3D štampa, takođe poznata kao aditivna proizvodnja, može se štampati sloj po sloj kroz unapred postavljene procedure i digitalne modele, koristeći prskanje u prahu i druge metode, i na kraju dobiti trodimenzionalne proizvode visoke preciznosti. U poređenju sa konvencionalnom ravnom štampom, 3D štampa može da obezbedi trodimenzionalne trodimenzionalne modele; u poređenju sa običnom obradom, 3D štampa ima veći stepen preciznosti i automatizacije. Temelji se na gore navedenim prednostima, tako da tehnologija 3D printanja u kratkom vremenskom periodu promovira upotrebu brze. Naravno, tehnologija se takođe suočava sa mnogim izazovima koje treba prevazići, kao što su materijal, oprema, industrijski standardi. Tržišna perspektiva 3D štampanja je široka, u razumevanju i upotrebi tehnologije 3D štampanja, zasnovanoj na tehnologiji 3D štampanja, i aktivno istražuje strategija inovacije i optimizacije tehnologije 3D štampanja, takođe je postala popularna tema istraživanja.
1.3D štampanje Osnovni principi i tehničke karakteristike
3D štampa, kao vrhunska tehnologija u oblasti industrijske proizvodnje, kombinuje različite tehnologije, uključujući tehnologiju slojevite proizvodnje, mašinstvo, CNC tehnologiju, CAD, lasersku tehnologiju, tehnologiju obrnutog inženjeringa, nauku o materijalima, itd. Može direktno , brzo, automatski i precizno transformišu dizajn elektronskog modela u prototip sa fiksnom funkcijom ili direktno proizvode delove, obezbeđujući na taj način jeftin i efikasan metod za proizvodnju prototipova delova i verifikaciju novih dizajnerskih ideja. Osnovni princip tehnologije 3D štampe je inverzni proces tomografije. Tomografija je nešto "isječeno" na bezbroj naslaganih kriški, 3D štampa je kroz kontinuiranu superpoziciju fizičkog sloja, sloj po sloj za povećanje materijala za stvaranje trodimenzionalne čvrste tehnologije, tako da je tehnologija proizvodnje 3D štampe poznata i kao "tehnologija aditivne proizvodnje".
U poređenju sa tradicionalnom tehnologijom štampanja i proizvodnim procesom, karakteristike 3D štampe su koncentrisane u sledećim aspektima: prvo, jednokratni završetak štampe, bez potrebe za ponovljenim rezanjem, brušenjem, pojednostavljivanjem procesa proizvodnje proizvoda, skraćivanjem proizvodni ciklus. Tehničari moraju unaprijed dobiti trodimenzionalne koordinate i strukturne karakteristike proizvoda, a zatim koristiti poseban softver na računaru za generiranje trodimenzionalnih modela i konačno pomoću kompjuterski kontroliranih 3D štampača da dovrše štampanje i proizvodnju proizvoda. , istinski shvativši "ono što vidiš to i dobiješ". Drugo, trošak je niži, posebno u masovnoj proizvodnji, u poređenju sa tradicionalnom preradom i proizvodnja ima značajnije prednosti u pogledu troškova. Sa stanovišta proizvodnog režima, tehnologija 3D štampanja treba samo da dobije trodimenzionalne koordinate proizvoda i da dizajnira trodimenzionalni model proizvoda, ostatak posla obavlja automatski oprema, samo jedna osoba može biti završena, troškovi rada i vremena su niski. Konačno, stepen preciznosti proizvoda je veći, posebno u proizvodnji preciznih delova, tačnost proizvoda dobijenih 3D štampanjem može dostići nivo od 0.01mm, a podrška za 32-bitnu boju štampanje.
Oprema, materijali i tehnologija su tri osnovna elementa 3D štampe. Što se opreme tiče, uglavnom uključuje 3D štampače, 3D skenere, 3D laserske gravere, laserske tragače itd.; što se tiče materijala, najčešće korišteni materijali uključuju fotoosjetljivu smolu, plastični prah, koštani prah, PLA, itd.; Što se tiče tehnologije, uključuje niz ključnih tehnologija, kao što su 3DP tehnologija, FDM tehnologija fuzionog taloženja (FDM) i SLA tehnologija laserskog očvršćavanja svjetlom. Metode rada, osnovni principi i prednosti primjene ovih tehnologija su prilično različite, kako slijedi.
2. Tehnologija 3DP štampanja
Tehnologija trodimenzionalnog štampanja (3DP) je najčešće korišćena metoda 3D štampanja u ovoj fazi. Oprema koja se koristi je standardni inkjet štampač, koji se može prilagoditi raznim materijalima za štampanje u prahu, kao što su keramički prah, plastični prah i prah za kosti. Nakon prethodnog programiranja i modeliranja, sloj praha se postavlja pod kontrolom kompjuterskih komandi, a zatim se mlaznica pomera da rasprši lepak kroz mlaznicu na definisanu površinu, tako da se praškasti materijali međusobno povežu. Nakon završetka prvog sloja štampe, možete dobiti prototip proizvoda, a zatim nastaviti ponavljati gore navedene korake, nakon mnogo polaganja praha, prskanja, lijepljenja i na kraju dobiti željeni proizvod. Ako trebate štampati proizvode u boji, možete odabrati odgovarajući registrator u boji.
SLA je napravljen od fotoosjetljive smole, tekućeg materijala koji pod zračenjem UV svjetlosti određene talasne dužine (x=325nm) i intenziteta (w=30mw) može brzo proći reakciju fotopolimerizacije, molekularne težina materijala se dramatično povećava, a materijal se iz tekućeg pretvara u čvrsto stanje. Rezervoar za tečnost će se prvo napuniti tečnom fotoosetljivom smolom, helijum-kadmijum laserom ili argon-ionskim laserom koje emituje UV laserski snop u računaru pod manipulacijom radnog komada prema slojevitosti podataka o poprečnom preseku u tečnom fotoosetljivom skeniranju površine. liniju po liniju i tačku po tačku, što čini da područje skeniranja sloja smole proizvodi polimerizaciju i očvršćavanje od formiranja tankog sloja obratka. Kada se sloj očvrsne, stol se pomjera za jednu debljinu sloja i na prethodno očvrsnutu površinu smole nanosi se novi sloj tekuće smole dok se ne dobije 3D čvrsti model.
Oprema koja se koristi u SLS procesu uključuje lasere, ogledala za skeniranje i valjke za nivelisanje. Tehnički proces je sljedeći: prije svega, na radni sto položite sloj praškastog materijala odgovarajuće debljine, dajući prednost fotoosjetljivoj smoli, parafinskom prahu, plastičnom prahu, uglavnom ne koristite keramički prah, metalni prah. Zatim unaprijed postavite program, pročitajte model, u uputama za kontrolu kompjutera, laser će poslati laserski snop, a kroz ogledalo za skeniranje zračenje praškastog materijala na stolu. Kako laser ima vrlo veliku energiju, on će sinterovati praškasti materijal, prvo formirajući vanjsku konturu proizvoda, a zatim nastaviti s polaganjem praha, sinteriranjem praha s vanjske strane prema unutra, a nakon višestrukog polaganja praha, mnogo puta sinterovanja, konačno formiranje željenog proizvoda. U poređenju sa gore navedenim metodama 3D štampanja, proces tehnologije selektivnog laserskog sinterovanja baziran na SLS-u je relativno jednostavan, a brzina proizvodnje proizvoda je veća. Međutim, ova tehnologija ima i nedostataka, kao što su selektivni materijali za štampanje, metalni prah, keramički prah u procesu sinterovanja treba da troši više energije, što će dovesti do povećanja troškova, tako da za metal, keramiku kao glavni materijalni proizvodi, nije prikladno odabrati ovu tehnologiju.
Ova tehnologija ima neku sličnost sa gore opisanom SLA stereo tehnologijom ravnog štampanja, sa glavnom razlikom u korištenju DLP-a (Digital Light Processor). Nakon pripreme tekućeg fotopolimera, direktno iznad materijala postavlja se digitalni procesor visoke preciznosti, a tehničar podešava opremu, pomiče svjetlosni snop na (0.0) koordinatu i završava zračenje pod kontrolom kompjuterskih uputstava, tako da se tečni materijal postepeno stvrdnjava. Proces stvrdnjavanja svjetlom je također sloj po sloj, ali je brzina stvrdnjavanja veća i preciznost oblikovanja proizvoda veća. Osim toga, ima prednost u odnosu na druge tehnologije 3D štampe u pogledu glatkoće površine. Međutim, postoje nedostaci, kao što je visoka čistoća tekućeg fotopolimera, koji mogu negativno uticati na performanse konačnog proizvoda ako se pomiješa s nečistoćama.
LOM proces koristi tanak sloj materijala, poput papira ili plastične folije. Površina lima je prethodno premazana toplim ljepilom. Tokom obrade, valjak za vruću presu vruće pritiska lim da ga poveže sa formiranim radnim komadom ispod; CO2 laser se koristi za izrezivanje konture poprečnog presjeka dijela i vanjskog okvira obratka na novom sloju koji je upravo zalijepljen i za izrezivanje gornje i donje poravnate mreže u redundantnom području između konture poprečnog presjeka i vanjski okvir; nakon što su laserski rezovi završeni, formirani radni komad se spušta radnim stolom kako bi se odvojio od trake (pojas materijala); Mehanizam za dovod materijala rotira osovinu za nanošenje i osovinu za dovod materijala kako bi pomerio traku materijala tako da konačni proizvod neće imati negativne performanse. Mehanizam za hranjenje rotira osovinu preuzimanja i osovinu za dovod, pokrećući traku materijala, tako da se novi sloj pomiče u područje obrade; radni sto se podiže do ravni obrade; vrući tlačni valjak vrući pritisak, broj slojeva obratka se povećava za jedan sloj, a visina se povećava za jednu debljinu materijala; a zatim seče konturu poprečnog preseka na novom sloju. Ovo se ponavlja sve dok se svi dijelovi dijela ne povežu i iseku, što rezultira čvrstim dijelom proizvedenim u slojevima.
PCM je nova tehnologija 3D štampanja koju je razvio Univerzitet Tsinghua 2013. godine. Proces rada je sljedeći: prvo se CAD model dijela crta u kompjuteru, a zatim se parametri modela pohranjuju u obliku STL datoteka . CAD model se konvertuje u model livenja prema modelu dela. Slojevi od vrha do dna, korištenje opreme za skeniranje, sloj po sloj skeniranje, nakon završetka skeniranja modela trodimenzionalnih koordinata, a zatim krenuti od dna do vrha pijeska, vezivanje. U procesu lijevanja korištene su dvije mlaznice, jedna za ubrizgavanje veziva, a druga za ubrizgavanje katalizatora. Dva materijala se raspršuju istovremeno, a nakon kontakta dolazi do koloidne reakcije, formirajući jak sloj materijala. Nakon završetka prvog sloja, drugi i treći sloj se izvode redom dok se ne dobije konačni proizvod.
3. Područja primjene i ograničenja tehnologije 3D štampe
Od pojave prvog komercijalnog 3D štampača 1986. godine, tehnologija 3D štampe je razvijena tek više od 30 godina, ali se široko koristi u mnogim oblastima kao što su građevinarstvo, medicina i avijacija. U građevinskoj industriji, tehnologija 3D štampe se kombinuje sa BIM tehnologijom kako bi se konstruisao 3D model zgrade na računaru, a zatim se ispisao. Kroz 3D trodimenzionalne modele zgrada, pruža se tehnička podrška u prikazu zgrade, referenci za konstrukciju, itd. U medicinskoj industriji, tehnologija 3D štampanja se koristi za proizvodnju simuliranih umjetnih kostiju, sa idealnom kliničkom primjenom. Osim toga, liječnici također mogu koristiti tehnologiju 3D štampanja za proizvodnju patoloških modela, hirurške preglede u simuliranim situacijama, dizajniranje hirurških programa i poboljšanje stope uspješnosti operacije. U oblasti vazduhoplovstva, korišćenjem 3D štampe mogu se proizvesti delovi visoke preciznosti koji zadovoljavaju standarde dizajna i upotrebne zahteve, kao što su lopatice turbine motora, integrisane mlaznice za gorivo itd., što takođe pozitivno doprinosi poboljšanju ukupnih performansi svemirskih letelica. Osim toga, kao što je proizvodnja kalupa za brizganje u industrijskoj proizvodnji, kao i proizvodnja personalizirane robe široke potrošnje, itd., sa zrelošću tehnologije 3D printanja i smanjenjem troškova korištenja, također su promovirani jedan za drugim. .
Tehnologija 3D štampanja u promociji i korištenju procesa, ne samo da ističe snažne prednosti aplikacije, već se suočava i sa više ograničenja. Sa stanovišta trenutnog stanja tehničkih uslova, faktori koji ograničavaju razvoj i promociju 3D štampe uglavnom uključuju sledeće: Prvo, materijal. Kroz gornju analizu, može se vidjeti da su trenutni materijali za 3D štampu uglavnom fotoosjetljive smole, keramika, parafin i tako dalje. U kontekstu proširenja područja primjene, ograničeni broj materijala očigledno ne može zadovoljiti zahtjeve u nekim područjima u nastajanju. Na primjer, nemoguće je koristiti metalne i legirane materijale za 3D ispis, što nameće ograničenja u njegovoj primjeni. Osim toga, cijena materijala je relativno skupa, u serijskoj štampi visoka cijena je također ograničavajući faktor. Drugo, što se tiče opreme, cijena opreme mora biti smanjena da bi se tehnologija 3D printanja u potpunosti komercijalizirala. U ovoj fazi, cijena običnog 3D štampača je oko 5,000 juana, a ukoliko postoje veći zahtjevi za preciznošću cijena opreme se kreće od 10,000 do nekoliko desetina hiljada . Ovo je još uvijek velika potrošnja za obične korisnike, što onemogućuje punu popularnost 3D printanja.
Trend razvoja tehnologije 4.3D štampe
Tehnologija 3D štampe ima široke izglede za razvoj, u kontekstu širenja tržišne skale, da bi 3D štampanje moglo biti standardizovano i industrijalizovano razvoj, potrebno je ojačati vrhunski dizajn i standarde industrije zvuka. Od strane relevantnih vladinih resora, odnosno nadležnih organa industrije, što je prije moguće pripremiti i uvesti jedinstveni sistem standarda, uključujući standarde za materijalnu proizvodnju, standarde za istraživanje i razvoj opreme, standarde za procjenu tehnologije. Sa savršenim standardnim sistemom, razvojem tehnologije 3D štampanja za pružanje jake garancije. Na primjer, posljednjih godina, mnoge istraživačke jedinice su izvršile dubinsko istraživanje nanomaterijala, polimernih kompozita i materijala s funkcionalnim gradijentom. Nakon implementacije jedinstvenog standarda, biće regulisani parametri i standardi različitih vrsta materijala, a prilikom kupovine materijala za 3D štampanje proverićemo da li su u skladu sa standardnim specifikacijama, kako bismo stavili tačku na niske kvalitetnih, "kućinskih" materijala i osiguravaju performanse i kvalitet štampanih proizvoda.
Trenutno, tehnologija 3D štampanja zahteva visok stepen specijalizacije u dizajnu proizvoda i obradi parametara kada se primenjuje. Osim što povećava opterećenje osoblja, to donosi i problem visokog ulaznog praga. Stoga će se razvojem AI tehnologije i tehnologije velikih podataka budućnost tehnologije 3D printanja razvijati u smjeru inteligencije i jednostavnosti, pružajući korisnicima bolje iskustvo. Specifičan razvojni put uključuje dva aspekta: jedan je hardver, odnosno oprema za 3D štampanje. Osim dodatnog smanjenja cijene opreme, trebalo bi omogućiti i humanije funkcije, kao što su funkcije vizualizacije, kako bi se prikazao cijeli proces 3D printanja, korisnici mogu u svakom trenutku podesiti parametre ispisa prema ekranu u realnom vremenu, što je pogodno za dobijanje željenih štampanih proizvoda; drugi je softver, koji pruža softver za dizajn, softver za kontrolu štampanja i drugi funkcionalni softver za podršku više vrsta potreba za štampanjem.
Oprema za štampanje i štamparski materijali su ključ za primenu i razvoj tehnologije 3D štampanja. Istraživanje i razvoj pogodan za potrebe 3D štampanja više vrsta materijala, ali i postati sljedeći korak u razvoju ove tehnologije, inovacija je važna. Osim najčešće korištenih fotoosjetljivih smolastih materijala, očekuje se da će biti i polimerni praškasti materijali, kao što su materijali u prahu parafina, materijali u prahu za oblaganje, materijali od metalnog praha, kao i materijali od spojene žice, drvo-plastični kompozitni materijali, itd. promovisan u 3D štampi. Osim pružanja bogatijeg asortimana pratećih materijala, performanse materijala, čvrstoća i posebna prilagodljivost okolišu također će biti znatno poboljšani, tako da se proizvodi za 3D štampu mogu koristiti u različitim poljima i okruženjima kako bi imali očiglednu prednost u primjeni.
5. Sažetak
Poslednjih godina tehnologija 3D štampanja je pokazala snažne prednosti u primeni u mnogim oblastima, a mnogi precizni delovi i proizvodi zasnovani na tehnologiji 3D štampanja takođe su doneli pozitivne uticaje u promociji razvoja i inovacija industrije. Treba napomenuti da se proširenjem obima primjene tehnologije 3D printanja suočava i sa nekim uskim grlima, posebno u pogledu materijala i opreme. U budućnosti treba obratiti pažnju na istraživanje i razvoj pratećih tehnologija, obezbijediti više alternativnih materijala za štampu, kao i smanjiti troškove štamparske opreme, unaprijediti humani i inteligentni nivo štamparskih operacija, kako bismo pružili tehničku podršku za društveni i ekonomski razvoj.
