3D-tulostuksen perusteet: 3D-tulostimien tyypit

3D-tulostus ei toimi aivan kuten tavallinen tulostus – vaikka kun on kyse musteesta paperille, melkein mikä tahansa kone, joka käyttää paperia ja mustetta, käy, 3D-tulostus on paljon tarkempaa. Kaikki tulostimet tai edes kaikki tulostintyypit eivät sovellu jokaiseen filamenttityyppiin tai -projektiin – sinun on tehtävä tutkimus ennen sellaisen valitsemista varmistaaksesi, että saat oikean tyypin tarpeisiisi.

Tässä on yhteenveto joistakin yleisimmistä 3D-tulostimista, joita voit löytää. Se ei ole kattava luettelo, mutta nämä ovat ne, jotka orastavan 3D-tulostuksen harrastajan on tiedettävä!

SLA

SLA eli Stereolitografia oli kaikkien aikojen ensimmäinen 3D-tulostustyyppi. Chuck Hallin vuonna 1986 luoma se käyttää painotekniikkaa, jota kutsutaan Vat-polymeroinniksi – se käyttää valonlähteelle altistettua valopolymeerikumia. Tämäntyyppinen tulostin on ihanteellinen sileille pinnoille ja korkeatasoisille tulostetuille projekteille.

Se ei ole erityisen aloittelijoille tarkoitettu ja sillä on paljon käyttöä lääketieteessä, jossa sitä käytetään sekä anatomisten mallien että mikrofluidiikan tulostamiseen. Tulostin käyttää useita peilejä, jotka on järjestetty osoittamaan laserpilari filamenttina käytettävän kumin poikki, jotta se voi muodostaa eri kerrokset muodostusvyöhykkeellä.

Tarkkuus ja nopeus ovat tärkeitä, ja 3D-tulostusprojektit rakennetaan alusta alkaen. Mainittujen lääketieteellisten käyttötarkoitusten lisäksi tämä painotekniikka on hyödyllinen myös ilmailussa ja autoteollisuudessa. Tämän tyyppisiä tulostimia ovat ProJets ja Vipers.

SLS

Erityinen lasersintraus tai SLS pehmentää nylonjauheet kiinteäksi muovirakenteeksi. Käytetyt materiaalit ovat kestomuoveja, mikä tarkoittaa, että lopputulos on sitkeä, soveltuu napsautussovitukseen ja iskunkestävään käyttöön. Käytettyä tekniikkaa kutsutaan tehopetifuusioksi. Kestomuovia kuumennetaan juuri ennen kuin se nesteytyy ja kerrostetaan sitten muovausvaiheeseen. Laserilla sintrataan kiinteäksi, kovaksi kerrokseksi pinottu jauhe – ja kun poikkisegmentti on valmis, taso putoaa kerroksen korkeudella, lisää jauhetta ja laser sintraa sen uudelleen. kiinteäksi aineeksi.

Ylimääräinen jauhe, joka on lisätty, mutta ei sintrattu, toimii eräänlaisena tukimateriaalina, joka lopulta putoaa pois. Tämän vuoksi tukirakenteita ei tarvita. SLS:n tärkein etu on, että se luo erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, ja sen haittapuolena on pidemmät läpimenoajat kuin muiden tulostimien. Esimerkkejä ovat Sinterit Lisa, Formlabs Fuse 1 ja Sharebot SnowWhite 2.

FDM/FFF

Fused Deposition Modeling ja Fused Filament Fabrication ovat samantyyppisiä tulostimia. Ne työntävät muovikuitua kerros kerrokselta muovausvaiheeseen. Näin kokonaisia ​​malleja voidaan luoda suhteellisen nopeasti ja tehokkaasti. Luodut pinnat ovat yleensä kaikkea muuta kuin sileitä, ja tuloksena olevat mallit eivät myöskään ole yleensä liian vahvoja. Toisin sanoen painettujen osien todellinen käyttö voi olla melko rajoitettua. Tästä huolimatta tämäntyyppinen tulostin on loistava valinta aloittelijoille, koska se on kokeiluystävällinen ja melko helppokäyttöinen.

Tämäntyyppinen tulostin voi kuitenkin olla yksi edullisimmista tulostimille, joilla on budjetti. Filamenttirulla ajetaan tulostimeen ja työnnetään sitten lämmitetyn nokan läpi. Yleisimmät käytetyt materiaalit ovat PLA, ABS ja PET, mutta myös jotkut muut toimivat käytetystä nokasta riippuen.

Tulostimen pää liikkuu asetettuja akseleita pitkin ja annostelee nesteytettyä muovia kerros kerrokselta. Kun taso on valmis, seuraava taso käynnistetään, kunnes objekti on valmis. Jotkut tämän tekniikan parhaista käyttötavoista ovat valaisimet ja kotelot, mutta FFF ja FDM sopivat myös kaikenlaisiin pieniin turhamaisuusprinttiprojekteihin.

Tulostinmalleihin kuuluvat Snapmaker ja Ultimaker sekä monet muut. Kun otetaan huomioon, kuinka laajalti tämäntyyppinen tulostin on nykyään, on olemassa paljon erilaisia ​​malleja kaikissa hintaluokissa.

DLP

Digital Light Processing on jossain määrin samanlainen kuin SLA-tulostus. Se tulostaa nopeammin ja paljastaa kerrokset samanaikaisesti sen sijaan, että se tekisi sen ristikkäisissä osissa laserin avulla. SLA:lla ja DLP:llä on samanlaiset käyttötarkoitukset, ja ne ovat infuusiomuotoisia malleja. Toisin kuin FFF, pinnat ovat sileitä ja siksi projekteille voidaan löytää sovellutuksia esimerkiksi hammaslääketieteen sovelluksissa.

Kääntöpuolella DLP-tulosteet ovat hieman heikkoja. Ne eivät yleensä ole hyödyllisiä mekaanisissa osissa tai missään, mikä vaatii erityistä vakautta. Mitä tulee eroihin SLA:n ja DLP:n välillä – kun edellinen käyttää laseria pyöristettyjen muotojen piirtämiseen, DLP käyttää näyttöä tietyn vähimmäiskoon neliömäisten vokseleiden heijastamiseen tulostettavien muotojen luomiseksi.

Tämän tyyppisiä tulostimia ovat Micromake L2, SprintRay Moonray ja Anycubic Photon S.

MJF

Multi Jet Fusion -tulostimet kokoaa osia nylonjauheesta. Laserin (kuten SLS-tulostuksessa) sijasta käytetään mustesuihkuklusteria lämmön kohdistamiseen jauheen sulattamiseksi. Lopputuloksena ovat vakaammat ja ennakoitavammat mekaaniset ominaisuudet sekä paremmat pintatulokset.

Tämän tekniikan tarjoamat nopeammat valmistusajat johtavat myös alhaisempiin kokonaiskustannuksiin. Tulostuspää suihkuttaa satoja pieniä fotopolymeeripisaroita, jotka kovettuvat ja jähmettyvät myöhemmin UV-valossa. Kun kerros on kovettunut, seuraava kerros levitetään, kunnes kohde on valmis.

Tämä tekniikka tarvitsee apumateriaalia, joka otetaan pois jälkikäsittelyssä. Vaikka tämä voi aiheuttaa vaikeuksia, MJF on yksi ainoista tekniikoista, jonka avulla tulostimet voivat tuottaa useita objekteja yhdellä rivillä tinkimättä rakennusnopeudesta. Se voi myös tuottaa asioita eri materiaaleista ja täydessä sävyssä. Tämä tarkoittaa, että optimaalisesti järjestettynä MJF voi tuottaa massatuotantona pieniä identtisiä osia huomattavasti nopeammin kuin mikään muu tulostintyyppi. Tämän tyyppisiin tulostimiin kuuluu HP Jet Fusion -sarja.

PolyJet

PolyJet-tulostimet tuottavat sileitä ja tarkkoja osia, jotka sopivat monenlaisiin asioihin. Ne tarjoavat mikroskooppisen kerrosresoluution ja voivat tuottaa sekä ohuita seiniä että monimutkaisia ​​elementtejä, koska ne voivat työskennellä useimpien materiaalien kanssa mistä tahansa 3D-tulostimesta (edellyttäen tietysti, että niissä on oikea suutin/sänky). PolyJet-tulosteilla voidaan luoda valaisimia, muotteja ja erilaisia ​​valmistustyökaluja.

On olemassa useita tulostinmalleja erityisesti hammaslääketieteelliseen käyttöön – hammaslaboratorioihin ja hammastulostukseen. Tämän tekniikan tuomat nopeat ja laadukkaat tulosteet tekevät siitä loistavan valinnan sellaiseen lääketieteelliseen käyttöön. Nämä tulostimet käyttävät useita suihkutuspäitä – ne levittävät kerroksen rakennusmateriaalia liu'uttamalla akselia pitkin. Jokainen pää lisää eri määriä eri kohtiin luodakseen minkä tahansa kerroksen muodon. Näiden tulostimien yleisimmissä asetuksissa on monisuuttinen mustesuihkutulostuspää.

Jaetut materiaalit välähdetään ja kovetetaan UV-kerroksella ennen kuin tulostin liikkuu – alusta pudottaa kerroksen ja seuraava kerros lisätään. Raaka-aineita ja filamentteja ei säilytetä keloilla, vaan kasetteissa, jotka on kiinnitetty suuttimiin, toisin kuin tavallisessa mustesuihkutulostimessa. Tämän tyyppisiä tulostimia ovat muun muassa Connex 3 -sarja, Objet30 ja J5 DentaJet.

DMLS

DMLS-tulostimilla on yksi ensisijainen sovellus - metallipohjaisten asioiden tulostaminen. Metallipohjaisia ​​lisäaineita käyttävät DMLS ovat vakiokoneita kaikenlaisille 3D-tulosteille, joissa käytetään MF-filamentteja. Vaikka jotkin muut tulostimet pystyvät käsittelemään myös materiaalia, DMLS-tulostimet ovat erityisen hyviä luomaan yhtenäisiä osia, joiden ominaisuudet ovat samanlaiset kuin "normaalista" metallista valetut tuotteet.

DMLS on lyhenne sanoista Direct Metal Laser Sintering, ja juuri niin se toimii – se käyttää suuritehoista laseria metalli-/muoviseosten jauhemaisten kerrosten sulattamiseen ennen niiden kovettamista uudelleen projektin luomiseksi. Se toimii samalla tavalla kuin hitsataan tai juotetaan erittäin hienolla ja tarkalla laserilla, mutta se on nopeampi ja paljon tarkempi kuin ihmiskädet voisivat toivoa olevan.

Nämä tulostimet ovat melko monimutkaisia ​​käyttää ja vaativat/käyttävät joitain epätavanomaisia ​​elementtejä (kuten yleensä argonkaasutäytteistä rakennuskammiota) eivätkä siksi sovellu aloittelijoille ollenkaan – varsinkaan ottaen huomioon niiden tuskallisen korkeat hinnat. Ne voivat kuitenkin työskennellä erilaisten metalliseosten ja metallien kanssa, mukaan lukien teräs, titaani, nikkeli, koboltti ja kupari. DMLS-tulostinmalleihin kuuluvat EOS M 290 ja FormUp 350.

EBM

Electron Beam Melting on eräänlainen jauhepetifuusiopainatus. Se käyttää elektronisuihkua tyypillisen laserin sijaan hiukkasten sulattamiseen ja osan rakentamiseen. Se luo uskomattoman vakaita ja kestäviä rakenteita sulattamalla metallia metalliin. Tällä hetkellä tätä tekniikkaa käyttää ja valmistaa vain yksi yritys – GE Additive.

Verrattuna muihin tulostimiin, jotka käyttävät laseria lämmönlähteenä, EBM-tulostimet käyttävät elektronipistoolia elektronien erottamiseen esimerkiksi volframiteräsfilamentista tyhjiössä. Sitten niitä nopeutetaan ja projisoidaan metallijauheelle, joka kerrostetaan jokaiselle kerrokselle.

Kun projekti on painettu, ylimääräiset jauheet poistetaan puhalluspistoolilla. Koska koko prosessi tapahtuu tyhjiössä, osat ja jauhe eivät hapetu käytön aikana – ja kun painatus on valmis, hyvä määrä käyttämätöntä jauhetta voidaan käyttää suoraan. Tämä eroaa useimmista muista painotekniikoista ja vähentää merkittävästi painatuskustannuksia, koska materiaalit voivat tulla melko kalliiksi, varsinkin kun on kyse metallifilamenteista.

Lasersädetulostimiin verrattuna elektronisuihkutulostimien etuna on nopeus, mutta ne kärsivät hieman tarkkuuden ja suurimman tuotantoosan koon suhteen. Koska säde on laseria leveämpi, joitain laserilla mahdollisia asioita ei voida tehdä EBM-tulostimessa. Koska saatavilla olevia tulostinmalleja on rajoitettu määrä, myös osien kokoja on rajoitettu – lasertulostimen valmistusmäärä voi helposti olla kaksinkertainen vastaavan EBM-mallin tuotantomäärään verrattuna.