Tipărire 3D: ce trebuie să știți

Nu sunt imprimanta cu rotile daisy a bunicului tău sau matricea punctelor mamei tale. De fapt, acestea nu seamănă prea mult cu documentele sau imprimantele foto de astăzi, care pot imprima doar în două dimensiuni plictisitoare. După cum sugerează și numele lor, imprimantele 3D pot construi obiecte tridimensionale, dintr-o varietate de materiale. Vor face curent, prezentându-se la retaileri precum Staples, Best Buy și Home Depot și puteți cumpăra numeroase imprimante 3D și consumabile ale acestora pe Amazon.com și prin alte puncte de vânzare online. Deși încă se găsesc mai ales pe podelele magazinelor sau în studiourile de design, în școli și centre comunitare și în mâinile pasionaților, imprimantele 3D se găsesc din ce în ce mai mult pe bancile de lucru, în camerele de recapitare și în bucătării - și poate într-o casă din apropierea dvs. nu a ta.

Ce este imprimarea 3D?

Cel mai de bază, imprimarea 3D este un proces de fabricație în care materialul este așezat, strat cu strat, pentru a forma un obiect tridimensional. (Se consideră un proces aditiv deoarece obiectul este construit de la zero, spre deosebire de procesele subtractive în care materialul este tăiat, găurit, măcinat sau prelucrat.) Deși imprimantele 3D folosesc o varietate de materiale (cum ar fi plastic sau metal) și tehnici (a se vedea „Cum funcționează imprimarea 3D?” de mai jos), acestea împărtășesc capacitatea de a transforma fișiere digitale care conțin date tridimensionale, fie că sunt create pe un proiect asistat de computer (CAD) sau un program de fabricație asistat de computer (CAM), sau de la un scaner 3D - în obiecte fizice.

Imprimarea 3D este chiar imprimare?

Da, imprimarea 3D poate fi considerată imprimare, deși nu așa cum a fost definită în mod tradițional. Definițiile relevante ale Webster cu privire la „tipărire” se concentrează pe producerea de materiale tipărite, publicații sau fotografii și producerea prin intermediul impresiei (aplicarea presiunii). Nici o definiție nu se potrivește cu adevărat la tipărirea 3D. Dar, din perspectivă tehnologică, imprimarea 3D este o extindere a imprimării tradiționale, în care se aplică un strat de material (de obicei cerneală). De obicei, este atât de subțire încât nu există o înălțime vizibilă (deși cu imprimante solide de cerneală, este ceva mai gros). Ceea ce face imprimarea 3D este să extindeți foarte mult această înălțime prin aplicarea mai multor straturi. Așadar, ar avea sens să extindem definiția tipăririi pentru a include fabricarea obiectelor tridimensionale în acest mod.

Cum funcționează imprimarea 3D?

La fel ca imprimantele tradiționale, imprimantele 3D folosesc o varietate de tehnologii. Cel mai cunoscut este modelarea depozitelor fuzibile (FDM), cunoscută și sub denumirea de fabricare de filamente condensate (FFF). În el, un filament - compus din acrilonitril butadienă stiren (ABS), acid polilactic (PLA) sau alt termoplastic - este topit și depus printr-o duză de extrudare încălzită în straturi. Primele imprimante 3D care au venit pe piață, realizate la mijlocul anilor’90 de Stratasys cu ajutorul IBM, au folosit FDM (termen înregistrat de Stratasys), la fel ca majoritatea imprimantelor 3D orientate către consumatori, pasionați și școli.

O altă tehnologie utilizată în imprimarea 3D este stereolitografia. În el, un laser UV este strălucit într-o cuvă din fotopolimer sensibil la ultraviolete, urmărind obiectul care trebuie creat pe suprafața sa. Polimerul se solidifică oriunde fasciculul îl atinge, iar fasciculul „imprime” stratul obiect prin strat după instrucțiunile din fișierul CAD sau CAM de la care lucrează.

Într-o variantă, aveți și imprimare 3D a proiectorului de lumină digitală (DLP). Această metodă expune un polimer lichid la lumină de la un proiector digital de procesare a luminii. Aceasta întărește stratul polimer cu strat până când obiectul este construit, iar polimerul lichid rămas este scurs.

Modelarea cu mai multe jeturi este un sistem de imprimare 3D asemănător cu jet de cerneală, care pulverizează un liant colorat, precum lipici, pe straturi de pulbere succesive unde obiectul urmează să fie format. Aceasta este printre cele mai rapide metode și una dintre puținele care acceptă imprimarea multicoloră.

Este posibil să modificați un jet de cerneală standard pentru a tipări cu alte materiale decât cerneala. Făcătorii de întreprinderi au construit sau modificat capete de imprimare, în general capete piezoelectrice, pentru a lucra cu diverse materiale - în unele cazuri imprimând capetele de imprimare pe alte imprimante 3D! Companii precum MicroFab Technologies vând capete de imprimare compatibile 3D (precum și sisteme complete de imprimare).

Sterizarea cu laser selectivă (SLS) folosește un laser cu putere mare pentru a fuziona particule de plastic, metal, ceramică sau sticlă. La sfârșitul lucrării, materialul rămas este reciclat. Topirea fasciculului de electroni (EBM) folosește - ați ghicit - un fascicul de electroni pentru a topi pulbere de metal, strat după strat. Titanul este adesea folosit cu EBM pentru sintetizarea implanturilor medicale, precum și a pieselor aeronavei.

În funcție de tehnică, imprimantele 3D pot utiliza o varietate de materiale, inclusiv, dar fără a se limita la metale (oțel inoxidabil, lipit, aluminiu și titan printre ele); materiale plastice și polimeri (inclusiv compozite care combină materialele plastice cu metale, lemn și alte materiale); ceramică; ipsos; sticlă; ba chiar alimente precum brânză, glazură și ciocolată! (Consultați primerul nostru cu privire la tipurile de filamente ale imprimantei 3D.)

Cine a inventat imprimarea 3D?

Prima imprimantă 3D, care a folosit tehnica stereolitografiei, a fost creată de Charles W. Hull la mijlocul anilor '80. Stereolitografia este în mare parte o tehnică comercială scumpă, mașinile costând adesea 100.000 USD sau mai mult.

În 1986, Hull a fondat 3D Systems, o companie care astăzi vinde imprimante 3D care folosesc o varietate de tehnologii. Acestea variază de la kituri entry-level până la sisteme comerciale avansate, iar 3D Systems oferă și servicii la cerere pentru piese, în mare parte pentru utilizatorii de afaceri.

Care sunt avantajele imprimării 3D?

Prin imprimarea 3D, designerii au capacitatea de a transforma rapid conceptele în modele sau prototipuri 3D (denumit „prototipaj rapid”) și de a implementa modificări rapide ale designului. Acesta permite producătorilor să producă produse la cerere, mai degrabă decât în ​​perioade mari, îmbunătățind gestionarea stocurilor și reducând spațiul depozitului. Oamenii aflați în locații îndepărtate pot fabrica obiecte care altfel le-ar fi inaccesibile.

Din punct de vedere practic, imprimarea 3D poate economisi bani și materiale versus tehnici subtractive, deoarece foarte puține materii prime sunt irosite. Și promite să schimbe natura producției, permițând în cele din urmă consumatorilor să descarce fișiere pentru tipărirea chiar și a unor obiecte 3D complexe - inclusiv, de exemplu, dispozitive electronice - în propriile case.

Ce pot face imprimantele 3D?

Designerii folosesc imprimante 3D pentru a crea rapid modele de produse și prototipuri, dar sunt folosite din ce în ce mai mult la fabricarea produselor finale. Printre articolele realizate cu imprimante 3D se numără modele de încălțăminte, mobilier, turnare de ceară pentru confecționarea de bijuterii, instrumente, trepieduri, articole de cadou și noutăți și jucării. Industria auto și aviația utilizează imprimante 3D pentru a face piese. Artiștii pot crea sculpturi, iar arhitecții pot fabrica modele ale proiectelor lor. Arheologii folosesc imprimante 3D pentru a reconstrui modele de artefacte fragile, inclusiv unele dintre antichitățile care au fost distruse în ultimii ani de ISIS. De asemenea, paleontologii și studenții lor pot dubla scheletele dinozaurilor și alte fosile. Consultați galeria noastră de obiecte de imprimantă 3D simple și practice.

Medicii și tehnicienii medicali pot utiliza imprimarea 3D pentru a realiza protetice, aparate auditive, dinți artificiali și grefe osoase, precum și pentru a reproduce modele de organe, tumori și alte structuri corporale interne din tomografii în pregătirea chirurgiei. Un exemplu bun este Proiectul Daniel, care imprimă 3D mâini și mâini protetice pentru victimele violenței din Sudan. De asemenea, sunt dezvoltate imprimante 3D care pot stabili straturi de celule pentru a crea organe artificiale (cum ar fi rinichii și vasele de sânge) sunt deja în faza de cercetare și dezvoltare. Există chiar și un loc pentru imprimarea 3D în criminalistică, de exemplu pentru a reproduce un glonț depus în interiorul unei victime.

Electronica tipărită este un set de metode de imprimare care permit imprimarea dispozitivelor sau circuitelor electronice pe materiale flexibile, cum ar fi etichete, țesături și carton, prin aplicarea de cerneluri electronice sau optice. Oferă fabricarea de dispozitive cu performanțe scăzute. Electronica tipărită începe să fie combinată cu imprimarea 3D, ceea ce permite imprimarea circuitelor sau dispozitivelor stratificate. Un rezultat natural al acestei combo-uri puternice este că, într-o zi, veți putea să imprimați gadgeturi din planurile 3D, mai degrabă decât să le cumpărați.

Pregătirea alimentelor este un alt mod în care pot fi utilizate imprimante 3D. Institutul francez culinar a folosit o imprimantă 3D open-source dezvoltată la Universitatea Cornell pentru a pregăti delicatese artistice, iar MIT a creat o imprimantă pentru alimente 3D numită Cornucopia. Un număr mic de restaurante testează prototipuri cu imprimante alimentare. Cercetările de tipărire 3D a NASA au inclus tipărirea alimentelor, cum ar fi pizza tipărită 3D.

O mână de imprimante 3D alimentare au devenit disponibile comercial. Acestea tind să se concentreze pe anumite produse alimentare, cum ar fi ciocolată, sau clătite sau prăjituri.

Ce sunt serviciile de imprimare 3D?

Nu trebuie să dețineți o imprimantă 3D pentru a beneficia de una. Multe servicii de imprimare 3D, precum Shapeways și Sculpteo, imprimă cadouri și alte articole mici la comandă pe propriile imprimante 3D, apoi le expediază către client. Clienții pot trimite fie propriile fișiere de obiect 3D, fie pot alege articole, majoritatea proiectate de alți utilizatori ai serviciului, dintr-un catalog online.

Dar serviciile de imprimare 3D nu mai sunt doar domeniul specialiștilor. Companii mari, precum Staples și UPS, au introdus servicii de imprimare 3D, iar unele tipografii tradiționale au adăugat tipărire 3D în repertoriul lor.

Unde pot obține o imprimantă 3D?

Majoritatea producătorilor de imprimante 3D își vând produsele direct online. Multe e-tailers le stocează acum, inclusiv companii doar online, cum ar fi Amazon.com, și altele care au și magazine de cărămidă și mortar. Unele dintre acestea din urmă, cum ar fi Walmart, Best Buy și Staples, le oferă atât în ​​magazine, cât și online, dar asigurați-vă că există disponibilitatea magazinelor pe site-urile lor, deoarece nu toate magazinele le poartă. Mai multe magazine de imprimante 3D s-au deschis în marile orașe. De exemplu, iMakr are magazine în Londra și New York.

Câțiva retaileri online sunt specializați în imprimante 3D, precum Dynamism, care vinde o gamă de imprimante 3D de la diferite mărci și oferă, de asemenea, asistență pentru clienți.

Ce software am nevoie pentru imprimarea 3D?

Aproape toate imprimantele 3D acceptă fișiere în ceea ce se numește format STL (numit pentru stereolitografie). Aceste tipuri de fișiere pot fi produse de majoritatea oricăror programe CAD, de la pachete comerciale scumpe precum AutoCAD până la produse gratuite sau open-source, cum ar fi Google SketchUp și Blender. Pentru cei care nu sunt înclinați să-și creeze propriile fișiere 3D, bazele de date cu obiecte 3D, cum ar fi Thingiverse de la MakerBot, oferă numeroase fișiere cu obiect 3D care pot fi descărcate și tipărite.

Majoritatea imprimantelor 3D sunt dotate cu o suită de software, furnizată pe disc sau disponibile pentru descărcare, care include tot ceea ce aveți nevoie pentru a obține imprimarea. Apartamentele oferă de obicei un program pentru controlul imprimantei și al unei feliere, care, în pregătirea tipăririi, formatează fișierul obiect în straturi pe baza rezoluției selectate și a altor factori. Unele apartamente includ un program pentru „vindecarea” fișierului obiect corectând probleme care ar putea interfera cu o tipărire lină. Programele au ieșit din mișcarea open-source RepRap, din care s-a dezvoltat imprimarea 3D hobbyist. Cu unele imprimante, puteți alege programele componente individuale pe care să le descărcați, mai degrabă decât să mergeți cu orice este furnizat în suită.

Ce înseamnă viitorul pentru imprimarea 3D?

O varietate de imprimante 3D pentru locuințe și întreprinderi mici este disponibilă ușor - PCMag a examinat o mulțime de ele, dar sunt încă deseori considerate ca fiind contracții exotice și destul de costisitoare. Așteptați-vă că se va schimba în următorii ani, când imprimantele 3D vor deveni mai obișnuite în case - pentru a fi găsite pe bancurile de lucru, în studiouri, birouri pentru locuințe și chiar în bucătărie. Este posibil să nu le găsiți în fiecare gospodărie, dar vor deveni indispensabile pentru acei oameni care le au. În cea mai mare parte, articolele realizate cu imprimante 3D au avut interioare omogene, dar vom începe să vedem creații mai complexe care combină mai multe materiale și compozite, precum și electronice de imprimat. Cu imprimantele 3D de astăzi, dacă pierdeți capacul bateriei telecomenzii TV, puteți imprima o copertă de înlocuire. Cu mâine, dacă pierdeți telecomanda, veți putea imprima o nouă telecomandă.

De asemenea, imprimarea 3D câștigă un punct în spațiul exterior. NASA experimentează cu imprimante 3D la bordul Stației Spațiale Internaționale. În cele din urmă, imprimantele 3D ar putea fi folosite pentru a crea habitate pe Marte și în alte lumi. Pentru a salva astronauții din Apollo 13 să moară de asfixiere cu monoxid de carbon, NASA a trebuit, în realitate, să găsească o modalitate de a încadra o țepă pătrată într-un orificiu rotund. Dacă a existat o imprimantă 3D la bord, este posibil să fi reușit să rezolve cu ușurință problema proiectând și imprimând un conector.

Astronauții nu pot face un swing de Home Depot dacă au nevoie să înlocuiască o supapă sau un widget, dar o imprimantă 3D ar putea fabrica una după nevoie. De asemenea, vom vedea imprimante 3D în bazele Antarcticii și în alte locații terestre îndepărtate, unde oamenii nu pot aștepta șase luni pentru următoarea completare pentru a înlocui piese sau instrumente esențiale.

Aplicațiile medicale de imprimare 3D nu se opresc cu proteze, aparate auditive și coroane dentare. (Consultați „Ce poate face imprimantele 3D?” De mai sus pentru o previzualizare a lucrărilor.) Piesele de înlocuire nu trebuie să fie limitate la dispozitivele mecanice.

În ultimii ani, am văzut o explozie în varietatea și utilizările imprimantelor 3D. Este similar cu cel în care a fost calculul personal în jurul anului 1980. Deși este destul de ușor să vedem unele dintre domeniile în care domeniul imprimării 3D se va ramifica, altele sunt dincolo de capacitatea noastră de a prezice, așa cum nimeni din 1980 nu și-ar fi putut imagina o mare parte din ceea ce computerul personal s-ar transforma. Este posibil ca imprimarea 3D să nu aibă același impact ca și calculatorul, dar are potențialul de a revoluționa producția și, poate mai important, de a o aduce în mâinile consumatorilor de zi cu zi. Un lucru este sigur, însă: imprimarea 3D este aici pentru a rămâne.

Pentru mai multe detalii, consultați ghidul nostru pentru cele mai bune 10 imprimante 3D și câteva informații ale unui adoptator timpuriu.