбера Райт, Генри Форда, Стива Джобса и вышеупомянутого Томаса Эдисон. Халл был отмечен за изобретение стереолитографии (SLA), а также совместное создание формата STL-файла, наиболее распространенного формата файла 3D-печати, который использовался на сегодняшний день.
Плюсы и минусы 3D-печати
Крайне важно понимать, что трехмерная печать - это технология которая очень быстро развивается, так как у неё ряд есть ряд неоспоримых преимуществ так и есть некоторые недостатки, как в принципе и в любой отрасли. Мы собрали примеры с обеих сторон, чтобы помочь вам разобраться в факторах которые влияют на процесс 3д печати, и дать Вам виденье того как технология будет развиваться в ближайшем будущем.
Pro Создание сложных конструкций
3D-печать позволяет дизайнерам создавать сложные формы и детали, многие из которых не могут быть изготовлены традиционными способами изготовления. Это означает что с помощью аддитивных методов производства сложность больше не имеет значения; сложные разработки изделий со сложной геометрией теперь стоят столько же, сколько и для простых конструкций изделий, которые соответствуют всем традиционным правилам обычного производства.
Pro Настройте каждый элемент индивидуально
Вы когда-нибудь задумывались, почему мы покупаем нашу одежду, которая имеет чёткие стандарты размеров? С традиционными методами производства, это просто дешевле, чтобы делать и продавать продукцию по доступной цене для потребителя. В качестве альтернативы, трехмерная печать позволяет упростить индивидуализацию; нужно только изменить дизайн в цифровом виде, чтобы внести изменения без каких-либо дополнительных инструментов или другого дорогостоящего производственного процесса, необходимого для производства конечного продукта. Как результат каждый элемент дизайна может быть настроен для удовлетворения конкретных потребностей пользователя без дополнительных производственных затрат.
Pro Нет необходимости в пресс-формах, при мелкосерийном производстве
При литье металлов или литье пластиков под давлением каждая деталь требует новой прес формы, то есть фактора, который в 99% случаев сильно увеличивает затраты на производство элемента. Чтобы окупить эти производственные издержки, большинство компаний полагаются на тысячи тех же предметов, которые уже продаются. В качестве альтернативы, поскольку трехмерная печать - это процесс «моно инструментальный», но в то же время мульти функциональный, нет необходимости изменять какой-либо из параметров процесса, достаточно просто внести изменения в трехмерную модель. И особенно это важно на этапа разработки так как это существенно снижает её стоимость и сроки, перед запуском в серийное производство
Pro Скорость и простота прототипирования, быстрый и самый безопасный путь на рынок сбыта
Поскольку для создания объектов с помощью трехмерной печати не требуется дорогостоящего оборудования - это особенно экономичный метод производить свою продукцию для дизайнеров или предпринимателей, которые стремятся проводить маркетинговые испытания или небольшие производственные тиражи - или даже запускать свои продукты через сайты, такие как Kickstarter например. Таким образом, трехмерная печать предлагает гораздо менее рискованный путь на рынок для тех, кто занимается разработкой идеи или продукта.
Pro Меньше отходов
Многие традиционные производственные процессы являются субтрактивными: вы начинаете с блока материала, вы вырезаете его, обрабатываете до тех пор, пока он не будет соответствовать вашему предполагаемому дизайну. Для многих продуктов, таких как кронштейн для самолета, - это нормально, чтобы потерять 90% сырья во время этого процесса.
В качестве альтернативы, трехмерная печать является аддитивным процессом; вы создаете объект из исходного материала слой за слоем. Естественно, когда объект создается таким образом, он использует столько материалов, сколько необходимо для создания этого конкретного объекта. Кроме того, большинство из этих материалов могут быть переработаны обратно в исходное сырье.
Con Более высокая стоимость больших производственных циклов
Несмотря на все преимущества производства с помощью аддитивных методов, трехмерная печать еще не конкурентоспособна с традиционными производственными процессами, когда дело доходит до крупных производственных циклов. В большинстве случаев этот поворотный момент составляет от 1000 до 10000 единиц, в зависимости от материала и технологии. Однако, поскольку цены на принтеры и сырье продолжают снижаться, ожидается, что диапазон эффективного производства еще больше возрастет.
Con Меньший выбор материалов и цветов.
Несмотря на то, что сегодня доступно более шестисот трехмерных печатных материалов, большинство из которых - пластики и металлы, выбор по-прежнему ограничен по сравнению с обычными материалами, цветами и отделкой. Тем не менее, эта область быстро догоняет, количество новых материалов, добавленных в список материалов для 3D-печати, который растет с каждым годом, включая древесину, металлы, композиты, керамику и даже шоколад.
Con Ограниченная прочность и выносливость
В некоторых технологиях 3D-печати прочность деталей неравномерна из-за процесса послойного изготовления. Таким образом, части, которые были напечатаны в 3D, часто слабее, чем их традиционно изготовленные копии. Повторяемость также нуждается в улучшении; детали, изготовленные на разных машинах, могут иметь слегка разные свойства. Однако по мере того, как технические усовершенствования продолжают поступать появляются новые непрерывные процессы 3D-печати, такие как Carbon3D , эти ограничения, и скорее всего, исчезнут в ближайшем будущем.
