3D-printen zet spoelen van plastic filamenten of harsbakken om in fysieke objecten. 3D-printen hoort helemaal niet bij deze wereld. NASA onderhoudt een 3D-printer op het internationale ruimtestation en astronauten kunnen aangepaste hulpmiddelen maken (zoals deze reparatiesleutel) zonder ze de ruimte in te vliegen.
3D-printen is overgenomen door studenten, ondernemers, amateurs en grote fabrieken. Omdat met 3D-printen digitale ontwerpen kunnen worden omgezet in tastbare objecten, is een breed scala aan toepassingen ontdekt.
De arts kan een fysiek model van de anatomie van de patiënt afdrukken om het programma beter te visualiseren en de praktijk te demonstreren. Fabrieksingenieurs kunnen aangepaste armaturen en armaturen maken die tijd besparen en schade tijdens de productie verminderen. De community bevordert ondernemersruimte, leert STEM-vaardigheden en helpt start-ups voor nieuwe bedrijven, het creëren van nieuwe banen en lokale kansen.
Terwijl 3D-printen voornamelijk wordt gebruikt voor de productie van plastic objecten, kan 3D-printen ook metalen objecten produceren, hoewel dit een duurder en minder gebruikelijk proces is dan plastic 3D-printen.
Managementsamenvatting
Wat is 3D-printen? 3D-printen is het proces waarbij fysieke objecten worden gemaakt op basis van een digitaal model. 3D-printen is een toevoegingsproces. De plastic lagen worden na elkaar gebouwd om objecten te maken.
Hoe beïnvloedt 3D-printen de economie?
3D-printen is een integraal onderdeel van de beweging van de fabrikant en komt de gemeenschap, het onderwijs, ondernemers en traditionele bedrijven ten goede. Het helpt de creatie van nieuwe producten en nieuwe bedrijven te bevorderen en leert vaardigheden die kunnen worden omgezet in een verscheidenheid aan technische en professionele banen.
Hoe duur is 3D-printen in vergelijking met traditionele productieprocessen?
Dat hangt ervan af. Het kost veel minder en maakt prototypen, armaturen, tools en armaturen met 3D-printen veel minder tijd. Zodra de setup- en gereedschapskosten zijn betaald, kunnen traditionele productietechnieken (zoals spuitgieten) objecten sneller en tegen lagere kosten produceren.
Welke invloed heeft 3D-printen op de supply chain?
3D-printen is ideaal voor productie op korte termijn en kleinschalige productie. Ook kunnen reserveonderdelen worden "opgeslagen in de cloud", zodat fysieke inventarisatie niet nodig is voordat het object nodig is. Door 3D-objecten wereldwijd in digitale vorm aan te bieden en lokaal af te drukken, kunnen de kosten en tijd van transport volledig worden geëlimineerd.
Kan 3D-afdrukken de productie veranderen?
De productie verandert enorm en 3D-printen is een van de elementen. Andere factoren zijn onder meer een significante toename van het datavolume en de doorvoer, verbeterde analyse, verbeterde menselijke factoren en automatisering van verschillende productieprocessen.
Wat is 3D-printen?
3D-printen is het proces waarbij objecten (meestal plastic, maar soms metaal of composietmaterialen) worden gemaakt van een digitaal model. De meeste 3D-printers voegen materiaal tegelijk aan een zeer dunne laag toe, en daarom worden 3D-printers geclassificeerd als 'additive manufacturing'.
Hoe werkt additive manufacturing?
Computerprinters werken meestal met één regel tegelijk. De 3D-printer lijkt meer op een plotter en verplaatst de printkop langs de X- en Y-as om een patroon te tekenen. In het geval van een 3D-printer is de 3D-printer driedimensionaal. Zodra het patroon is getekend, gaat de printkop omhoog (of de print wordt naar beneden verplaatst) en wordt het andere patroon op de eerste getekend.
Hoe werkt een 3D-printer?
Er zijn verschillende soorten 3D-printers, maar we zullen ons concentreren op twee soorten: fused deposition modelling (of FDM) en stereolithography (of SLA).
FDM begint met een gloeidraadspoel. Dit zijn meestal 1,75 of 2,85 mm dikke strengen die op de as worden gewikkeld. De FDM-printer verwarmt het filament, extrudeert het door het spuitmondstuk en legt een laag op het bouwoppervlak. Deze lagen zijn erg dun en wanneer elke gesmolten laag bovenop de vorige laag wordt gelegd, smelt deze gedeeltelijk na afkoeling.
Na verloop van tijd - soms kost het veel tijd - wordt een object opgebouwd uit honderden of duizenden van deze lagen.
SLA begint met een vloeibare hars. De bouwplaat daalt in de hars (meestal ondersteboven) en licht (soms van de LCD, soms van de UV-laser) produceert een chemische reactie in de hars die hard wordt. Wanneer elke laag wordt blootgesteld aan licht, tilt de printer het bouwplatform iets op van de harscel, waardoor de volgende laag zichtbaar wordt.
FDM is de meest voorkomende vorm van 3D-printen van materiaalextrusie. SLA is de meest voorkomende vorm van fotopolymeer 3D-printen. Deze twee drukmethoden hebben een voldoende laag kostenniveau bereikt dat consumenten, amateurs, opvoeders, ondernemers en kleine bedrijven zich kunnen veroorloven, maar ze zijn meestal beperkt tot de productie van kunststoffen, kunststofcomposieten en nylonmaterialen. .
Andere vormen van 3D-printers kunnen worden gebruikt, maar vereisen grote aanschafkosten. Deze omvatten poederbed 3D-printen (poeder laten vallen en vervolgens versmelten), laminaatproductie (platen aan elkaar lijmen en vervolgens snijden), directionele energieafzetting (dit is enigszins vergelijkbaar als de lasser en de FDM-printer zijn geboren) en elektronenstraalvrije fabricage (een elektronenstraal in een vacuüm uitwerpen om gesmolten metaal te produceren op basis van een 3D-model).
Deze laatste vormen van 3D-printen worden meestal gebruikt om metalen onderdelen te maken, terwijl FDM en SLA het meest worden gebruikt om plastic objecten te maken.
Alles gemeen is dat ze nieuwe objecten maken door geleidelijk grondstoffen toe te voegen en te vermengen.
Wat 3D printen niet is
De 3D-printer is geen Star Trek-replicator. Iedereen met een 3D-printer zal u vertellen dat zodra de gast de printer in actie ziet, zijn verbeelding enthousiast zal zijn. Bijna onmiddellijk zullen ze beginnen met het typen van items die ze willen maken. Vaak zijn dit niet eens bestaande items, maar ze geloven dat de magie van 3D-printen 's nachts nieuwe uitvindingen kan creëren.
Hoe beïnvloedt 3D-printen de economie?
Net zoals 3D-printen een factor is in de transformatie-trend van de digitale productie, is 3D-printen een onderdeel van een grotere economische trend en de opkomst van de beweging van de fabrikant.
Een opwindend aspect van productie is de inclusiviteit en genderneutraliteit. Het omvat alles van poppen maken tot robotontwerp, van scrapbooking tot meubels maken, van leer maken tot 3D-printen. Dit is een woord dat alles bevat dat dingen puur en eenvoudig maakt.
Productie is anders dan productie, hoewel het vaak leidt tot productie. Wanneer iemand een product ontwerpt en een prototype bouwt, overweeg het te maken. Als het prototype eenmaal in actieve productie is, is het in productie. Nu, door desktopproductie te combineren met crowdfunding, kunt u zeer complexe prototypes ontwerpen die vervolgens door potentiële klanten worden gefinancierd.
Voor- en nadelen van FDM- en SLA-printers
Aangezien FDM- en SLA-printers al beschikbaar zijn voor amateurs en professionals, zijn ze het meest voorkomende type 3D-printer. De consumentenversie kan worden gebruikt voor honderden dollars en professionele machines voor prototyping en armatuurproductie zijn geprijsd tussen $ 3.000 en $ 6.000.
Dit zijn de 3D-printtechnologieën waarin u waarschijnlijk investeert.
FDM-printer
FDM is de eerste mainstream amateur 3D-printtechnologie, nog steeds toonaangevend op het gebied van merk- en productaanbod en verkoopvolume.
Een van de belangrijkste uitdagingen van 3D-printen is om een succesvolle afdruk van het object te krijgen. Het afdrukken is mislukt omdat het afgezette plastic te snel verhit of afkoelt omdat de laag niet succesvol hecht omdat de afdruk loskomt van het printoppervlak van de printplaat vanwege verstopping van de gloeidraad in de extruder, evenals verschillende andere productieproblemen.
FDM-printers kunnen in verschillende soorten plastic afdrukken. Elk plastic heeft verschillende kenmerken die het afdrukken gemakkelijker of moeilijker maken en verschillende kenmerken produceren in het afgewerkte onderdeel.
Het meest voorkomende type filament is PLA (polymelkzuur), dat zeer gemakkelijk te bedrukken is, maar zeer bros kan zijn en in de zon vervormt.
Nylon is zeer flexibel, maar het vereist meestal veel gedoe om de afdrukinstellingen te laten werken.
ABS is sterker (het is gemaakt van LEGO), maar de koelsnelheid zorgt er meestal voor dat de onderliggende krul de hele afdruk vervormt. Het heeft ook een onaangename geur en matig giftige dampen.
Sommige leveranciers injecteren basale kunststoffen (voornamelijk PLA) in andere materialen, waaronder hout, metaal en koolstofvezel. Elk van deze wijzigt de kenmerken van het voltooide afgedrukte object.
De meeste FDM-printers hebben een extruder die één filamentrol per keer kan afdrukken. Meer geavanceerde (en dure) FDM-printers kunnen tegelijkertijd twee, drie, vier of meer filamenten afdrukken, waardoor de printer kleuren, functionele eigenschappen (zoals massieve kunststoffen en flexibele scharnieren) en oplosbare ondersteunende materialen kan combineren.
De afdruk bestaat uit een reeks gesmolten plastic, dus overhangend kan een probleem zijn. Hoewel FDM-printers meestal cirkels of hoeken van maximaal 45-60 graden kunnen afdrukken, kunnen ze niet afdrukken op de luchtspleet omdat het gesmolten plastic gewoon in de spleet zinkt.
Om de grote gaten te compenseren, zullen de meeste printers ondersteuning produceren, of een tijdelijke plastic toren die het bruggebied kan ondersteunen. De monofilamentprinter gebruikt hetzelfde materiaal als het object zelf en heeft verschillende instellingen waarmee u de ondersteuning eenvoudig kunt verwijderen.
Dual-filamentprinters drukken vaak af met een oplosbaar ondersteuningsmateriaal zoals PVA (polyvinylalcohol), dat vrijwel hetzelfde materiaal is als waar Elmer's Glue van is gemaakt. Zodra de dubbele filamentafdruk is voltooid, wordt deze uren (of soms dagen) ondergedompeld in water en lost de PVA op, waardoor een intacte afdruk achterblijft met de open plekken die de ontwerper voor het uiteindelijke object bedoelde.
Omdat FDM-printers in lagen afdrukken, kan de oriëntatie van het object dat wordt afgedrukt belangrijk zijn. Banden tussen lagen zijn vaak zwakker dan lineaire reeksen plastic. Daarom moet bij plaatsing op het bed rekening worden gehouden met alle objecten die waarschijnlijk onder stress staan.
FDM-printers zijn er in verschillende formaten. Hoe groter het formaat, des te uitdagender de afdruk, omdat het vaak moeilijk is om de warmte-eigenschappen in het volledige bouwgebied in evenwicht te brengen.
FDM-printers bieden ook verschillende spuitmondmaten. Hoe groter het mondstuk, hoe meer materiaal per minuut wordt geëxtrudeerd, maar hoe minder verfijnd het eindresultaat. Hoe kleiner het mondstuk, hoe gedetailleerder de afdruk. Afdrukken met grote spuitopeningen of kleine spuitopeningen brengt andere uitdagingen met zich mee, vaak gerelateerd aan ondersteuningen, bruggen en warmtebeheer.
SLA-printer
SLA-printers hebben veel functies die ze uit de mainstream halen:
De vloeibare harsen die ze gebruiken zijn zeer giftig in hun niet-uitgeharde vorm. Als u het krijgt, kan dit pijnlijke brandwonden of uitslag veroorzaken.
De afgewerkte afdruk moet in een bad worden verwerkt en vervolgens worden uitgehard. Ze zullen tijdens deze verwerkingstijd vervormen. Ze zijn ook giftig.
SLA-printers zijn lastiger dan FDM-printers vanwege vloeibare harsen en verwerkingsbaden.
SLA-printers hebben meestal zeer kleine bouwgebieden, wat resulteert in typisch kleine afdrukken. Harsen worden meestal specifiek geformuleerd voor een bepaalde printer, zodat de gebruiker het product van de leverancier kan vergrendelen, wat materiaal- en kleurkeuzes kan beperken.
Toch worden SLA-printers steeds populairder, vooral omdat ze afdrukken produceren met zeer fijne details en een paar lagen lagen. Dit maakt ze bijzonder geschikt voor het maken van prototypen van sieradenontwerpen en -matrijzen, kleine medische en tandheelkundige ontwerpen en hobby's zoals modelspoorbanen en spelminiaturen.
Ontwerp en voorbereiding van prints
Het proces van het verplaatsen van creatieve naar 3D-geprinte objecten moet eerst twee softwaretooltechnologieën passeren: 3D-modelleringssoftware (of CAD) en een slicer.
3D-modelleringssoftware
3D-modelleringssoftware (ook bekend als CAD (voor computerondersteund ontwerp)) kan worden beschouwd als de creatie-engine voor 3D-modellen. Op dezelfde manier kunt u Photoshop gebruiken om afbeeldingen te maken, Illustrator om illustraties te maken of Word gebruiken om dergelijke artikelen te maken en CAD-software voor het maken van 3D-modelontwerpen.
Er zijn veel CAD-programma's en elk programma is het meest geschikt voor verschillende taken. Ik wissel tussen TinkerCAD en Fusion 360, afhankelijk van of ik een snel onderdeel of een complexer ontwerp moet bouwen.
Slicer
Het CAD-programma genereert een virtueel model van het 3D-object. Maar het meeste 3D-printen gebeurt laag voor laag. Het proces van het omzetten van een 3D-ontwerp in een reeks machinebewegingen op een tweedimensionaal vlak (en vervolgens het vlak verplaatsen) is de taak van het snijprogramma.