3D-mallinnus on nykyään erittäin suosittu, kehittyvä ja monitehtävä suuntaus tietokoneteollisuudessa. Jostakin virtuaalimallien luomisesta on tullut olennainen osa modernia tuotantoa.
Moderni tekniikka ei pysy paikallaan ja uusia esineitä keksitään päivittäin eri tieteenaloilla. Yksi tällainen osaaminen on 3D-tulostin. Tämän laitteen keksintö mahdollistaa ainutlaatuisten 3D-mallien luomisen, joiden käyttö on mahdollista kaikilla teollisuudenaloilla rakentamisesta lääketieteeseen.
3D-tulostimen historia ja mikä se on?
Itse asiassa teolliset 3D-tulostimet ilmestyivät kauan sitten, mutta niiden olemassaoloa ei mainostettu niin väestölle. Ensimmäinen 3D-malli ilmestyi vuonna 1985. Tulostin oli hieman toimiva ja painettu mustavalkoisena. Jo vuonna 1988 värimallien tuotanto alkoi. Tällä hetkellä on valtava määrä malleja, jotka toimivat monenlaisilla materiaaleilla. Vuonna 2000 3D-tulostimet pystyivät toimimaan vain ABC-muovin kanssa. Ja tänään materiaalivalikoima on laajentunut useisiin satoihin materiaaleihin. Näitä ovat: akryyli, betoni, hydrogeeli, paperi, kipsi, jää jne.
Jo vuonna 2005 ilmestyi tulostinmalli, joka mahdollisti värimallien luomisen. Tämä laite pystyi tulostamaan suurimman osan mallin komponenteista. Vuonna 2014 ilmestyi ensimmäinen tulostin, jolla oli valtava tulostusalue. Tämä kehitys mahdollistaa rajoittamattoman kokoisten mallien luomisen. Betonitalo on jo yritetty tulostaa täysikokoisena.
Tällaisen rakenteen pystyttäminen kesti vain päivän. Jo vuonna 2016 ensimmäinen 3D-painettu rakennus esiteltiin Dubaissa. Helmikuussa 2017 Venäjä paljasti myös kokonaan rakennustyömaalla painetun talon. Tänä vuonna kehitettiin myös kuusiakselinen tulostin, jolla monimutkaisten elementtien tulostaminen on paljon helpompaa ilman tukirakenteita. Tällä hetkellä sellaisten tulostimien kehittäminen, joilla voidaan tulostaa ihmisen elimiä, proteeseja, implantteja, auton runkoja ja jopa ruokaa, on täydessä vauhdissa.
Joten mikä on 3D-tulostin ja mitä toimintoja se suorittaa?
3D-tulostin on erityinen laite kolmiulotteisten mallien luomiseen. Tällä koneella voit luoda erikokoisia kolmiulotteisia malleja. Kolmiulotteisen tiedon tuottamisen vuoksi kaikilla saaduilla esineillä on todelliset fyysiset parametrit.
Kuinka 3D-tulostin toimii ja miten aidot 3D-mallit luodaan?
Jos kuvaamme 3D-tulostimen työtä yleisesti, sen työssä on useita päävaiheita:
- 3D-mallin luominen grafiikkaohjelmassa. Tässä vaiheessa malli luodaan tietokoneella erityisillä virtuaalimalleilla.
- Mallin jakaminen kerroksiksi.
- Seuraava vaihe liittyy itse kirjoittimen toimintaan. Se muodostaa massan erityisen jauheen kerrokselta kerrokselle, jota käytetään mallin edelleen muodostamiseen. Luo erityinen kammio, joka on täytetty muovimateriaalilla.
- Jokaisen kerroksen jälkeen materiaali voidellaan liimakerroksella, mikä antaa tulevaisuuden mallille lujuuden.
3D-mallinnuksen tyypit
Tällä alalla nykyaikainen tekniikka kehittyy useaan suuntaan:
- stereolitografiset tekniikat, jotka lyhennetään nimellä STL. Tiedostomuoto, jota käytetään laajalti kolmiulotteisten objektien mallien tallentamiseen additiivisissa tekniikoissa käytettäväksi.
- termoplastiset levitysmenetelmät - FDM. Mallien mallinnus materiaalikerroksittain kerrostamalla.
- lasersintraus - SLS. Tekniikkaan (SLS) kuuluu yhden tai useamman laserin (yleensä hiilidioksidin) käyttö jauhemaisen materiaalin hiukkasten sintraamiseen kolmiulotteisen fyysisen objektin muodostamiseksi.
Nykyään kerroksittain kerrostamisen menetelmä on suosituin ja käytetty teollisuudessa.
Tämän menetelmän tärkeimmät edut ovat:
- korkealaatuisten ja halpojen materiaalien käyttö;
- yksinkertainen toimintatekniikka;
- käytettyjen materiaalien ympäristöystävällisyys.
Laserstereolitografia
Tämän tyyppistä 3D-mallinnusta käytetään laajalti hammasproteesissa. Tämäntyyppisen painatuksen erottuva piirre on korkealaatuisten esineiden valmistus. Tällaiset tulokset saavutetaan laitteiden käytön ansiosta, jotka toimivat mittaruudukossa, joka lasketaan yksikkömikoneina.
Kuinka tällaiset laitteet toimivat?
Tällaisten laitteiden toiminnallinen osa perustuu LED-ultraviolettiprojektoriin. Näiden 3D-tulostimien sisällä on herkkiä peilejä, jotka tarjoavat palkkien tarkan taipuman. tämän vuoksi muotokerroksille ei tapahdu peräkkäistä, vaan täydellistä altistumista.
Lasersintraus
Lasersintraus tai SLS-tekniikka on toinen lasermallinnustyyppi. Toiminnassa tällaisissa laitteissa käytetään vähän sulavaa muovia. Ainutlaatuisen kehityksen perusta on voimakas laser, joka jäljittää ääriviivat muovialustalle sulaten materiaalin. Prosessi toistetaan, kunnes saadaan täydellinen malli. lasersintrauksen merkittävä haitta on saatujen mallien huokoisuus. tämä ei kuitenkaan vaikuta millään tavalla vahvuuteen. uskotaan, että tällä menetelmällä saadut mallit ovat kestävimmät. Lasersintrausasennuksella on melko korkeat kustannukset, ja itse mallin muodostamisprosessi vie pitkän ajan.
Mitä materiaaleja käytetään 3D-mallien luomiseen?
Kuten jo mainittiin, 3D-tulostimissa käytetty päämateriaali on kestomuovia. Se on saatavana kahdessa muodossa: ABS ja PLA. Lisäksi sellaiset materiaalit kuin nailon, polyeteeni, polykarbonaatti ja muun tyyppiset materiaalit, joita käytetään teollisuudessa, ovat yleistyneet.
Monissa 3D-tulostimissa sekoitetaan useita erilaisia materiaaleja yhdistämällä niiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.
Metalleja työhönsä käyttävät laitokset ovat rakenteeltaan monimutkaisempia. Teknologian ero johtuu tietokoneohjelman pohjalta toimivan tulostuspään toiminnoista. Sen avulla sideainemassa levitetään paikkoihin, joihin tietokoneohjelma osoittaa. Seuraavaksi pää levittää ohut kerros metallijauhetta koko työskentelyalueelle. Toisin sanoen metalli ei sula, kuten muovien tapauksessa, vaan levitetään ja liimataan yhteen kerroksina pienimpien hiukkasten muodossa.
Mielenkiintoisia tietoja 3D-tulostimista
- 3D-tulostusta ei käytetä vain teollisuudessa, sitä käytetään laajalti lääketieteessä, ruoanlaitossa ja jopa avaruudessa.
- Joka vuosi 3D-tulostimien hinta laskee ja on edullisempi. Pian tämä tekniikka on melkein kaikkien saatavilla.
- Ensimmäinen 3D-malli luotiin vuonna 1984. Sen sai Chuck Hill stereolitografian tuloksena.
- Ei niin kauan sitten tekoelimet luotiin 3D-tulostimella. Korvaproteesit olivat ensimmäisiä malleja.
- Lähitulevaisuudessa tutkijat aikovat tulostaa ensimmäisen ihmismallin.
- 3D-mallinnus auttaa vähentämään tuotantokustannuksia, joten tehdasvalmistuksesta tulee pian kannattamatonta.
- 3D-tekniikoita on käytetty elokuvissa jo pitkään realististen mallien luomiseen.
- Tutkijat ehdottavat, että 3D-mallinnuksen avulla voidaan luoda robotteja, jotka ihmisten sijasta tutkivat tilaa.
- 3D-mekkoja on jo näytetty maailmalle. Malli Dita Von Teeseestä tuli ensimmäinen tähti, jolla oli 3D-painettu mekko.
