Από τους τρισδιάστατους εκτυπωτές έκανε το ντεμπούτο της τη δεκαετία του 1980οι συσκευές έχουν χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κρέας, σοκολάτα, ανθρώπινα όργανα, ενδύματα, αυτοκίνητακαι σπίτια. Του πιο mainstream από ποτέκαι μπορείτε να αγοράσετε ένα μηχάνημα για λιγότερο από $200.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση, που ονομάζεται επίσης κατασκευή πρόσθετων ή ταχεία δημιουργία πρωτοτύπων, έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των πιο παραδοσιακών αφαιρετική κατασκευή μεθόδους, όπου ξεκινάτε με ένα κομμάτι μέταλλο ή ξύλο και αφαιρείτε υλικό χρησιμοποιώντας μύλους, τρυπάνια και άλλα εργαλεία. Τα δύο κύρια οφέλη είναι ότι οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές παράγουν πολύ λιγότερα απόβλητα και μπορούν να κάνουν καλύτερη δουλειά δημιουργώντας αντικείμενα με πολύπλοκα σχήματα. Αντί για μια σχετική διαδικασία συναρμολόγησης, τα πάντα μπορούν να γίνουν σε ένα μέρος.
«Οι μέθοδοι μαζικής παραγωγής, σχεδόν όλες είναι αρκετά σταθερές», λέει η Diana Haidar, αναπληρώτρια καθηγήτρια μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon. “Μπορείτε μόνο να ξαναφτιάχνετε τα ίδια ακριβώς μέρη ξανά και ξανά. Αλλά οι άνθρωποι θέλουν επίσης προσαρμοσμένα εξαρτήματα. Εκεί η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει μια θέση.”
Πώς ακριβώς, λοιπόν, λειτουργεί ένας 3D εκτυπωτής;
Τι είναι η τρισδιάστατη εκτύπωση;
Εξετάστε τον τύπο εκτύπωσης με τον οποίο είναι πολύ εξοικειωμένοι οι περισσότεροι: Εκτύπωση με μελάνι σε χαρτί. Αυτή είναι η εκτύπωση 2D, επειδή υπάρχει μια περιοχή με άξονα x και άξονα y, επομένως υπάρχουν δύο βαθμοί ελευθερίας. Με την τρισδιάστατη εκτύπωση, υπάρχει μια τρίτη διάσταση: το ύψος. Τα αρχεία που τροφοδοτείτε σε τρισδιάστατους εκτυπωτές είναι τρισδιάστατες εικόνες τις οποίες ένα πρόγραμμα λογισμικού χωρίζει στη συνέχεια σε οριζόντια επίπεδα.
“Η ιδέα είναι ότι έχω ένα τρισδιάστατο αντικείμενο και πρόκειται να το τεμαχίσω σε πολλά μεμονωμένα επίπεδα. Χρησιμοποιούμε λογισμικό slicer για αυτό”, εξηγεί ο Haidar. «Τότε υπάρχει συνήθως μια κεφαλή δύο αξόνων που κινείται γύρω και δημιουργεί ένα μοναδικό στρώμα. Στη συνέχεια είτε το κεφάλι ανεβαίνει είτε το κρεβάτι [that the object is being built on] θα πέσει. Αλλά υπάρχει μια αλλαγή στον άξονα z, ώστε να μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα στρώμα τη φορά.”
Δημοφιλείς μέθοδοι για τρισδιάστατη εκτύπωση
Ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι η μοντελοποίηση λιωμένης εναπόθεσης ή FDM. «Είναι το πιο καθαρό όσον αφορά το διάστημα», λέει ο Haidar.
Με αυτή τη μέθοδο, υπάρχει ένα καρούλι από νήμα περιέλιξης (συνήθως πλαστικό ή πολυμερές) που τροφοδοτείται στην κεφαλή του μηχανήματος. Μέσα στην κεφαλή, υπάρχει μια μονάδα θέρμανσης που λιώνει το πολυμερές. Το πολυγαλακτικό οξύ (ένας τύπος πλαστικού) είναι ένα από τα πιο συχνά τυπωμένα τρισδιάστατα υλικά, επειδή είναι φθηνό και έχει αρκετά χαμηλό σημείο τήξης γύρω στους 180 βαθμούς Κελσίου (350 βαθμούς Φαρενάιτ). Όταν χρησιμοποιείται ως υλικό τροφοδοσίας, οι μηχανικοί συνήθως θέτουν τον τρισδιάστατο εκτυπωτή στους 200 βαθμούς Κελσίου (390 Φαρενάιτ) για να βεβαιωθούν ότι το υλικό θα λιώσει καθώς εξωθείται από ένα μικρό ακροφύσιο, αλλά μπορεί στη συνέχεια να σκληρύνει ξανά σε μορφή. Όσο μικρότερο είναι το ακροφύσιο, τόσο μεγαλύτερη ανάλυση υπάρχει στο εκτυπωμένο αντικείμενο.
Η δεύτερη πιο δημοφιλής μέθοδος για τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια παλαιότερη τεχνική που ονομάζεται στερεολιθογραφία ή SLA. Σε αυτήν την περίπτωση, η φωτοσκληρυνόμενη ρητίνη είναι το υλικό εκτύπωσης αντί για ένα συμπαγές καρούλι. Αυτή η τεχνική περιλαμβάνει ένα λουτρό με κολλώδη, θολή ρητίνη που κάθεται σε μια γυάλινη δεξαμενή που δεν έχει ωριμάσει. μια ακτίνα λέιζερ UV και πολλαπλοί καθρέφτες σκληρύνουν ένα στρώμα τη φορά. Κάθε φορά που ένα στρώμα ωριμάζει, γίνεται στερεό, κόβεται από το κάτω γυαλί της δεξαμενής και στη συνέχεια ανασηκώνεται από το λουτρό – τελικά αναδύεται μια συμπαγής, συνεκτική δομή.
Η τρίτη πιο δημοφιλής μέθοδος τρισδιάστατης εκτύπωσης ονομάζεται σύντηξη κρεβατιού με σκόνη λέιζερ. Αυτή η τεχνική λειτουργεί καλά για την εκτύπωση ή τη συμπίεση μετάλλων. Για να ξεκινήσετε, υπάρχει ένα μεγάλο, επίπεδο κρεβάτι από μεταλλική σκόνη και ένα λέιζερ χαράζει ένα σχήμα, λιώνοντας μαζί τις επιθυμητές μορφές. Μόλις ολοκληρωθεί ένα στρώμα, το κρεβάτι πέφτει και ένας κύλινδρος διανέμει ένα νέο λεπτό στρώμα σκόνης σε όλη την επιφάνεια.
Μια άλλη κοινή μέθοδος τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι η εκτύπωση πολυτζετ, η οποία επιτρέπει στους μηχανικούς να εργάζονται με μια μεγάλη ποικιλία ακροφυσίων και υλικών (από σκληρά έως μαλακά) σε μία εκτύπωση.
Τι είδους υλικά μπορούν να εκτυπωθούν 3D;
Αν και οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές συνήθως εκτυπώνουν με πλαστικά, μπορούν επίσης να τροποποιηθούν για εκτύπωση υλικά ενσωματωμένα σε μέταλλο, κεραμικά ενσωματωμένα υλικάκαι υλικά ενσωματωμένα σε ξύλο. Διαφορετικοί τύποι ινών ή τα σωματίδια μπορούν να αναμιχθούν με συνδετικά πολυμερών για να δώσουν στα αντικείμενα ποικίλες ιδιότητες.
Όταν εξειδικευμένα μηχανήματα εκτυπώνουν όργανα (όπως μια καρδιά), πολλά ακροφύσια μπορούν να προγεμιστούν με σύριγγες για την έγχυση διαφορετικών τύπων κυττάρων. Αντί για καρούλι, το μηχάνημα εγχέει σε μια υδρογέλη.
Πόσο κοστίζουν οι 3D εκτυπωτές;
Ο φθηνότερος τρισδιάστατος εκτυπωτής στην αγορά κοστίζει περίπου 200 δολάρια και αυτά τα μηχανήματα είναι αυτά που χρησιμοποιούνται από φοιτητές μηχανικής για να κάνουν γρήγορες μακέτες. Αλλά το να ξοδεύετε λιγότερα χρήματα σε ένα μηχάνημα σαν αυτό έρχεται με συμβιβασμούς. Τα φθηνά τείνουν να είναι πιο επιτηδευμένα και χαλάνε πιο συχνά. Επίσης, δεν είναι τόσο συνεπείς στο να παράγουν το ίδιο αντικείμενο ξανά και ξανά. Για παράδειγμα, το πολυμερές ή το πλαστικό δομικό υλικό, μπορεί να παραμορφωθεί εάν υπάρχει πολύ δραστική αλλαγή στη θερμοκρασία από το εσωτερικό του ακροφυσίου προς το εξωτερικό περιβάλλον. «Δεν το βλέπετε τόσο πολύ στις μεγάλες μηχανές, επειδή έχουν σαφώς κλειστά περιβάλλοντα που ελέγχονται από τη θερμοκρασία και μπορεί να έχουν ακόμη και κύκλο ψύξης», εξηγεί ο Haidar.
Μια επιτραπέζια μηχανή μεσαίας κατηγορίας για εκτύπωση FDM συνήθως κοστίζει 3.000 $ και αυτή η τιμή περιλαμβάνει πακέτα λογισμικού. Ένα πιο προηγμένο μηχάνημα που μπορεί να κατασκευάσει μεγαλύτερα αντικείμενα με πιο ανθεκτικό υλικό εκκίνησης μπορεί να κοστίσει 200.000 $. Το να ξοδεύετε όλα αυτά τα χρήματα έρχεται με μεγάλα οφέλη στη γραμμή. “Το κόστος συντήρησής σας είναι πολύ χαμηλότερο. Είναι πιο εύκολο να εκτυπώσετε υλικά με τα οποία θα δυσκολεύονταν τα μικρά μηχανήματα”, λέει ο Haidar. «Αυτές οι μηχανές σας προσφέρουν ό,τι πιο κοντινό σε ένα επαγγελματικά κατασκευασμένο ανταλλακτικό».
Τα πιο φανταχτερά μηχανήματα εκτυπώνουν με μέταλλο, όπως αλουμίνιο. Οι μεταλλικοί τρισδιάστατοι εκτυπωτές μπορεί να κοστίζουν έως και 1 εκατομμύριο δολάρια, καθώς πρέπει να λειτουργούν σε ένα δωμάτιο που είναι πολύ καλά ελεγχόμενο, αεριζόμενο και έχει την ικανότητα να καταστέλλει τις εκρήξεις (αν συμβούν).
Οδηγός δώρων διακοπών 2025
VIA: popsci.com
