3D spausdintuvų klasifikacija

3D spausdintuvų atsiradimas pradėjo naują technologijų erą – dabar galima spausdinti trimačius objektus. Trimatį daiktą būtų galima naudoti įvairiai – nuo žaislų iki medicininių protezų. Veiklos pagrindas yra skaitmeninis modelis (arba brėžinį), kuris vėliau išverčiamas į tikslią realią kopiją. Šie prietaisai gali būti skirtingos talpos ir konfigūracijos, taip pat namų ir pramoninės versijos. Dabartinių tipų 3D spausdintuvuose naudojamos įvairios medžiagos, kad būtų galima spausdinti apimtis.

3D spausdinimo technologija

Yra speciali naudojamos technologijos klasifikacija, kuri bus naudinga kiekvienam būsimam 3D spausdintuvo savininkui:

• FDM;
• Polyjet arba MJM;
• OBJEKTYVAS;
• LOM;
• SLA;
• SLS;
• 3DP;

FDM

tai populiariausia technologija aptariamuose įrenginiuose. FDM (lydomojo nusodinimo modeliavimo) atveju mašina pro specialų antgalį sluoksnis po sluoksnio išspaudžia eksploatacinę medžiagą. Tai apima:

• į „makerbot” panašūs įrenginiai;
• „Stratasys” spausdintuvai;
• vienetai, naudojami kulinarijoje (sūris, tešla ir glaistas naudojami kaip padažas);
• medicinos prietaisai (medicininis gelis su gyvomis ląstelėmis).

Polyjet

Įdomus ir MJM (Multi Jet Modeling), kuris apima kelių srovių modeliavimas. Procesas panašus į įprastinį rašalinį spausdintuvą dėl mažų purkštukų (jų gali būti šimtai), kurie paduoda medžiagą per. Sutvirtėjus ankstesniam sluoksniui, bus suformuotas norimas 3D modelis.

Eksploatacinės medžiagos yra fotoplastikas ir plastikas, taip pat tinka specialus vaškas. Paprastai toks tūrinis spausdinimas naudojamas gaminant medicininius implantus, dantų protezus ir atspaudus.

Galima gauti įvairiaspalves versijas, taip pat objektus su skirtingomis savybėmis, pavyzdžiui, elastingas kartu su kietuoju.

Šios technologijos naudojimo trūkumai – labai brangi pradinė medžiaga ir su ja susijusios išlaidos trapus rezultatas. Įprastai naudojami medicinoje ir pramoninių prototipų kūrime.

OBJEKTYVAS

LAZERINIO INŽINERINIO TINKLO FORMAVIMO metu iš purkštuko išpurkštos eksploatacinės medžiagos iš karto patenka į lazerio spindulio fokusą, todėl gali iš karto sukepti. Naudojant metalo milteliai padėjo gaminti objektus iš plieno ir titano, todėl 3D spausdintuvus galima naudoti pramonėje. Daugelį lydinių iš tikrųjų galima maišyti ir formuoti tiesiogiai šio proceso metu. Pavyzdžiui, gaminamos titaninės turbinų mentės.

LOM

Gaminant laminuotus objektus ploni ir jau laminuoti lakštai lazeriu išpjaunami, suklijuojami, sukepinami arba supresuojami į trimatį objektą. Taip galima spausdinti plastikinius, aliumininius ir popierinius 3D objektus.

Beje, aliuminio objektų šaltinis yra atitinkama folija – ji bus „sukepinta” naudojant ultragarsinę vibraciją.

Nepaisant originalios medžiagos lengvumo, popieriniai modeliai yra labai patvarūs ir beveik nieko nekainuoja. Tačiau reikia nusiteikti, kad tokį produktą dažnai lydi daugybė atliekų. Pastarųjų galima išvengti ant to paties lapo padėjus kelis mažus objektus.

SLA

Norėdami suprasti, kaip veikia stereolitografija, įsivaizduokite vonią, pilną su skystu polimeru. Lazerio spindulys pereina per jo paviršių ir polimerizuoja sluoksnį. Kai vienas iš sluoksnių bus paruoštas, platforma nuleis detalę žemyn, kad skystas polimeras užpildytų ertmes. Tada situacija pasikeičia: ruošinys pakeliamas į viršų, o pats lazeris atsiduria apačioje.

Taikant šį metodą reikia apdoroti paviršių šlifuojant ir pašalinant perteklinę medžiagą. Kartais rezultatas papildomai kepamas ultravioletinėse krosnyse.

Tokio spausdintuvo negalima laikyti namuose:

• dėl fotopolimero toksiškumo;
• dėl didelių priežiūros išlaidų.

SLS

Selektyvusis sukepinimas lazeriu yra panašus į pirmiau aprašytą procesą, tačiau vietoj fotopolimero naudojami lazeriu iškepti milteliai. Nereikia baimintis, kad proceso metu dalys gali sulūžti, o kaip eksploatacines medžiagas galima naudoti plieną, nailoną, bronzą, titaną, keramiką, stiklą, liejimo vašką ir kitas medžiagas.

Ši technologija apima sudėtingų daiktų kūrimą. Tai puikiai tinka, pavyzdžiui, kuriant prototipus, juvelyriniams dirbiniams. Neiškepę milteliai palaikys kabančius elementus, todėl nereikia formuoti specialių atraminių korpusų.

3DP

3DP metodą sudaro klijų sluoksnis, po to – šviežių miltelių sluoksnis ir procesas kartojamas. Gaunama medžiaga, panaši į gipsą (smiltainį). Jei į šiuos klijus įpilama dažų, sukuriami spalvoti objektai. Technologija yra saugi naudoti namuose ir biure. Medžiagoms, tinkamoms stiklui, kaulams, gumai ir net pjuvenų milteliams.  Taip pat gali būti gaminamas su valgomos figūros (naudojant šokolado arba cukraus miltelius) – tik šiuo atveju naudojami specialūs maistiniai klijai.

Ne be trūkumų – galutinis rezultatas gali būti šiurkštaus paviršiaus ir mažos skiriamosios gebos.

Spausdintuvų klasifikavimas pagal naudojamos medžiagos tipą

Užpildyta technika lemia 3d spausdintuvų tipus. Lazeris Vienetai sukepina ir laminuoja miltelius. Purkštukų išpurškimas 3DP spausdintuvu vienas po kito klijuojami naudojamos pagrindinės medžiagos sluoksniai, o tada jie sujungiami. Kitas žingsnis – aušinimas. Čia galima naudoti įvairių rūšių fotopolimerinio plastiko, dervų, miltelių, silikono, metalo ir vaško komponentus. Pažiūrėkime, kaip šis metodas veikia įvairias medžiagas.

Milteliai

Šio metodo principas pasireiškia šiais etapais:

• Pagal pateiktą modelį spausdinimo galvutė tam tikrose vietose pradeda naudoti specialų rišiklį;
• Milteliai tepami plonu voleliu ir sukepinami ant medžiagos.
• procesas kartojamas.

Toks prietaisas yra gana realus kurti savo rankomis – pakanka turėti būtinus komponentus. Dar viena tokio prietaiso premija „į taupyklę” – darbas su metalo milteliais.

Gipsas

Gipsinis variantas taip pat užpildytas milteliais, tačiau jau su atitinkamais milteliais – nuo gipso iki glaisto, cemento ir pan. Privaloma segtuvai. Tokie spausdintuvai dažniausiai naudojami interjero dekoracijoms kurti. Produktai čia labai įvairūs.

Fotopolimeras

Objektų gamybai naudojami skysti fotopolimerai. Įdomus principas Figūros pagamintos iš. Pagal kompiuterinį modelį UV lazeris apšviečia tam tikras sritis. Tuomet jie bus kietinami ultravioletine šviesa. Toks glazūravimas taip pat bus atliekamas naudojant specialiai paruoštą fotoplokštelę, tačiau šiuo atveju bus naudojama UV lempa. Rašto tuščia vieta keičiasi su kiekvienu nauju sluoksniu.

Pasirinkus stereolitografinio spausdinimo techniką, galima mėgautis dideliu aplinkos tikslumu. Vienintelis trūkumas – mažas greitis, tačiau jei svarbus tikslumas, laikas nėra problema.

Vaškas

Šis prietaisas spausdina su vašku – medžiaga, kurios lydymosi temperatūra yra žema. Ši nuosavybė turi papildomą privalumą – su ja lengva dirbti. Todėl kontūro aiškumas ir tikslumas yra nepriekaištingas.

Kaip pasiekti spalvą

Naudojant šią technologiją, naudojant specialią spausdinimo galvutę, galima pagaminti įvairių spalvų objektus. Iš karto yra kelios ekstruderiai – Komponentai, galintys išlydyti ir užtepti naudojamą eksploatacinę medžiagą.

Dauguma šių įrenginių naudojami vaikų žaislų gamyboje. Kitas pritaikymas – dizaino papuošalų kūrimas.

Yra dar vienas metodas, vadinamas „sublimacija„. Šio tipo spausdintuvai naudojami, jei reikia perkelti vaizdą (pvz., iš nuotraukos) ant reljefinio paviršiaus. Norint sukurti dizainą, dažai tam tikrose vietose kaitinami – dėl temperatūros poveikio jie išgaruoja, ir lieka norimas raštas.

Kaip pasirinkti 3D spausdintuvą

Rinkdamiesi spausdintuvą pirmiausia turite nuspręsti, kokia technologija spausdinti. Mėgėjiško lygio aparatai, kuriuos potencialiai gali įsigyti ne visa įmonė, o tik vidutinis vartotojas, veikia pagal plėtrą, vadinamą „Plastic Jet” (PJP), Kai kuriuose šaltiniuose jis vadinamas lydomojo nusodinimo modeliavimu (Fused Deposition Modeling, FDM) arba lydomųjų gijų gamyba (Fused Filament Fabrication, FFF). Iš esmės tai tas pats.

Mėgėjiško spausdinimo medžiagų tipai

Dažniausiai spausdinant ant šio tipo prietaiso naudojamas skirtingų savybių plastikas. Jis supakuotas į plastikinę virvelę, suvyniotą ant ritės arba supjaustytą šiaudeliais. Masinėje gamyboje naudojamas dviejų rūšių plastikas: ABS ir PLA.

ABS plastikas Saugi, netoksiška, tinkama vaikams skirtiems gaminiams ir gali būti naudojama vaikų akivaizdoje. Tvirtai dėvimi, ilgai tarnaujantys gaminiai. Plastiko trūkumas yra tas, kad saulėje ir dideliame šaltyje jis praranda prekinę išvaizdą. Jis dažniau naudojamas profesionalioje gamyboje.

PLA plastikas (polilaktidas) yra trapesnis ir ne toks patvarus. Tačiau jis yra lankstesnis ir suteikia daugiau galimybių kurti sudėtingas formas. Tai natūralus produktas, pagamintas iš kukurūzų ir cukranendrių. Aplinkai nekenksmingas šalinimas – 100 % suyra į nekenksmingas sudedamąsias dalis. PLA gaminiai yra atsparūs dilimui, išlaiko savo geometriją. Todėl šis plastikas puikiai tinka judantiems elementams.  Apskritai, tai labiau mėgėjiška plastiko versija.

Alternatyvios medžiagos 3D spausdinimui

Be plastiko, šiuose spausdintuvuose naudojamos šios medžiagos.

1. Nerūdijantis plienas. Naudoti tik su profesionalia įranga. Suteikia daugiau galimybių gaminti detales.
2. Mediena. Iš tikrųjų tai ne mediena, o rišamojo polimero ir medienos priedo mišinys.  Ši medžiaga yra labai brangi ir nereikalauja jokių specialių įgūdžių. iš jo pagaminti gaminiai yra „šilti”, išvaizda nesiskiria nuo medienos.
3. Dervos taip pat daug kainuoja. Juo galima spausdinti labai tikslias detales, kurių paviršius yra puikios kokybės – lygus ir patvarus. Veikiant saulei derva praranda skaidrumą.
4. Nailonas. Daugiausia naudojamas pramonėje ir medicinoje.

Svarbu! Perkant medžiagą spausdinimui būtina atsižvelgti į tai, kad ritės formatas ir laido storis turi sutapti su spausdintuvo eksploatacinėmis savybėmis.

3D spausdintuvų savybės

Norėdami pasirinkti spausdintuvą arba atlikti analizę, kad nustatytumėte lyderį, turite suprasti pagrindines įrenginių savybes.

1. Spausdinimo sritis. Šis parametras apibrėžia didžiausią detalių kiekį, kurį galima pagaminti naudojant nurodytą įrangą. Dokumentuose nurodomas kubo tūris.cm arba ribinės linijos matmuo mm.
2. Spausdinimo raiška (sluoksnis). Tai sluoksnio, kuriuo padengta medžiaga, storis. Kuo didesnė skiriamoji geba, tuo smulkesnis plastikas, tuo smulkesni reljefai, tuo geresnė paviršiaus kokybė. Jei ši vertė mažesnė, detalės gaunasi labiau „gremėzdiškos”, be smulkių detalių. Kai kuriuose įrenginiuose šį parametrą gali nustatyti operatorius.
3. Ekstruderis. Tai spausdintuvo komponentas, atsakingas už spausdintuvo paruošimą (įkaitinimą) ir išpurškimą. Plastikas (arba kita žaliava) aukštoje temperatūroje suminkštėja antgalyje ir tiekiamas į spausdintuvą (ekstruzijos būdu). Šį mazgą sudaro pats antgalis, virvės (plastikinių gijų) transporteris, temperatūros reguliatorius ir aušinimo mechanizmas. 3D spausdintuvai su vienu ekstruderiu vienam praėjimui gali dirbti tik su vienu siūlu. Kad būtų galima spausdinti įvairiomis spalvomis, turi būti bent 2-3 ekstruderiai. Pramoninėse mašinose galima naudoti vieną įrenginį su dviem purkštukais. Jis yra brangus, o buitiniai prietaisai nėra įrengti.
   

   3D spausdintuvas su dviem ekstruderiais

4. Spausdintuvai gali „prisijungti” prie išorinių įrenginių (kompiuterio, išmaniojo telefono ar tiesiog išorinės atminties) per USB ir (arba) „Wi-Fi”. Ne visada būtina sąlyga operacijai atlikti.
5. Spausdintuvo programinė įranga (programinė įranga). Ji iš anksto įdiegta pagal numatytuosius nustatymus. Jis atsakingas už atpažinimą, dokumentų apdorojimą stl formatu spausdinant. Šie failai kuriami profesionaliomis programomis, pavyzdžiui, „Sketchup” ir „Autodesk Inventors Fusion”.
6. Papildomos funkcijos. Ergonomika, dizainas ir kitos detalės netrukdo spausdintuvo veikimui, tačiau dažnai lemia jo kainą.

3D spausdintuvai gali būti tiekiami kaip atskiras įrenginys (surinktas) arba kaip konstruktoriaus rinkinys (pasidaryk pats). Antrasis variantas kainuoja gerokai mažiau.

Trumpai tariant

3D spausdinimas pritraukia daugybę žmonių, kurie juo domisi iš asmeninio smalsumo arba gamybos tikslais. Neturintiems patirties šioje srityje nėra sunku išmokti tūrinio spausdinimo meno tiek virtualiuose, tiek realiuose kursuose. Svarbesnis bus kitas: kokiais konkrečiais tikslais planuojama įsigyti tokį prietaisą. Tinkamas prioritetų nustatymas ir žinios apie taikomąją technologiją leidžia išnaudoti visą technikos potencialą.