Grundläggande 3D-utskrift: Typer av 3D-skrivare

3D-utskrift fungerar inte riktigt som vanlig utskrift – medan när det kommer till bläck på papper, nästan vilken maskin som helst som använder, ja, papper och bläck, duger, är 3D-utskrift mycket mer specifik. Inte alla skrivare, eller ens alla typer av skrivare, är lämpliga för varje filamenttyp eller projekt – du måste göra din forskning innan du väljer en för att se till att du får rätt typ för dina behov.

Här är en sammanfattning av några av de vanligaste typerna av 3D-skrivare du kan hitta. Det är inte en heltäckande lista, men det här är de som en blivande 3D-utskriftsentusiast behöver veta om!

SLA

SLA eller Stereolithography var den allra första typen av 3D-utskrift någonsin. Skapad 1986 av Chuck Hall, den använder en tryckteknik som kallas Vat Polymerisation – den använder fotopolymergummi som utsätts för en ljuskälla. Denna typ av skrivare är idealisk för släta ytor och höga detaljnivåer i tryckta projekt.

Det är inte speciellt för nybörjare och har många användningsområden inom medicin, där det används för att skriva ut anatomiska modeller såväl som mikrofluidik. Skrivaren använder flera speglar arrangerade för att rikta en laserpelare över tandköttet som används som filament, så att det kan bilda de olika skikten i formningszonen.

Noggrannhet och hastighet är nyckeln, och 3D-utskriftsprojekt byggs från grunden. Förutom de nämnda användningarna inom medicin är denna tryckteknik också användbar inom flyg- och bilindustrin. Skrivare av denna typ inkluderar ProJets och Vipers.

SLS

Specifik lasersintring eller SLS mjukar upp nylonpulver till en solid plastkonstruktion. Material som används är termoplaster, vilket betyder att resultatet är tufft, lämpligt för snäpppassningar och användningar med hög slagkraft. Tekniken som används kallas power bed fusion. En termoplast kommer att värmas till precis innan den blir flytande och sedan skiktas på formningssteget. En laser används för att sintra pulvret som har staplats till ett fast, hårt lager - och när ett tvärsegment är färdigt sjunker scenen med höjden av det lagret, mer pulver tillsätts och lasern sinter det igen till ett fast ämne.

Överskott av pulver som tillsätts men inte sintrat fungerar som ett slags stödmaterial som så småningom kommer att falla bort. Stödstrukturer behövs inte på grund av detta. Den största fördelen med SLS är att den skapar fantastiska mekaniska egenskaper, med nackdelen av längre ledtider än andra typer av skrivare. Exempel inkluderar Sinterit Lisa, Formlabs Fuse 1 och Sharebot SnowWhite 2.

FDM/FFF

Fused Deposition Modeling och Fused Filament Fabrication är liknande typer av skrivare. De stöter ut en plastfiber lager för lager på formningssteget. På så sätt kan kompletta modeller skapas relativt snabbt och effektivt. Skapade ytor tenderar att vara allt annat än släta och de resulterande modellerna är vanligtvis inte heller för starka. Med andra ord kan den faktiska användningen av tryckta delar vara ganska begränsad. Trots detta är den här typen av skrivare ett utmärkt val för nybörjare då den är experimentvänlig och ganska enkel att använda.

Som sagt, denna typ av skrivare kan vara en av de mer prisvärda för skrivare på en budget. En spole med filament körs in i skrivaren och trycks sedan genom en uppvärmd pip. De vanligaste materialen som används är PLA, ABS och PET, men vissa andra fungerar också, beroende på vilken pip som används.

Skrivarhuvudet rör sig längs inställda axlar och dispensera den flytande plasten lager för lager. När ett lager är färdigt, startas nästa lager tills objektet är färdigt. Några av de bästa användningsområdena för den här tekniken är fixturer och höljen, men FFF och FDM är också lämpliga för alla möjliga små sminktrycksprojekt.

Skrivarmodellerna inkluderar Snapmaker och Ultimaker, liksom många andra. Med tanke på hur utbredd den här typen av skrivare är nu så finns det massor av olika modeller i alla prisklasser.

DLP

Digital Light Processing liknar något SLA-utskrift. Den skriver ut snabbare och avslöjar lager samtidigt snarare än att göra det i tvärsnitt med hjälp av laser. SLA och DLP har liknande användningsändamål och är modeller av infusionsform. Till skillnad från FFF är ytor släta och därför kan projekt hitta tillämpningar i saker som dentala tillämpningar.

På baksidan är DLP-utskrifter något svaga. De är normalt inte användbara för mekaniska delar eller något som kräver särskild stabilitet. När det gäller skillnaderna mellan SLA och DLP – där den förra använder en laser för att rita rundade former, använder DLP en skärm för att projicera fyrkantiga voxlar av en viss minimistorlek för att skapa de former som skrivs ut.

Skrivare av denna typ inkluderar Micromake L2, SprintRay Moonray och Anycubic Photon S.

MJF

Multi Jet Fusion-skrivare monterar delar av nylonpulver. I stället för en laser (som vid SLS-utskrift) används ett bläckstrålekluster för att applicera värmen för att smälta pulvret. Resultatet är mer stabila och förutsägbara mekaniska egenskaper, samt bättre ytresultat.

Den snabbare tillverkningstiden som denna teknik erbjuder leder också till lägre tillverkningskostnader totalt sett. Skrivhuvudet sprutar ut hundratals små droppar fotopolymer som härdas och stelnar senare i UV-ljus. När ett lager är härdat appliceras nästa lager tills objektet är färdigt.

Denna teknik behöver ett hjälpmaterial som tas ut vid efterhantering. Även om det kan ge vissa svårigheter, är MJF en av de enda teknikerna som gör att skrivare kan producera flera objekt på en enda rad utan att offra något av bygghastigheten. Den kan också producera saker med olika material och i full ton. Detta innebär att när det är ordnat optimalt kan MJF serietillverka små identiska delar betydligt snabbare än någon annan skrivartyp. Skrivare av denna typ inkluderar HP Jet Fusion-serien.

PolyJet

PolyJet-skrivare producerar smidiga och exakta delar som lämpar sig för en mängd olika saker. De erbjuder en mikroskopisk lagerupplösning och kan producera både tunna väggar och komplexa element eftersom de kan arbeta med det bredaste utbudet av material från vilken 3D-skrivare som helst (förutsatt att de är utrustade med rätt munstycke/säng förstås). PolyJet-utskrifter kan användas för att skapa fixturer, formar och olika tillverkningsverktyg.

Det finns en mängd olika skrivarmodeller speciellt för användning i tandarbete – för tandlaboratorier och tandtryck. De snabba och högkvalitativa utskrifterna som blir resultatet av denna teknik gör den till ett utmärkt val för den typen av medicinsk användning. Dessa skrivare fungerar genom att använda flera spruthuvuden – de avsätter ett lager av byggmaterial genom att glida längs en axel. Varje huvud bidrar med olika mängder på olika ställen för att skapa oavsett formen på det lagret. De vanligaste inställningarna för dessa skrivare har ett skrivhuvud av bläckstråletyp med flera munstycken.

De distribuerade materialen flashas och härdas av ett UV-lager innan skrivaren rör sig – plattformen tappar ett lager och nästa lager läggs till. Råvarorna och filamenten lagras inte på spolar utan snarare i patroner som är anslutna till munstyckena, inte olikt en vanlig bläckstråleskrivare. Skrivare av denna typ inkluderar Connex 3-serien, Objet30 och J5 DentaJet.

DMLS

DMLS-skrivare har en primär applikation - att skriva ut metallbaserade saker. Med hjälp av metallbaserade tillsatser är DMLS standardmaskinerna för alla slags 3D-utskrifter som involverar MF-filament. Medan vissa andra skrivare också kan hantera materialet, är DMLS-skrivare särskilt bra på att skapa enhetliga delar med liknande egenskaper som saker som gjuts ur "normal" metall.

DMLS är en förkortning för Direct Metal Laser Sintering, och det är precis så det fungerar – den använder en kraftfull laser för att smälta pulveriserade lager av metall/plastblandningar innan de härdas igen för att skapa projektet. Det fungerar ungefär som hur man kan svetsa eller löda med en mycket fin och exakt laser, men det är snabbare och mycket mer exakt än vad människohänder kan hoppas på att vara.

Dessa skrivare är ganska komplicerade att använda och kräver/använder vissa okonventionella element (som den vanligtvis argongasfyllda byggkammaren) och är därför verkligen inte lämpliga för nybörjare alls – särskilt med tanke på deras smärtsamt höga priser. Som sagt, de kan arbeta med olika legeringar och metaller, inklusive stål, titan, nickel, kobolt och koppar. DMLS-skrivarmodeller inkluderar EOS M 290 och FormUp 350.

EBM

Electron Beam Melting är en typ av fusionstryck i pulverbädd. Den använder en elektronstråle snarare än den typiska lasern för att smälta partiklar och bygga delen. Den skapar otroligt stabila och motståndskraftiga strukturer genom att smälta metall till metall. För närvarande används och tillverkas denna teknik endast av ett företag – GE Additive.

Jämfört med andra skrivare som använder laser som värmekälla använder EBM-skrivare en elektronkanon för att extrahera elektroner från till exempel en volframstålfilament i vakuum. De snabbas sedan upp och projiceras på det metalliska pulvret som avsätts för varje lager.

När projektet är tryckt, avlägsnas överflödigt pulver med en blåspistol. Eftersom hela processen sker under vakuum oxiderar inte delar och pulver medan de används – och när utskriften är klar kan en bra mängd av det oanvända pulvret användas direkt. Detta skiljer sig från de flesta andra trycktekniker och reducerar avsevärt kostnaden för tryckning, eftersom material kan bli ganska dyra, särskilt när det kommer till metalltrådar.

Jämfört med laserstråleskrivare har elektronstråleskrivare fördelen av hastighet, men lider lite när det gäller precision och maximal produktionsdelstorlek. Eftersom strålen är bredare än en laser kan vissa saker som är möjliga med en laser inte göras i en EBM-skrivare. Med tanke på det begränsade antalet tillgängliga skrivarmodeller finns det också en begränsning för delstorlekar – tillverkningsvolymen för en laserskrivare kan lätt vara dubbelt så stor som för en jämförbar EBM-modell.