3D-drukwerk is 'n vervaardigingsproses wat 'n fisiese voorwerp uit 'n digitale modellêer skep. Die tegnologie werk deur laag op laag materiaal by te voeg om 'n volledige voorwerp op te bou.
Inleiding tot 3D-drukwerk
Die 3D-drukproses is in die 1980's ontwerp en oorspronklik bekend as 'vinnige prototipering'. Dit het maatskappye in staat gestel om prototipes vinnig en meer akkuraat te ontwikkel as met ander metodes. Na meer as 30 jaar van innovasie, is die gebruike daarvan vandag baie meer uiteenlopend. Vervaardigers, ingenieurs, ontwerpers, opvoeders, medici en stokperdjies gebruik die tegnologie vir 'n groot verskeidenheid toepassings.
3D-drukwerk is 'n 'additiewe' vervaardigingsproses wat 'n voorwerp in lae opbou
'n 3D-gedrukte deel wat in die motorbedryf gebruik word
Die ontwikkeling van meer kompakte 'lessenaar' 3D-drukkers en hul bekostigbare koste het ook die tegnologie mettertyd toenemend toeganklik gemaak.
Hoe werk 3D-drukwerk?
Soos ons vroeër gesien het, behels die 3D-drukproses die opbou van laag op laag gesmelte plastiek om 'n voorwerp te skep. Soos elke laag stol, word die volgende laag bo-op gedruk en die voorwerp word opgebou. Om 'n 3D-druk te maak, is 'n digitale lêer nodig wat die 3D-drukker vertel waar om die materiaal te druk. Die mees algemene lêerformaat hiervoor is die G-kode lêers. Hierdie lêer bevat in wese 'koördinate' om die drukker se bewegings te lei, beide horisontaal en vertikaal - ook bekend as die X-, Y- en Z-asse.
3D-drukkers kan hierdie lae teen verskillende diktes druk, bekend as laaghoogte. 'n Bietjie soos pixels op 'n skerm, meer lae in 'n druk sal 'n hoër 'resolusie' gee. Dit sal 'n beter resultaat gee, maar neem langer om te druk.
3D-druk vs. bykomende vervaardiging?
Hierdie optel van lae gee aan 3D-drukwerk sy alternatiewe naam - 'additiewe vervaardiging'. Jy sal dikwels die terme sien wat gebruik word om na dieselfde vervaardigingsproses te verwys. Additiewe vervaardiging is die teenoorgestelde van 'aftrekkende' prosesse waar materiaal van 'n groter blok verwyder (of afgetrek) word om die finale voorwerp te skep, byvoorbeeld CNC-bewerking.
FDM vs FFF 3D-drukwerk – verduidelik
Nog iets wat nuwelinge tot 3D-drukwerk kan verwar, is om verwysings na FDM (fused deposition modellering) en FFF (fused filament fabrication) prosesse te sien. Weereens, dit is in wese verskillende name vir dieselfde ding, aangesien hulle albei na 'n spesifieke tipe 3D-drukker verwys. Daar is verskillende tipes 3D-drukker? Ja! Maar jy hoef nie verwar te word nie - ons sal hierna vinnig kyk.
Wat is die verskillende 3D-druktegnologieë?
Plastiek is 'n veelsydige soort materiaal, en gevolglik is daar baie maniere om daarmee te vervaardig. 3D-drukwerk is geen uitsondering nie, so kom ons ondersoek die verskillende metodes. Die mees gebruikte tegnologieë is FFF 3D-drukwerk, SLA (stereolitografie) en SLS (selektiewe lasersintering).
Wat is FFF 3D-drukwerk?
'n FFF-drukker druk 'n dik string materiaal uit, wat algemeen na verwys word as filament, deur 'n verhitte spuitstuk. Die spuitstuk is op 'n bewegingstelsel gemonteer wat dit om 'n bouarea beweeg, waar gesmelte filament op 'n bouplaat neergelê word. Soos die materiaal afkoel en stol, beweeg die bouplaat met 'n fraksie van 'n millimeter laag vir laag af totdat die voorwerp voltooi is.
'n Model gedruk in hars op 'n SLA-drukker
Verwyder 'n voltooide SLS 3D-gedrukte deel
Dit is geensins 'n volledige lys nie, en jy kan ook die volgende teëkom:
-
DLP (direkte ligverwerking) – 'n Harsgebaseerde proses soortgelyk aan SLA. In plaas daarvan dat 'n laser 'n individuele punt van hars op 'n slag genees, gebruik DLP lig om 'n beeld van die hele laag in die hars te projekteer
-
Bindmiddelstraal – 'n Poedergebaseerde proses soortgelyk aan SLS, behalwe dat die poeier saamgesmelt word deur 'n bindmiddel eerder as 'n laser
-
Materiaalstraal – 'n Variasie op '2D' inkjet-drukwerk wat 3D-onderdele kan skep deur was of plastiekmateriaal neer te sit en dit dan met UV-lig te genees
-
SLM (selektiewe lasersmelting) – Een van 'n paar soortgelyke variasies van SLS-tegnologie vir metaal 3D-drukwerk
Wil jy die voor- en nadele van elke tegnologie verstaan? Lees ons in-diepte gids wat 3D-drukprosesse vergelyk.
Watter materiale word in 3D-drukwerk gebruik?
Plastiekpolimere is die mees algemene materiaal wat in 3D-drukwerk gebruik word. Die gebruik van ander materiale is moontlik. Daar is byvoorbeeld toegewyde 3D-metaaldrukkers, maar dit is nis in vergelyking met polimeerdrukkers. En supergroot masjiene wat op 3D-druktegnologie gebaseer is, begin ontwikkel word vir konstruksiemateriaal soos beton. Hoofstroom 3D-drukkertipes soos FFF en SLS kan versnitte van polimere en ander materiale (soos metaal, glas of hout) druk. Dit staan bekend as komposiete en bied sommige van die eienskappe van die gemengde materiaal.
In die konteks van FFF 3D-drukwerk, kan jy die terme '3D-drukmateriaal' en '3D-drukfilament' sien uitruilbaar gebruik. Dit is omdat die rou materiaal op spoele van dun filament kom.
In die volgende afdelings sal ons na sommige 3D-drukfilamente in meer besonderhede per kategorie kyk.
Begin 3D-drukmateriaal
PLA
PLA is afgelei van organiese, hernubare hulpbronne en maklik om mee te druk, en is die ideale beginner se filament. PLA het ook uitstekende visuele eienskappe. Maar die lae temperatuurweerstand daarvan en die feit dat meganiese eienskappe mettertyd kan verswak, beteken dat PLA dikwels oor die hoof gesien word vir funksionele en meganiese toepassings.
PETG
’n Goed gebalanseerde mengsel van eienskappe het meegebring dat PETG gegroei het tot een van die mees gebruikte 3D-drukmateriaal. Dit kan maklik as 'n 'ingenieursmateriaal' geklassifiseer word, maar dit is ook 'n goeie opsie vir beginners danksy goeie drukbaarheid. Deur impak en chemiese weerstand met goeie termiese eienskappe te kombineer, terwyl dit ook goedkoper is as baie ander ingenieursmateriale, is dit die beste filament vir ingenieurstoepassings vir baie gebruikers.
Ingenieurswese 3D-drukmateriaal
Nylon
Met chemiese weerstand en in staat om aansienlike meganiese spanning te weerstaan, is nylon 'n veelsydige opsie vir eindgebruikonderdele.
ABS
Met uitstekende meganiese en hittebestande eienskappe in vergelyking met PLA, is ABS 'n materiaal vir meer veeleisende toepassings. Dit kan egter moeilik wees om mee te druk, veral op 'n goedkoper, oopraam 3D-drukker. 'n Ingeslote boukamer en beheerde temperatuur gee 'n baie meer betroubare ervaring.
Visuele prototipes moet goeie estetiese en tasbare eienskappe hê
Eindgebruikonderdele benodig materiaaleienskappe om hul toepassing te pas, soos slytasieweerstand of vlamvertraging
Buigsame 3D-drukmateriaal
TPU
Met sy rubberagtige eienskappe kan TPU sonder probleme gedraai, gestrek word en impakte weerstaan.
PP
Semi-buigsaam en moegheidsbestand, PP (of polipropileen soos jy dit dalk ken) is ideaal vir toepassings wat 'n mate van buigsaamheid benodig, soos skarniere of vloeistofhouers.
Spesialistiese 3D-drukmateriaal
Saamgestelde materiale
Hierdie filamente kombineer 'n polimeer met vesels van 'n ander materiaal om verbeterde eienskappe te gee. Daar is twee hoofkategorieë. Ingenieursmateriaal, insluitend glas-, koolstof- of metaalvesels, bied verbeterde meganiese eienskappe soos sterkte en styfheid. En vir unieke visuele eienskappe is daar saamgestelde opsies soos keramiek- of houtfilamente vir 3D-drukwerk, of selfs gloei-in-die-donker. (Let wel: die vesels in saamgestelde filamente kan skuur veroorsaak, so maak seker dat jou drukker versoenbaar is voordat jy enige daarvan gebruik). Alhoewel hulle soms met die kategorieë hierbo oorvleuel, is daar baie meer spesialis 3D-drukfilamente om op die mark te ontdek, soos ESD-veilige of vlamvertragende materiale.
Ondersteuningsmateriaal
Eerstens, laat ons vinnig verduidelik wat dit is. Elke nuwe laag van 'n 3D-druk vereis die laag daaronder om dit te ondersteun. Kwessies ontstaan wanneer 'n afdruk se ontwerp 'n oorhang vereis, of 'n element wat in die lug opgehang word. So hierdie materiaal 'ondersteun' dit letterlik tydens die drukproses en word daarna verwyder. Stutte kan met dieselfde materiaal as die res van die druk gedruk word, maar die verwydering daarvan kan die oppervlakkwaliteit en dimensionele akkuraatheid beïnvloed. Om dit te vermy, is gespesialiseerde ondersteuningsmateriaal ontwikkel.
Oplosbare ondersteuningsmateriaal
Oplosbare ondersteuningsmateriaal is oplosbaar, so daar is geen risiko om jou deel te beskadig tydens handmatige verwydering nie. PVA-ondersteuningsmateriaal los in water op, terwyl HIPS die oplosmiddel d-limoneen benodig.
Wegbreek
Iewers tussen die opsies wat tot dusver genoem is, is 'n materiaal soos Breakaway 'n duidelike ondersteuningsmateriaal wat met die hand verwyder word. Dit maak die proses vinniger as om te wag dat dit oplos, terwyl die onderdeel se dimensionele akkuraatheid behou word.
'n 3D-gedrukte deel met ondersteuningsmateriaal (links) en nadat die ondersteuningsmateriaal verwyder is (regs).
