In 3D chuyển đổi các cuộn sợi nhựa hoặc khay nhựa thành các vật thể. In 3D hoàn toàn không thuộc về thế giới này. NASA duy trì một máy in 3D trên Trạm vũ trụ quốc tế và các phi hành gia có thể chế tạo các công cụ tùy chỉnh (như cờ lê sửa chữa này) mà không cần phải bay chúng vào không gian.
In 3D đã được áp dụng bởi các sinh viên, doanh nhân, nghiệp dư và các nhà máy lớn. Bởi vì in 3D cho phép các thiết kế kỹ thuật số được chuyển đổi thành các đối tượng hữu hình, một loạt các ứng dụng đã được phát hiện.
Bác sĩ có thể in một mô hình vật lý của giải phẫu bệnh nhân để hình dung rõ hơn về chương trình và chứng minh thực hành. Các kỹ sư nhà máy có thể tạo ra đồ đạc và đồ đạc tùy chỉnh giúp tiết kiệm thời gian và giảm thiệt hại trong quá trình sản xuất. Cộng đồng thúc đẩy không gian kinh doanh, dạy các kỹ năng STEM và giúp khởi nghiệp cho các doanh nghiệp mới, tạo ra việc làm mới và cơ hội địa phương.
Mặc dù in 3D chủ yếu được sử dụng để sản xuất các vật thể bằng nhựa, in 3D cũng có thể tạo ra các vật kim loại, mặc dù đây là một quá trình tốn kém và ít phổ biến hơn so với in 3D bằng nhựa.
Tóm tắt
In 3D là gì? In 3D là quá trình tạo các đối tượng vật lý từ mô hình kỹ thuật số. In 3D là một quá trình bổ sung. Các lớp nhựa được xây dựng lần lượt để tạo các đối tượng.
In 3D ảnh hưởng đến nền kinh tế như thế nào?
In 3D là một phần không thể thiếu trong phong trào của nhà sản xuất và mang lại lợi ích cho cộng đồng, giáo dục, doanh nhân và doanh nghiệp truyền thống. Nó giúp thúc đẩy việc tạo ra các sản phẩm mới và các công ty mới, đồng thời dạy các kỹ năng có thể được chuyển đổi thành nhiều công việc kỹ thuật và chuyên nghiệp.
In 3D đắt như thế nào so với quy trình sản xuất truyền thống?
Mà phụ thuộc. Nó chi phí ít hơn nhiều và tạo ra các nguyên mẫu, đồ đạc, công cụ và đồ đạc với in 3D ít thời gian hơn nhiều. Tuy nhiên, một khi chi phí thiết lập và công cụ được thanh toán, các kỹ thuật sản xuất truyền thống (như ép phun) có thể tạo ra các vật thể nhanh hơn và với chi phí thấp hơn.
In 3D ảnh hưởng đến chuỗi cung ứng như thế nào?
In 3D là lý tưởng cho sản xuất ngắn hạn và sản xuất quy mô nhỏ. Nó cũng cho phép các phụ tùng thay thế được "lưu trữ trên đám mây" vì vậy không cần phải kiểm kê vật lý trước khi cần đối tượng. Bằng cách cung cấp các đối tượng 3D trên toàn cầu ở dạng kỹ thuật số và in chúng tại địa phương, chi phí và thời gian vận chuyển có thể được loại bỏ hoàn toàn.
In 3D có thể thay đổi sản xuất?
Sản xuất đang trải qua những thay đổi to lớn và in 3D là một trong những yếu tố. Các yếu tố khác bao gồm sự gia tăng đáng kể về khối lượng và thông lượng dữ liệu, phân tích được cải thiện, các yếu tố con người được cải thiện và tự động hóa các quy trình sản xuất khác nhau.
In 3D là gì?
In 3D là quá trình tạo ra các vật thể (thường là nhựa, nhưng đôi khi là vật liệu kim loại hoặc composite) từ mô hình kỹ thuật số. Hầu hết các máy in 3D thêm vật liệu vào một lớp rất mỏng tại một thời điểm, đó là lý do tại sao máy in 3D được phân loại là "sản xuất phụ gia".
Làm thế nào để sản xuất phụ gia làm việc?
Máy in máy tính thường hoạt động một dòng tại một thời điểm. Máy in 3D giống như một máy vẽ, di chuyển đầu in dọc theo trục X và Y để vẽ một mẫu. Trong trường hợp máy in 3D, máy in 3D là ba chiều. Sau khi mẫu được vẽ, đầu in di chuyển lên (hoặc bản in di chuyển xuống dưới) và mẫu khác được vẽ trên mẫu đầu tiên.
Máy in 3D hoạt động như thế nào?
Có một số loại máy in 3D, nhưng chúng tôi sẽ tập trung vào hai loại: mô hình lắng đọng hợp nhất (hoặc FDM) và lập thể (hoặc SLA).
FDM bắt đầu với một cuộn dây tóc. Đây thường là những sợi dày 1,75 hoặc 2,85 mm được quấn trên trục chính. Máy in FDM làm nóng dây tóc, đùn nó qua vòi phun và đặt một lớp trên bề mặt xây dựng. Các lớp này rất mỏng và khi mỗi lớp nóng chảy được đặt lên trên lớp trước, nó sẽ tan chảy một phần khi làm mát.
Theo thời gian - đôi khi phải mất rất nhiều thời gian - một đối tượng được xây dựng từ hàng trăm hoặc hàng ngàn lớp này.
SLA bắt đầu với một loại nhựa lỏng. Khay xây dựng rơi xuống nhựa (thường lộn ngược) và ánh sáng (đôi khi từ LCD, đôi khi từ tia UV) tạo ra phản ứng hóa học trong nhựa cứng lại. Khi mỗi lớp được tiếp xúc với ánh sáng, máy in sẽ nâng nền tảng xây dựng cách xa tế bào nhựa một chút, để lộ lớp tiếp theo.
FDM là hình thức in 3D vật liệu phổ biến nhất. SLA là hình thức in 3D phổ biến nhất. Hai phương pháp in này đã đạt đến mức chi phí đủ thấp mà người tiêu dùng, nghiệp dư, nhà giáo dục, doanh nhân và doanh nghiệp nhỏ có thể chi trả, nhưng chúng thường bị giới hạn trong việc sản xuất nhựa, vật liệu tổng hợp nhựa và vật liệu nylon. .
Các hình thức máy in 3D khác có thể được sử dụng, nhưng đòi hỏi chi phí mua hàng lớn. Chúng bao gồm in 3D nền bột (thả bột và sau đó hình thành phản ứng tổng hợp), sản xuất gỗ (liên kết các tấm với nhau và sau đó cắt chúng), lắng đọng năng lượng định hướng (điều này hơi giống nhau nếu thợ hàn và máy in FDM ra đời) (đẩy một chùm electron trong chân không để tạo ra kim loại nóng chảy dựa trên mô hình 3D).
Những hình thức in 3D cuối cùng này thường được sử dụng để chế tạo các bộ phận kim loại, trong khi FDM và SLA được sử dụng phổ biến nhất để chế tạo các vật thể bằng nhựa.
Điểm chung là họ tạo ra các đối tượng mới bằng cách thêm dần và trộn nguyên liệu thô.
In 3D không phải là gì
Máy in 3D không phải là máy sao chép Star Trek. Bất cứ ai có máy in 3D sẽ nói với bạn rằng ngay khi khách nhìn thấy máy in hoạt động, trí tưởng tượng của họ sẽ bị kích thích. Gần như ngay lập tức, họ sẽ bắt đầu gọi ra các loại mặt hàng mà họ muốn làm. Thường thì đây không phải là những vật phẩm hiện có, nhưng họ tin rằng sự kỳ diệu của in 3D có thể tạo ra những phát minh mới chỉ sau một đêm.
In 3D ảnh hưởng đến nền kinh tế như thế nào?
Giống như in 3D là một yếu tố trong xu hướng chuyển đổi sản xuất kỹ thuật số, in 3D là một yếu tố của xu hướng kinh tế lớn hơn và sự gia tăng của phong trào nhà sản xuất.
Một khía cạnh thú vị của sản xuất là tính toàn diện và tính trung lập về giới. Nó bao gồm mọi thứ, từ làm búp bê đến thiết kế robot, từ album ảnh đến làm đồ nội thất, từ làm đồ da đến in 3D. Đây là một từ có chứa bất cứ điều gì làm cho mọi thứ tinh khiết và đơn giản.
Sản xuất khác với sản xuất, mặc dù nó thường dẫn đến sản xuất. Khi ai đó thiết kế một sản phẩm và xây dựng một nguyên mẫu, hãy xem xét việc tạo ra nó. Một khi nguyên mẫu được sản xuất tích cực, nó là sản xuất. Bây giờ, kết hợp sản xuất máy tính để bàn với gây quỹ cộng đồng, bạn có thể thiết kế các nguyên mẫu rất phức tạp sau đó được tài trợ bởi các khách hàng tiềm năng.
Ưu điểm và nhược điểm của máy in FDM và SLA
Vì máy in FDM và SLA đã có sẵn cho người nghiệp dư và chuyên nghiệp, chúng là loại máy in 3D phổ biến nhất. Phiên bản dành cho người tiêu dùng có thể được sử dụng với giá hàng trăm đô la và các máy móc chuyên nghiệp để chế tạo nguyên mẫu và sản xuất đồ gá có giá từ 3.000 đến 6.000 đô la.
Đây là những công nghệ in 3D mà bạn có khả năng đầu tư nhiều nhất.
Máy in FDM
FDM là công nghệ in 3D nghiệp dư chính thống đầu tiên, vẫn dẫn đầu thị trường về thương hiệu và sản lượng và sản lượng bán hàng.
Một trong những thách thức chính của in 3D là để có được một bản in thành công của đối tượng. In không thành công vì nhựa bị lắng nóng hoặc nguội quá nhanh do lớp không liên kết thành công do bản in bị tách ra khỏi bề mặt in của bản dựng do dây tóc bị tắc trong máy đùn, cũng như các vấn đề sản xuất khác.
Máy in FDM có thể in bằng nhiều loại nhựa. Mỗi loại nhựa có các đặc điểm khác nhau giúp cho việc in dễ dàng hơn hoặc khó khăn hơn và tạo ra các đặc tính khác nhau trong phần hoàn thiện.
Loại dây tóc phổ biến nhất là PLA (axit polylactic), rất dễ in, nhưng có thể rất giòn và sẽ biến dạng dưới ánh mặt trời.
Nylon rất linh hoạt, nhưng nó thường đòi hỏi rất nhiều khó khăn để làm cho các thiết lập in của nó hoạt động.
ABS mạnh hơn (được làm bằng LEGO), nhưng tốc độ làm mát của nó thường làm cho độ cong bên dưới làm biến dạng toàn bộ bản in. Nó cũng có mùi khó chịu và khói độc vừa phải.
Một số nhà cung cấp bơm nhựa cơ bản (chủ yếu là PLA) vào các vật liệu khác, bao gồm gỗ, kim loại và sợi carbon. Mỗi trong số này thay đổi các đặc điểm của đối tượng in hoàn thành.
Hầu hết các máy in FDM có một máy đùn có thể in một cuộn dây tóc cùng một lúc. Máy in FDM tiên tiến hơn (và đắt tiền) có thể in hai, ba, bốn hoặc nhiều sợi cùng một lúc, cho phép máy in trộn màu, tính chất chức năng (như nhựa rắn và bản lề linh hoạt) và vật liệu hỗ trợ hòa tan.
Bản in được tạo thành từ một chuỗi nhựa nóng chảy, do đó phần nhô ra có thể là một vấn đề. Mặc dù máy in FDM thường có thể in các vòng tròn hoặc góc lên tới 45-60 độ, nhưng chúng không thể in trên khe hở không khí vì nhựa nóng chảy sẽ đơn giản chìm vào khoảng trống.
Để bù đắp cho những khoảng trống lớn, hầu hết các máy in sẽ sản xuất hỗ trợ hoặc một tháp nhựa tạm thời có thể hỗ trợ khu vực cầu. Máy in monofilament sử dụng cùng một vật liệu với chính đối tượng và có nhiều cài đặt khác nhau giúp dễ dàng gỡ bỏ hỗ trợ.
Máy in dây tóc kép thường in bằng vật liệu hỗ trợ có thể hòa tan như PVA (polyvinyl alcohol) gần giống với vật liệu mà Elmer's Keo được làm từ. Khi bản in dây tóc kép được hoàn thành, nó chìm trong nước hàng giờ (hoặc đôi khi vài ngày) và PVA tan biến, để lại một bản in nguyên vẹn với các khoảng trống mở mà nhà thiết kế dành cho đối tượng cuối cùng.
Vì máy in FDM in theo lớp, nên hướng của đối tượng được in có thể quan trọng. Liên kết giữa các lớp thường yếu hơn so với chạy tuyến tính của nhựa. Như vậy, vị trí trên giường nên tính đến điều đó cho bất kỳ đối tượng nào có khả năng bị căng thẳng.
Máy in FDM có nhiều kích cỡ. Kích thước càng lớn, bản in càng khó, vì thường khó cân bằng các đặc tính nhiệt trong toàn bộ khu vực xây dựng.
Máy in FDM cũng cung cấp một loạt các kích cỡ vòi phun. Vòi phun càng lớn, vật liệu đùn ra mỗi phút càng nhiều, nhưng kết quả cuối cùng càng ít tinh chế. Vòi phun càng nhỏ, bản in càng chi tiết. In bằng vòi phun lớn hoặc vòi phun nhỏ sẽ đưa ra những thách thức khác, thường liên quan đến hỗ trợ, bắc cầu và quản lý nhiệt.
Máy in SLA
Máy in SLA có nhiều tính năng khiến chúng không còn tồn tại:
Các loại nhựa lỏng mà họ sử dụng rất độc ở dạng chưa được xử lý. Nếu bạn nhận được nó, nó có thể gây bỏng hoặc phát ban đau đớn.
Bản in hoàn thành cần được xử lý trong bồn tắm và sau đó được chữa khỏi. Chúng sẽ biến dạng trong thời gian xử lý này. Chúng cũng độc hại.
Máy in SLA cồng kềnh hơn máy in FDM do nhựa lỏng và bể xử lý.
Máy in SLA thường có diện tích xây dựng rất nhỏ, dẫn đến các bản in thường nhỏ. Các loại nhựa thường được chế tạo dành riêng cho một máy in cụ thể, vì vậy người dùng có thể khóa sản phẩm của nhà cung cấp, điều này có thể hạn chế lựa chọn vật liệu và màu sắc.
Mặc dù vậy, máy in SLA đang trở nên phổ biến hơn, chủ yếu là do chúng tạo ra các bản in với chi tiết rất tốt và một vài lớp. Điều này làm cho chúng đặc biệt thích hợp để tạo mẫu cho các thiết kế trang sức và chết, thiết kế y tế và nha khoa nhỏ, và các sở thích như đường sắt mô hình và thu nhỏ trò chơi.
Thiết kế và chuẩn bị bản in
Quá trình chuyển từ sáng tạo sang các đối tượng in 3D trước tiên phải vượt qua hai công nghệ công cụ phần mềm: phần mềm mô hình 3D (hoặc CAD) và máy thái.
Phần mềm mô hình 3D
Phần mềm mô hình 3D (còn được gọi là CAD (đối với thiết kế có sự trợ giúp của máy tính)) có thể được coi là công cụ tạo cho các mô hình 3D. Theo cách tương tự, bạn có thể sử dụng Photoshop để tạo đồ họa, Illustrator để tạo minh họa hoặc sử dụng Word để tạo các bài viết như thế này và phần mềm CAD để tạo các thiết kế mô hình 3D.
Có nhiều chương trình CAD ngoài kia, và mỗi chương trình phù hợp nhất cho các nhiệm vụ khác nhau. Tôi xen kẽ giữa TinkerCAD và Fusion 360, tùy thuộc vào việc tôi cần xây dựng một phần nhanh hay thiết kế phức tạp hơn.
Máy thái
Chương trình CAD tạo ra một mô hình ảo của đối tượng 3D. Nhưng hầu hết in 3D được thực hiện từng lớp. Quá trình chuyển đổi thiết kế 3D thành một loạt các chuyển động của máy trên mặt phẳng hai chiều (và sau đó di chuyển mặt phẳng) là công việc của chương trình máy thái.