Kas ir 3D printeris

Viena no daudzsološākajām mūsdienu pasaules tendencēm ir trīsdimensiju objektu izveide, izmantojot 3D drukāšanu. Drukas tehnoloģija ļauj izveidot diezgan sarežģītus un detalizētus izstrādājumus. Mūsdienās 3D drukāšanu var izmantot ne tikai ražotnēs, bet arī mājās, lai to izdarītu, pietiek ar 3D printera iegādi.

Kas ir 3D printeris?

Trīsdimensiju printeris ir ierīce, kas spēj radīt objektus, pamatojoties uz izveidotajiem digitālajiem 3D modeļiem. Produkti tiek iegūti, uzklājot materiālu slāni pa slānim. Par bāzi tiek izmantoti termoplastiskie un fotopolimēru sveķi, taču, attīstoties tehnoloģijām, palielinās materiālu skaits, ko izmanto kā izejvielas.

Ražošanas process izskatās šādi:

1. Notiek 3D modeļa izveides process, t.i. topošā produkta vizuālais tēls tiek veidots, saglabājot visas proporcijas. Modelis ir izveidots, izmantojot specializētu programmatūru.
2. Pēc modeļa izveidošanas jums ir jāapstrādā fails. Apstrāde sastāv no faila konvertēšanas digitālā kodā, kas visu modeli sadala daudzos paralēlos slāņos. Tādā veidā tiek ģenerētas komandas 3D ierīcei, kas izplata materiālu, lai izveidotu objektu.
3. Pēdējais posms ir produkta 3D drukāšana, t.i. produkta radīšanas process, izmantojot materiāla slāni pa slānim.Process tiek veikts, izmantojot drukas galviņu (ekstruderi), kas pārvietojas pa 0Y un 0X asīm, t.i. materiāls tiek padots tikai pa horizontālo plakni saskaņā ar slāņa programmas kodu. Lai uzklātu nākamo slāni, ekstrūderis pārvietojas pa vertikālo vadotni (pa 0Z asi) attālumā, kas vienāds ar slāņa izmēru. Pēc tam sāk uzklāt nākamo horizontālo slāni.

Atsauce: Drukāšanas process var atšķirties atkarībā no ražošanas tehnoloģijas, bet kopējais produktu veidošanas process sastāv no materiāla slāņa uzklāšanas.

3D printeru veidi

Ierīces tiek sadalītas atkarībā no drukas procesa unikalitātes, t.i. par izmantoto tehnoloģiju. Visizplatītākās drukāšanas metodes ir FDM (Fused Deposition Modeling) un SLA (lāzera stereolitogrāfija).

Virziena modelēšanas tehnoloģija ir viena no pirmajām drukāšanas metodēm. Termoplastu izmanto kā materiālu priekšmetu izgatavošanai uztītas adāmadatas vai diegu veidā uz spoles. Drukāšanas metode ir šāda:

1. Spole vai kvēldiegs ir uzstādīts ekstrūderī. Sildīšanas ierīces ietekmē materiāls sāk kust un caur kanālu plūst uz darba virsmas.
2. Ekstrūderis pārvietojas pa noteiktām koordinātām saskaņā ar digitālo kodu. Ražošana notiek slāņos attiecībā pret horizontālo plakni.
3. Sarežģītu izstrādājumu ražošanā tiek izmantoti divi materiāli: galvenais un palīgmateriāls. Produkts ir izveidots, izmantojot pamatmateriālu. Palīgmateriāls paredzēts pagaidu balstu izveidošanai, kā arī izstrādājuma dobuma aizpildīšanai. JoPrinteris bez jebkāda iemesla nevar izdrukāt gaisā esošu objektu.

Atsauce: Pēc tam palīgmateriālu noņem, izmantojot īpašu šķīdinātāju, vai arī to viegli nolauž.

Produktiem, kas izgatavoti, izmantojot FDM tehnoloģiju, ir laba mehāniskā un ķīmiskā izturība. Šādas īpašības tiek sasniegtas, izmantojot rūpnieciskās kvalitātes termoplastu. Šī tehnoloģija ir arī viegla un piemērota lietošanai mājās.

SLA tehnoloģijas jeb stereolitogrāfija drukā izstrādājumus, izmantojot šķidros fotopolimēra sveķus, kas sacietē enerģijas avota ietekmē lāzera veidā. Izmantojot šo metodi, izstrādājumiem ir augsta precizitāte (līdz 15 mikroniem). Objekti tiek drukāti šādi:

1. Darba virsma tiek nolaista traukā ar fotopolimēra šķidrumu līdz viena slāņa dziļumam;
2. Enerģijas avots (lāzers) izgriež objekta formu atbilstoši dotajām objekta koordinātām;
3. Notiek polimerizācijas process, kura rezultātā saskares vietās notiek sacietēšana;
4. Procedūru atkārto katram slānim, līdz objekts ir izgatavots;
5. Pēc izgatavošanas modelis tiek iegremdēts traukā ar īpašu šķīdumu, lai to attīrītu no palīgelementiem;
6. Pēdējais posms ir ultravioletā apstarošana, lai paātrinātu produkta veidošanās procesu.

Stereolitogrāfija ir viena no modernākajām tehnoloģijām, taču tai ir nepieciešami dārgi materiāli. Ir arī mazāk zināmi drukāšanas veidi:

SlS (selektīvā lāzera saķepināšana) objekta izveides princips ir darba zonai pulvera veidā piegādāt plānu materiāla kārtu, kas tiek saķepināta lāzera iedarbībā.Šīs metodes galvenā priekšrocība ir tā, ka nav nepieciešams izmantot palīgelementus, taču tai ir nepieciešama papildu termiskā apstrāde. Nav paredzēts lietošanai sadzīves apstākļos.

EBM (elektronu staru kausēšana). Tehnoloģija ir līdzīga selektīvai lāzera saķepināšanai, taču produkts ir izveidots vakuumā un tam nav nepieciešama papildu termiskā apstrāde.

Trīsdimensiju drukāšanā ietilpst 3D pildspalva. Tās darbības princips ir līdzīgs FDM tehnoloģijai, taču tam ir miniatūrāks izskats un to izmanto, lai izveidotu zīmējumus ar trīsdimensiju efektu.

Ko var darīt 3D printeris?

Mūsdienās 3D druka tiek izmantota gandrīz visās dzīves jomās. Ir piemēri kulinārijas ēdienu veidošanai, izmantojot 3D drukāšanu. Sarežģītākām struktūrām visās nozarēs tiek radītas jebkuras sarežģītības daļas. Taču aktuālākā un nepieciešamākā joma joprojām ir medicīna.

Vairāki uzņēmumi izstrādā organiskos aizstājējus, kas var praktiski aizstāt dabiskos audumus. 3D druka var palīdzēt arī locītavu nomaiņas jomā. Visizplatītākais trīsdimensiju ražošanas pielietojums ir zobārstniecībā. Orgānu modeļu izgatavošanai papildus protezēšanai izmanto printerus. 3D drukāšanas iespējas pieaug un kļūst arvien pieejamākas katru dienu.

3D printeri palīdz ne tikai cilvēkiem, bet arī dzīvniekiem. Viens no slavenajiem gadījumiem ir čaulas izveidošana meža ugunsgrēkā ievainotam bruņurupucim. Tādējādi jaunais apvalks izglāba dzīvnieka dzīvību, un šādu gadījumu ir daudz. Vēl viens unikāls gadījums ir ziloņa kājas protēze. Lietas unikalitāte slēpjas tajā, ka ziloņiem protezēšana praktiski netiek izgatavota dzīvnieka lielā svara dēļ.

Mūsdienu drukas tehnoloģija ļauj izveidot pat visu ēku. Mazās mājas (37 kv.m.) celtniecība pētniekiem prasīja tikai 24 stundas un izmaksāja uz pusi mazāk nekā parastā metode.