Què és la impressió 3D?

La impressió 3D és una col·lecció de tecnologies que intenten respondre a una pregunta: "Quina és la millor manera de fer qualsevol objecte físic individual construïnt-lo capa per capa?" Amb la impressió 3D, normalment creeu una barra de pa llesca per llesca.

Totes les tecnologies funcionen de manera diferent, però una de les més habituals FDM (Fused Deposition Modelling) funciona amb un capçal d'impressió alimentat amb un filament de plàstic (normalment ABS, el mateix plàstic del qual està fet LEGO).

Un programari comprova un fitxer 3D per veure si és imprimible.

A continuació, el programari talla el fitxer i l'envia a una màquina.

S'introdueix un filament de plàstic pel capçal d'impressió.

El filament es fon i el cap el diposita en una plataforma de construcció.

El cap es mou dipositant el material de manera que constitueix la part inferior de l'objecte.

El cap torna a la seva posició inicial i la plataforma de construcció es baixa.

Aleshores, el cap construeix la nova capa a sobre de la primera i això es repeteix fins que l'objecte estigui acabat.

Per fer una simulació de bricolatge, premeu un tub de pasta de dents a la mà.

Si haguéssim de construir una copa de vi ens trobaríem amb un problema. Si volguéssim imprimir el bol del vidre, el plàstic aniria per tot arreu. Per això, les màquines avançades (i aviat també les màquines d'escriptori) també dipositen material de suport. Amb material de suport, el capçal d'impressió té dues extrusores, una que diposita material de construcció i l'altra material de suport. Per tant, quan construïu una copa de vi, realment construiríeu una forma de cilindre que s'estén fins als extrems més llunyans del bol de la copa.

El capçal d'impressió extruïa material de construcció per a les parts de la capa que acabaria sent la copa de vi i també extrudria molt material de suport, de manera que un cop s'hagi de construir una estructura sobresortint, el material de construcció es pugui construir a sobre. Així que acabes amb un cilindre de plàstic que té la teva copa de vi. A continuació, podeu utilitzar una aigua encara o un bany de dissolvent (hi ha moltes maneres) per rentar el material de suport i us queda el vostre objecte final.

Aquí teniu un vídeo que mostra com funciona aquest procés (divulgació, vídeo realitzat per Materialise, una empresa per a la qual vaig treballar):

Aquí hi ha un altre vídeo de Shapeways (divulgació, també hi treballava) que us mostra un material de suport i la seva eliminació:

FDM us ofereix una gran precisió dimensional, però les peces generalment són menys atractives que les fetes amb altres tecnologies.

Sinterització selectiva per làser

 

 

La sinterització làser selectiva o sinterització làser és un procés diferent pel qual es diposita una pols de plàstic fina (PA12 similar al niló) i un làser sinteritza les peces que es convertiran en el vostre model. La resta de la pols fa de suport. Aleshores s'aplica una nova capa i el procés es repeteix. Aleshores et quedes amb un bloc de pols fina que subjecta les teves parts. SLS té una sensació semblant als texans i té grans propietats mecàniques, però el material és porós, de manera que absorbeix la brutícia i els líquids. A dalt hi ha una ala d'UAV construïda amb SLS.

DMLS

 

 

També podeu imprimir en 3D titani i acer amb DMLS (Direct Metal Laser Sintering) que funciona de la mateixa manera, però amb pols de titani. Aquí podeu veure com es fa un implant de mandíbula:

DMLS us ofereix peces metàl·liques i una resistència molt alta, però a més del suport que prové de la pols no sinteritzada, s'han de fer estructures de suport addicionals a causa de les altes temperatures que actuen sobre la peça. Aquests s'han d'eliminar a mà amb una màquina-eina flexible o una altra.

EBM

 

 

La fusió de feix d'electrons (EBM) funciona amb un feix dirigit d'electrons. L'EBM té una textura superficial més rugosa que altres processos, però això el fa ideal per a implants. Més de 30,000 implants ortopèdics es fan cada any amb EBM.

Impressió 3D

 

El nom correcte real de totes les tecnologies d'impressió 3D és fabricació additiva, però el públic ha escollit la impressió 3D com a terme. La impressió 3D és en realitat el nom d'un conjunt de tecnologies derivades de la patent d'impressió 3D del MIT mitjançant la qual un capçal d'impressió (el mateix que a la vostra impressora Hewlett-Packard) passa per sobre d'una capa de pols i uneix aquest material amb un aglutinant. Podeu imprimir en color amb aquest procés i això és el que fan les màquines Zcorp. Utilitzant la mateixa tecnologia, però amb un procés més complex, ExOne pot imprimir metall. Les peces Zcorp tenen color, però són fràgils. ExOne fa peces metàl·liques de manera econòmica (un anell de noces d'acer costa 8 dòlars), però té una precisió dimensional més baixa i requereix força temps comparativament.

Voxeljet utilitza la mateixa tecnologia per imprimir sorra i PMMA i aquest procés s'utilitza per colar moltes bombes i altres maquinàries industrials. Actualment, Voxeljet té la impressora 3D més gran del món que té un volum de construcció de 4 x 2 x 1 metres.

 

Estereolitografia

 

L'estereolitografia va ser en realitat la primera tecnologia que es va comercialitzar i va ser inventada per Chuck Hull a 3D Systems. Els làsers s'acumulen i s'oposen en un bany de resina. Aquest procés us proporciona una gran suavitat i peces d'aspecte agradable, però requereix un pas posterior al curat i les estructures de suport s'han d'eliminar a mà. A la foto de dalt, podeu veure les estructures de suport que sostenen una rèplica de la mòmia del rei Tut (observeu l'estructura de suport de gelosia que sosté el cap). Les peces SLA també solen ser menys resistents al desgast del món real i s'utilitzen per a coses com els prototips perquè es veuen bé i tenen un aspecte sorprenent quan s'han acabat. Un exemple de l'interior del cotxe Citroën GT i el tauler que es veu a continuació, el vídeo us mostra un llum fet amb SLA.

 

Envisiontec

 

(Divulgació, actualment faig treballs de consultoria per a Envisiontec) Mentre que gairebé totes les tecnologies d'impressió 3D funcionen capa per capa, hi ha excepcions. Amb Envisiontec s'utilitza el processament de la llum digital (la mateixa tecnologia que es troba als projectors DLP i als televisors DLP). Una resina líquida es cura i es solidifica mitjançant un projector DLP que projecta una imatge d'un voxel (píxel volumètric) sobre ella. La mida i la forma del voxel imprès resultant poden variar segons la imatge. Envisiontec no pot fer coses realment grans, però fa petites coses molt detallades, com ara audiòfons personalitzats, implants dentals i motlles per a joies. A dalt podeu veure una safata de construcció d'audiòfons. Més de 10,000,000 parells d'audiòfons s'han impreso en 3D. El segon vídeo està en alemany, però us mostra com els dentistes fan servir la tecnologia.

 

objecte

Objet funciona quan un fotopolímer es diposita mitjançant un capçal d'impressió d'injecció de tinta. A continuació, la capa resultant es cura amb una làmpada UV. Tradicionalment, el problema amb Objet era que les peces fetes amb ell eren molt fràgils, però han anat millorant els materials. El més interessant de l'Objet és que pot fer impressió 3D multimaterial, de manera que pots fer coses amb diferents densitats i dureses per exemple. El mànec d'afaitar que hi ha a continuació es pot fer flexible en parts i rígid en altres parts, mentre que tens coixinets suaus on el subjectes, tot en una tirada d'impressió (curiosament, la navalla de sota pot ser un cas d'infracció dels drets d'autor perquè Gillette té patents que cobreixen la fabricació). de navalles d'afaitar impreses en 3D, 3D, de manera que això pot significar que aquesta és una forma que no podeu fer. Patent EP2266727A1 - Mètode per formar un cartutx de navalla funcional i un cartutx de navalla funcional)

 

Per què és útil la impressió 3D?

La impressió 3D us permet crear formes úniques ràpidament sense costos inicials. En la fabricació massiva tradicional passes vuit setmanes fent un motlle i eines i has d'esperar vuit setmanes perquè arribin les teves coses de la Xina. Un motlle us pot costar entre 10 $000 i 200 $000, però un cop us heu pres el temps i les despeses per fer aquest motlle, pot escopir un milió de coses idèntiques a un preu alt per un molt baix cost.

Amb una impressora 3D, un objecte s'ha de construir individualment en una màquina. Tan bon punt tingueu el disseny podeu començar a imprimir. Però, a causa del cost dels materials i del cost de la màquina i de l'espai que ocupa la peça a la màquina (compra, volum interior i velocitat), la vostra cosa normalment serà més car que un article modelat per injecció. Per tant, una làmpada impresa en 3D us pot costar 80 dòlars, mentre que la làmpada modelada per injecció costaria 1 dòlars. Però, amb la impressió 3D, podríeu fer milers de variacions d'aquesta làmpada i imprimir-les sense costos ni temps addicionals, cadascuna amb un cost de 80 dòlars (les làmpades més grans seran més cares i pot haver-hi un cost per personalitzar el disseny).

La impressió 3D destaca per fer coses úniques. Coses que només s'han de fer una vegada, coses que estan individualitzades, coses que només estan pensades per ser belles per a una persona.

Per què la impressió 3D és revolucionària?

Amb la impressió 3D pots imprimir a prop del client o fins i tot a casa teva. Com que moltes de les coses que ens envolten són fabricades en massa, aquestes coses fan mal. Estan destinats a ser produïts per milions perquè així és com funcionen aquests processos de fabricació massiva. Per tant, estan pensats per atraure un gran nombre de persones sense satisfer les necessitats de ningú. Amb la impressió 3D podeu fer i dissenyar coses úniques i fer coses per a una sola persona. També podeu produir formes que no es poden fer per cap altre mitjà. En fabricar de manera diferent, podeu produir coses sota demanda o repetir i provar el vostre disseny mentre feu coses millors contínuament. També podem treballar junts i compartir dissenys i millorar-los mitjançant programari i, en fer-ho, millorar la qualitat de totes les coses. També podrem democratitzar la fabricació i, potencialment, deixar que qualsevol faci qualsevol cosa. Això tindrà un impacte fonamental en el nostre món.

Per a més informació podeu consultar aquesta resposta:
Per què es diu que la impressió 3D és la tercera revolució industrial?

Indústria de la impressió 3D

La indústria de la impressió 3D és una indústria de 2 dòlars,000,000,000 que ha anat creixent un 26% anual en ingressos des del 1989. Si bé els mitjans de comunicació se centren en la impressió 3D domèstica, gairebé el tota la indústria és empresa a empresa.

Moltes empreses utilitzen impressores 3D per prototipar coses. Els utilitzen per provar dissenys i desenvolupar productes més ràpidament. Altres empreses utilitzen la tecnologia per a peces de tirada curta, peces de recanvi o producció de baix volum. S'utilitza a les carreres de cotxes per fabricar peces i també en la personalització de cotxes i en coses com el tauler de control de Veyron. Les peces del Dreamliner i l'Airbus A380 s'imprimeixen en 3D i s'utilitzen en prototips mèdics, guies quirúrgiques i implants. Allà on calgui un article únic amb un disseny específic, es pot trobar impressió 3D. En el seu nucli, la promesa de la impressió 3D és com una tecnologia de compliment de desitjos que ens permetrà imaginar qualsevol cosa i fer-la.

Quines són algunes de les limitacions de la impressió 3D?

Les màquines són massa cares i no són fiables.
Els materials no són prou forts.
Moltes peces impreses en 3D no semblen prou bones.
És massa difícil dissenyar per a la impressió 3D.
El problema del llenç en blanc significa que sovint no estem inspirats o, de fet, tenim por de crear alguna cosa.
Les màquines no són prou ràpides.
Moltes parts no són prou llises.
etc.