Wyjaśnienie podstaw druku 3D

Druk 3D nazywany jest produkcją addytywną, ponieważ buduje obiekty warstwa po warstwie, dodając materiał tylko tam, gdzie jest to potrzebne. Kontrastuje to z tradycyjnymi metodami subtraktywnymi, takimi jak obróbka CNC, które polegają na wycinaniu z litego bloku w celu stworzenia części. Procesy addytywne skutkują mniejszą ilością odpadów materiałowych, większą swobodą projektowania i możliwością tworzenia złożonych geometrii wewnętrznych, które byłyby niemożliwe przy użyciu konwencjonalnych metod. Termin ten odzwierciedla zarówno sam proces, jak i jego zalety.

Druk 3D został wynaleziony w 1983 roku przez Chucka Hulla, który opracował pierwszą technologię znaną jako stereolitografia (SLA). Opatentował on ten proces w 1986 roku i założył 3D Systems, jedną z pierwszych firm zajmujących się drukiem 3D. Ta innowacja zapoczątkowała produkcję addytywną, umożliwiając tworzenie obiektów warstwa po warstwie z modeli cyfrowych. Od tego czasu dziedzina ta ewoluowała, obejmując różne technologie, takie jak FDM, SLS i DLP. Obecnie druk 3D jest szeroko stosowany w branżach takich jak motoryzacja, lotnictwo, medycyna i produkty konsumenckie.

Pierwsza drukarka 3D została wynaleziona przez Chucka Hulla w 1983 roku, który opracował proces stereolitografii (SLA). Opatentował tę technologię w 1986 roku i był współzałożycielem firmy 3D Systems, która skomercjalizowała pierwsze systemy druku 3D. Chuck Hull jest powszechnie uznawany za ojca druku 3D. Jego wynalazek położył podwaliny pod różnorodne technologie wytwarzania przyrostowego stosowane obecnie.

Druk 3D, czyli produkcja addytywna, tworzy obiekty warstwa po warstwie z plików cyfrowych, w przeciwieństwie do metod subtraktywnych, które wycinają materiał. Oferuje niezrównaną elastyczność projektowania i umożliwia szybką iterację bez form i narzędzi.

Obiekt wydrukowany w 3D to taki, który został wykonany bezpośrednio z modelu cyfrowego przy użyciu procesu addytywnego. Oznacza to, że przedmiot został stworzony bez tradycyjnych form, często przy minimalnych stratach materiałowych i prawdopodobnie ma złożoną geometrię lub niestandardowe detale.

Druk 3D może być wykorzystywany do prototypowania, tworzenia narzędzi, części zamiennych, rozwoju produktów, urządzeń medycznych, a nawet komponentów końcowych. Obsługuje branże takie jak lotnictwo, motoryzacja, architektura i towary konsumpcyjne. Ze względu na swoją elastyczność idealnie nadaje się również do produkcji krótkoseryjnej i złożonych niestandardowych geometrii.

Oprogramowanie slicer konwertuje cyfrowy projekt na warstwy, generując instrukcje G-code dla drukarki. Następnie drukarka buduje obiekt warstwa po warstwie, używając materiałów takich jak filament, żywica lub proszek.

Zaczyna się od zaprojektowania modelu 3D w oprogramowaniu CAD, który jest następnie dzielony na warstwy za pomocą specjalistycznego oprogramowania. Drukarka postępuje zgodnie z tymi instrukcjami, aby zbudować obiekt, warstwa po warstwie, przy użyciu materiałów takich jak plastikowy filament, żywica lub proszek. Następnie może nastąpić obróbka końcowa, w tym czyszczenie lub utwardzanie.

Niektóre drukarki mogą pracować z dysków USB lub kart SD po pocięciu pliku, ale nadal będziesz potrzebować komputera, aby wcześniej przygotować i pociąć model. W pełni bezkomputerowe przepływy pracy nie są jeszcze standardem.

Rozpoczęcie pracy jest łatwiejsze niż kiedykolwiek, zwłaszcza dzięki przyjaznym dla użytkownika drukarkom i oprogramowaniu. Niemniej jednak, opanowanie projektowania, ustawień materiałów i rozwiązywania problemów wymaga trochę nauki – jak każda inna umiejętność.

W przeciwieństwie do tradycyjnych metod, które ograniczają projekty w oparciu o ograniczenia narzędziowe, druk 3D pozwala formie przewodzić funkcji. Takie podejście do projektowania sprzyja innowacyjności i szybszemu rozwojowi produktu.

Druk 3D umożliwia szybkie prototypowanie, swobodę projektowania i opłacalną produkcję krótkoseryjną. Zmniejsza ilość odpadów poprzez wykorzystanie tylko wymaganego materiału i pozwala na szybką iterację, szczególnie cenną w rozwoju produktu i inżynierii.

Czas wymagany do wydrukowania części w 3D zależy od kilku czynników, w tym rozmiaru obiektu, poziomu szczegółowości, wybranej wysokości warstwy i rodzaju technologii druku 3D. Małe, mało szczegółowe modele można wydrukować w mniej niż godzinę, podczas gdy większe lub bardzo szczegółowe części mogą zająć kilka godzin lub nawet więcej niż jeden dzień. Drukarki FDM są zwykle wolniejsze w przypadku szczegółowych wydruków, ale wydajne w przypadku podstawowych kształtów, podczas gdy SLS i SLA mogą szybciej wytwarzać złożone geometrie, zwłaszcza w produkcji seryjnej. Grubość warstwy również odgrywa kluczową rolę – cieńsze warstwy poprawiają jakość, ale znacznie wydłużają czas drukowania. Planowanie z wyprzedzeniem przy użyciu zoptymalizowanych ustawień i realistycznych oczekiwań jest niezbędne do zarządzania harmonogramami produkcji.

Ogólnie rzecz biorąc, drukowanie 3D może trwać od 30 minut do ponad 24 godzin, w zależności od rozmiaru, złożoności, wysokości warstwy i zastosowanej technologii druku.

Tak, komputer jest zazwyczaj wymagany do przygotowania i pocięcia modelu przed drukowaniem. Będzie on potrzebny do uruchomienia oprogramowania CAD lub oprogramowania do cięcia, dostosowania ustawień drukowania i przesłania pliku G-code do drukarki. Niektóre nowoczesne drukarki umożliwiają drukowanie przez Wi-Fi lub USB, ale początkowa konfiguracja nadal wymaga komputera.

Druk SLS zazwyczaj oferuje rozdzielczość około 100 mikronów, ze szczegółowością do 0,5 mm. Dokładność wymiarowa wynosi zwykle ±0,2 mm, w zależności od rozmiaru i geometrii części. Jest to wystarczająca precyzja dla funkcjonalnych prototypów i wielu części końcowych.