The 3D-printning eller additive fremstillings- grupperer fremstillingsprocesser dele i volumen ved at tilføje materiale i successive lag for en 3D-modellering , i modsætning til fremstilling subtraktiv .
Princippet er tæt på en konventionel 2D-printer med en stor forskel: det er stabling af lag, der skaber lydstyrken.
Det bruges på områder, der er så forskellige som prototyping , industri , luftfart , byggeri , militær , bioprint eller mad .
3D-udskrivning gør det muligt at fremstille et rigtigt objekt: en designer tegner 3D-objektet ved hjælp af et CAD- værktøj (computer-aided design) . Den opnåede 3D-fil behandles af specifik software, der organiserer udskæring af de forskellige lag, der er nødvendige for produktionen af delen. Udskæringen sendes til 3D-printeren, som aflejrer eller størkner materialet lag for lag, indtil den sidste del er opnået.
Historisk set begyndte 3D-udskrivning i begyndelsen af 2000'erne med brugen af opvarmet harpiks og blev brugt til hurtig prototyping . I 2010'erne så fremkomsten af innovative teknikker ved hjælp af en række nye materialer: plast (PLA eller ABS), voks , metal (aluminium, stål, titanium, platin), gips i Paris , keramik og endda glas. Gevinster i produktionstid og præcision tillader produktion af dele i små serier.
Der er mange applikationer til 3D-udskrivning. Først begrænset til prototyping og visualisering af ergonomi til arkitektur- eller designstudier. derefter til udstyr og protese fik det gradvist industrielle sektorer lige fra produktion af dele til biler, fly, bygninger, forbrugsvarer osv.
Prisen på en højtydende 3D-printer, dens begrænsede anvendelighed og den tekniske beherskelse, der er nødvendig for dens implementering, bremser imidlertid sit udseende som en enhed til hjemmebrug.
Den tredimensionale printer blev først betragtet som science fiction ( Arthur C. Clarke talte om en "replikeringsmaskine" i 1960'erne , en maskine, der ville replikere objekter som en trykte bøger, hvilket ville have en dybt positiv effekt på samfundet: "menneskeheden vil tilpasse sig som tidligere ”) eller tegneserier (i 1972 , i tegneserien Tintin og Shark Lake , opfinder professor Tournesol en tredimensionel fotokopimaskine, der straks eftertrækkes af Rastapopoulos for at fremstille det forkerte ved duplikering af kunstværker stjålet i større museer).
De første forsøg på at skabe solide genstande med fotopolymerer ( Dual Laser Approach ) fandt sted i USA i slutningen af 1960'erne på Battelle Memorial Institute .
Samtidig skabte Wyn K. Swainson Formigraphic Engine Co og udviklede en proces, som han kaldte fotokemisk bearbejdning .
I slutningen af 1970'erne var Dynell Electronics Corps forskning det første skridt i LOM-processen (Laminated Object Manufacturing).
Men de første virkelig lovende tests blev udført i Japan i 1980 af Hideo Kodama, der skabte forfader til stereolitografi.
Det 16. juli 1984, Den 1 st patent på ”additiv produktion” er blevet indgivet af tre franskmænd: Jean-Claude André, Olivier de Witte og Alain le Méhauté, på vegne af Compagnie Industrielle des Lasers (Cilas Alcatel).
To uger senere patenterer den amerikanske Charles Hull (også kaldet Chuck) teknologien til stereolitografi (SLA for StereoLithography Apparatus).
Dette patent er oprindelsen til navnet på udvidelsen af .stl- udskrivningsfilen og firmaet 3D Systems, der er kæmpe for fremstilling af 3D-printere.
Sidstnævnte lancerede i slutningen af 1988 den første 3D-printer, SLA-250.
I 1988 oprettede Carl Deckard SLS-processen (Selective Laser Sintering) ved University of Texas i Austin .
I 1989 indgav Scott Crump patent på FDM-processen (Fused Deposition modellering) og grundlagde virksomheden Stratasys .
I 1993 blev Binder Jetting-teknologien udviklet af MIT og markedsført af Z Corporation .
i 1993 er det også oprettelsen af firmaet Sanders Prototype.Inc, der bliver omdøbt til Solidscape, der introducerer processen med Material Jetting.
I 1996 udviklede Fraunhofer-Gesellschaft SLM-processen (Selective Laser Melting).
I 2004 oprettede Adrian Bowyer projektet RepRap første projekt open source 3D printer og føder producenten Culture ..
I 2005 blev den første high definition farveprinter ( Z Corporation ) født, der brugte firefarvetryk som konventionelle printere og pigmenter bundet af lim til et mineralmateriale.
I 2009 udløb FDM (Fused Deposition Modelling) patenter, hvilket banede vejen for en stærk udvikling af denne teknologi.
I 2014 udløb SLS (Selective Laser Sintering) -patenterne igen.
I 2017 udløber SLM (Selective Laser Melting) patent.
De første 3D-printere dukkede op i begyndelsen af 2000'erne . Denne teknik bruger oprindeligt harpikser, materialer, der ikke er egnede til intensiv brug, og producerer kun prototyper , nogle gange i livsstørrelse, dens senere anvendelse forbliver et genstand for forskning og debat.
Siden 2010 er trykpræcisionen og materialetyperne konstant steget, og fremtiden lover teknisk udvikling.
I 2015 mener mange observatører, at disse teknikker vil tage en vigtig rolle i den nye produktionsform. Jeremy Rifkin mener, at hun kunne være en del af hans koncept for den tredje industrielle revolution, ligesom Chris Anderson , amerikansk forfatter og journalist, forfatter af Makers: The New Industrial Revolution .
Under sin tale om Unionens stat i Februar 2013, Barack Obama har tilkendegivet, at han er villig til, at USA investerer i oprettelsen af 3D-printcentre for at øge innovation og skabe job.
Dens udvikling kunne flytte produktionen til rige lande, i betragtning af at arbejdsstyrken fremover ville være blevet forældet.
Store genstande begynder at blive produceret med teknologien Contour Crafting : P r Behrokh Khoshnevis med University of Southern California og finansiering fra NASA og Cal-Earth Institute i 2014 testede en "3D-printergigant" med projektet om at bygge et hus om 24 timer.
Printeren her er en robot, der projicerer beton i henhold til en plan, der er gemt i computeren, der styrer den.
Sådanne robotter kunne bygge helt eller delvist med materialer taget på stedet, civile og militære bygninger, landingsbaner, veje, hangarer eller endda antistrålingsvægge såvel som strukturer, der kan være beboelige på Månen., Mars eller anden udenjordisk miljøer. Test udføres i et NASA-laboratorium (D-RATS, der ligger i ørkenen).
Denne proces er eller er blevet testet i lille målestok (projektet " fremtidens hus / Urban-initiativpolitik " (2004)), og det er blevet overvejet af producenter i flere år.
Af robotter, der er i stand til at udskrive tredimensionelle strukturer, kan de allerede bygge et fritstående dæk (beskeden størrelse) uden behov for stilladser og ved at "udskrive" deres egne støttestrukturer, der gradvist kan blive dele af arkitekturen, og efterhånden som hans plan realiserer sig.
Et første projekt med fokus på brugen af sand som grundmateriale, og i midten af 2015 meddelte en hollandsk opstart, at de ville teste (midten af 2017) opførelsen af en fodgængerbro 7 meter over en Amsterdam- kanal ved hjælp af såkaldt "print out of the box" -metode . I dette tilfælde bygger robotterne broen ved at projicere små mængder smeltet stål via bevægelige arme langs 6 akser med en specielt udviklet svejsegas (af Air Liquide ).
I Kina blev 10 små huse præfabrikeret ved hjælp af en kæmpe printer i Shanghai på 24 timer af WinSun i 2014 ; Det samme firma lykkedes i 2015 med 3D-udskrivning af en 5-etagers bygning i Suzhou, Kina.
I Frankrig blev en første bygning (pavillon) trykt iseptember 2016på Dassault Systèmes-campus i Vélizy (78), derefter en 4 meter høj stang (Aix-en-Provence skolegård) før Bouygues Construction testede en 95 m 2 bygning i Nantes til socialt boligbyggeri i samarbejde med University of Nantes, CNRS, École Centrale de Nantes, Inria og IMT Atlantique (en isolerende polyurethanforskalling trykkes og modtager derefter beton), mens “Maisons France Confort” også testede en fiberarmeret betonstrykteknik med en opstart (XtreeE), på tre belastninger -bærende stænger og en indvendig væg.
Fra 2010'erne udviklede 3D-udskrivning takket være beherskelsen af nye materialer og forlod det eksklusive felt for prototyping.
Tandindustrien og luksussmykker bruger imidlertid allerede 3D-udskrivning med succes til produktion af endelige dele, ligesom luftfarts-, bil- og filmindustrien. Nogle brugere af personlige 3D-printere eller online 3D-udskrivningstjenester bruger også allerede 3D-trykte objekter dagligt.
Startede i Januar 2013, Den Europæiske Rumorganisations Amaze-projekt sigter mod at muliggøre industriel 3D-udskrivning af dele, der kan bruges i luftfartsindustrien såvel som andre meget begrænsede områder.
Derudover skal der i Amsterdam bestilles en 3D-trykt bro i 2017 for at forbinde to bredder af en 6,5 meter bred kanal.
I 2012 nåede det globale 3D-udskrivningsmarked 2,2 milliarder dollars med en årlig vækst på 30%.
I 2013 gjorde 3D-udskrivningsteknikker det muligt let at udskrive materialer med følgende egenskaber:
I 2013 vidste vi ikke, hvordan vi nemt kunne håndtere materialer, der svarede til følgende egenskaber:
Tekstilerne samles normalt separat og fastgøres til de endelige genstande.
Dette muliggør transistorer , elektronik , computeren , solcelleanlæggene , reed-switchene .
Det er lettere at bygge de løse dele separat og samle dem bagefter, men det er ofte muligt at udskrive de allerede færdige genstande, med samlingen allerede udført.
Det skal bemærkes, at Microsoft i september 2013 indgav et offentliggjort patent, der sigter mod at skubbe de ovenfor beskrevne grænser: Faktisk overvejer virksomheden 3D-printere, der er i stand til at producere elektroniske objekter ved at levere "forbrugsvarer" med elektroniske komponentpatroner (chips) , Lysdioder , processorer osv.).
US Army Special Operations Command bygger "otte mobile fabrikker", der kan passe ind i standardforsendelsescontainere.
Disse fabrikker er baseret på en vellykket oplevelse, MPH.
Denne type "mikrofabrikker" er kulminationen på idéen om en fabrik med tredimensionelle trykteknikker.
Ifølge det amerikanske militær reducerer tredimensionel udskrivning produktionsomkostningerne med 97% og produktionstiden med 83%.
Texas-studerende Cody Wilson lavede med succes en pistol ved hjælp af en 3D-printer.
Hvis størstedelen af våbenet er lavet af støbt plast, fremstillet ved hjælp af 3D-printeren, forbliver tønden og bestanden dog metal.
Efter at have demonstreret våbenets effektivitet delte skaberen af denne pistol derefter tegningerne til fremstilling af våbenet på Internettet.
Oprindeligt ønskede skaberen af dette skydevåben at være i stand til at skyde mindst tyve kugler med det således skabte våben.
Han kunne kun skyde seks, før våbenet blev helt opløst.
EADS , moderselskabet til Airbus, har planer om at producere alle dele af flyet ved hjælp af tredimensionale trykteknikker (ALM-aktiveret: fremstilling af additivlag) .
Airbus producerer allerede nogle dele af disse fly ved hjælp af 3D-udskrivningsprocessen, især til A350 XWB.
Hvad der er værdifuldt for luftfart er delene 30 til 55% lettere sammenlignet med traditionelle og håndlavede produktioner. A350 anvender allerede mere end 1000 dele fremstillet på denne måde.
SpaceX lykkedes i 2014 at erstatte nogle (metalliske) komponenter i deres raketter med 3D-trykte dele.
Medicinområdet drager også fordel af 3D-udskrivning med oprettelsen af et materiale, der ligner en knogle eller oprettelsen af proteser og implantater (kunstige hofter, arme, personaliserede tand- og høreapparater) og personlige exoskeletoner.
For nylig designede forskere fra AECS (University of Wollongong) en blyant, BioPen, der er i stand til at udskrive stamceller (nerve, muskel, knogle) på beskadigede områder.
Det er muligt at udskrive proteser tilpasset personens morfologi. En brækket arm kræver nu en gipsstøbning, der giver hygiejneproblemer.
3D-udskrivning gør det muligt at udskrive proteser, der er perfekt tilpasset personens behov.
Fordelene ved denne teknologi er, at protesen kan udskrives på få timer, er perfekt tilpasset patientens behov (vandisolering, bedre ventilation, bedre æstetik osv. ), Alt sammen til en relativt lav produktionsomkostning.
Før en operation kan en kirurg 3D-udskrive en replika af det organ, der skal opereres, så de ved nøjagtigt hvad de kan forvente, hvilket sparer dem tid og effektivitet.
Tredimensionelt tryk gør det muligt at materialisere hule rum eller bløde organer.
Autoriseret i 2015 af FDA markedsføres det første 3D-trykte lægemiddel i USA iapril 2016af Aprecia, som har eksklusivitet for medicinalindustrien af en teknik, der er patenteret af MIT .
Det aktive stof er levetiracetam .
Pillen, mere porøs takket være 3D-udskrivning, opløses hurtigere, hvilket gør det lettere at indtage af mennesker med dysfagi eller synkeforstyrrelser .
En humanoid robot, InMoov , og en billig bionisk hånd, Bionicohand , blev oprettet fra 3D-udskrivning.
Menneskelige væv kan også oprettes takket være 3D-laserudskrivning: dette er Bordeaux-virksomhedens Poietis udfordring.
Virksomheden arbejder med store kosmetiske grupper og farmaceutiske laboratorier til industrielle applikationer; Dens mål er at henvende sig til generativ medicin.
On-demand tredimensionelle trykkerier oprettes ud fra begrebet webservice: sende planer fra den enkelte til et websted, betaling, udskrivning, eventuel samling og forsendelse af det færdige produkt.
Samtidig demokratiserer Fab-labs 3D-teknologi. I 2013 understøttede det franske ministerium for produktiv genopretning en indkaldelse af projekter 14 fab-laboratorier (eller additivfremstillingslaboratorier) ved hjælp af 3D-printere.
På samme tid faldt entry-level 3D-printere under 1.000 euro-mærket, og nogle medier præsenterede dem som de næste vigtige højteknologiske objekter efter smartphones og tablets.
Men den entusiasme, som udskrivningsteknologi vækker hos offentligheden, fungerer ikke: Manglen på repeterbarhed , overskuddet af mislykkede dele og den langsomme produktion gør det enkelte dæk hurtigt.
I 2016 var 80% af Fab-Lab-brugere professionelle.
Administrerende direktør for Top Office bemærker ”Fra vores synspunkt forbliver 3D-udskrivning for offentligheden et epifenomen , mens anvendelserne i den professionelle verden stiger; 95% af kunderne er professionelle. " .
Nogle hævder endda, at en hjemme-3D-printer er ubrugelig.
3D-udskrivning har fundet en rolle i udviklingen af instrumentfremstilling.
Det tillader produktion og tilpasning af nye instrumenter eller højttalere.
F.eks. Fremstiller Odd-firmaet trykte nylonguitarer.
Virksomheden 3DVarius skaber elektriske violer i harpiks ved hjælp af en stereolitografiproces.
Virksomheden SYOS (Shape Your Own Sound) fremstiller skræddersyede saxofon-mundstykker tilpasset musikerens muligheder og hans stil.
3D-udskrivning tillader også en ny materialisering af musik i tre dimensioner: firmaet Reify udskriver totemer svarende til det musikstykke, der lyttes til.
3D-printteknologi gør det muligt at opføre bygninger på en meget præcis måde under hensyntagen til meget små detaljer og alt på kort tid.
Mange arkitektfirmaer har opdaget potentialet i 3D-printteknologi, især inden for modelbygning.
I 2013 byggede virksomheden WinSun ti huse og en villa ved hjælp af 3D-udskrivning.
I marts 2017, en amerikansk opstart udskrev et helt hus på bare 24 timer. Det russiske firma Apis Cor har bygget et lille hus i den russiske landsby Stupino ved hjælp af 3D-udskrivning. Starten hævder en besparelse på 25% til 40% sammenlignet med omkostningerne ved den traditionelle opførelse af et hus.
I 2020 udviklede virksomheden XTreeE i Frankrig et printhoved, der kostede en million euro.
Det bruges i Dubai og Frankrig til opførelse af huse med lav leje . 3D-udskrivning reducerer mængden af brugt beton.
I fødevareindustrien er det også muligt at 3D-udskrive.
For eksempel i London udskriver restauranten Food Ink sine retter i 3D.
Restauranten har flere 3D-printere designet til madbrug.
De er sammensat af flere hoveder med meget høj præcision og kan gengive komplekse designs.
Denne teknologi gør det muligt at gengive former og design, som en kok ikke kunne tegne.
Startmaskinen Natural Machines har oprettet en mad-3D-printer, Foodini, der tilbydes til restauratører og cateringfirmaer, men også inden for sundhedssektoren til hospitaler.
3D-udskrivningsteknikker er baseret på modellering af det virtuelle 3D-objekt i meget tynde 2D-lag.
Disse tynde lag aflejres en efter en ved at fastgøre dem på de forrige, som rekonstituerer det virkelige objekt.
Printerdyser bevæger sig generelt langs 3 akser (3 oversættelser af mellemrum: bredde (X +), dybde (Y +), højde (Z +)).
Nogle 3D-printere, mere sofistikerede, tilføjer 2 omdrejninger på dysehovedet (A + og B +), hvilket letter designet af de understøtninger, der kræves til visse dele.
Aksekontrol på 3D-printere svarer til aksekontrol på MOCN numerisk styrede værktøjsmaskiner (de første MOCN'er stammer fra 1960'erne).
Handlingen er meget ens, men på en 3D-printer produceres delen ved at tilføje materiale og ikke ved at fjerne det.
I 2019 ser det ud til, at en ny metode undgår behovet for at udskrive et objekt i successive lag ved at polymerisere punkt for punkt volumenet af en harpiks indeholdt i en roterende beholder.
Denne metode, kaldet aksialberegnet litografi ( "digital litografi aksial" ) , bruger en algoritme for tomografi til lokalt at overskride tærsklen for en fotopolymer ved iterativ optimering.
De fleste af processerne genererer relativt dårlige overfladebehandlinger; det er ofte vigtigt at glatte overfladerne ved hjælp af mere eller mindre komplekse poleringsteknikker.
Et sidste Tribofinishing- trin forbedrer overfladefinishen betydeligt på alle delens volumener. Højtydende pulvere såsom diamant garanterer en Ra i størrelsesordenen 15 til 20 µm.
Det er muligt at nå værdier tæt på 0,1 µm eller endnu bedre. Visse tredimensionelle trykteknikker udsender "ultrafine" partikler ( nanopartikler ).
Metalprocesser baseret på pulversmeltning resulterer i relativt skadelige dele, hvis pulveret suges dårligt ned på den sidste del. 3D-udskrivning, i øjeblikket (2018), gør det ikke muligt at producere dopet silicium (+, -) og producere halvledere .
En af begrænsningerne for de fleste FFM / FDM 3D-printere er vanskeligheden ved at udskrive et 3D-objekt i flere farver. Løsninger findes, såsom brug af tredjepartssoftware som MultiGCode, til at udskrive i flere farver efter lag.
Derudover er fremstillingen begrænset til et snævert udvalg af materialer, materialepriserne og maskinerne er meget høje, og implementeringen er ofte vanskelig (på grund af HSE-problemer).
Almindelig offentlig tredimensionel tegnesoftware og 3D-scanningsværktøjer, software og applikationer (f.eks. Catia , Solidworks , Sprout, SketchUp ; Autodesk ; Tinkercad ; 3DTin; FreeCad3D.) Udvikles gradvist for at lette den direkte oprettelse af modellen og dens import til 3D-printeren.
De supplerer et allerede eksisterende softwaretilbud, men tidligere forbeholdt professionelle.
Der kræves tre input til fremstilling af additiver: materialer , energi og CAD- modellen .
Basismaterialet kan være i form af væske, pulver, flis eller tråd. Dette materiale kan være til stede fra starten af fremstillingsprocessen eller deponeres, når processen skrider frem.
Materialet er formet ved hjælp af en laser , en elektronstråle , synligt lys , UV- eller IR- stråler , en lysbue eller en varmekilde.
Formningsprocessen kan være:
Terminologi i sektoren for 3D-udskrivning er defineret af flere udvalg, der samarbejder med hinanden:
den officielle terminologi er Additive Manufacturing .
Det beskrives af standardorganet ASTM som "processen med at samle materialer til at fremstille objekter fra 3D-modeldataene, ofte lag efter lag, i modsætning til subtraktive fremstillingsmetoder."
Additiv fremstilling i dag inkluderer syv kategorier af additive fremstillingsprocesser, der er officielt standardiseret på engelsk:
En UV-stråle sporer delen i en tank fyldt med flydende fotopolymerharpiks og størkner den lag efter lag.
Der findes forskellige teknikker:
SLA (stereolitografapparat)Det er en laser, der størkner på hinanden følgende lag af fotopolymerharpiks (følsom over for UV-strålebehandling), indtil det komplette objekt dannes.
Denne teknik gør det således muligt at udskrive gennemsigtige smeltede silicaglas.
DLP (Digital lysbehandling)Den digitale lys Processing bruger en projektor til rettelse fotopolymere. Meget lig SLA, denne proces adskiller sig ved brug af en pære i stedet for en UV-laserstråle.
Det består i at belyse hvert lag i et enkelt digitalt billede.
Resultatet er et lag dannet af små mursten kaldet voxels (på grund af pixel af det digitale billede).
Denne teknik er kendt for at være hurtig.
CLIP (kontinuerlig produktion af flydende grænseflader)Den flydende harpiks størknes ved hjælp af et billede af ultraviolet lys, der forårsager fotopolymerisation i et miljø med kontrolleret iltindhold.
Brug af et billede og ikke længere en laser gør det muligt at gøre denne udskrivningsteknik til en af de hurtigste på markedet, hvilket reducerer udskrivningstiden til et par minutter i stedet for et par timer for et objekt af samme størrelse.
DPP (dagslyspolymerudskrivning)Denne teknik består i hærdning af polymeren ved hjælp af dagslys.
FTI ( Film Transfer Imaging )En gennemsigtig film dækket med et lag fotopolymerharpiks placeres foran videoprojektoren integreret i maskinen, billedet af den projicerede 2D-sektion hærder harpiksen.
Produktionspladen hæves med en tykkelse, mens den gennemsigtige film foretager en rundtur i patronen for at modtage et nyt lag flydende harpiks, billedet af det næste 2D-snit projiceres på det og så videre.
Delen rekonstitueres således lag for lag.
Det er størkning af på hinanden følgende lag pulver.
Et lag pulver aflejres, og en stråle sporer delen i dette pulverleje, operationen gentages, indtil delen er færdig.
Der findes forskellige teknikker:
SLS (selektiv lasersintring)Den selektive lasersintring bruger en laser med høj effekt til at sintre en pulverpolymer og agglomerat til de foregående lag.
Det vil sige, at pulveret opvarmes uden at blive båret til fusion.
SLM (selektiv lasersmeltning)Den selektive lasersmeltning ved hjælp af en laser med høj effekt til at smelte og smelte metalpulver med det foregående lag.
I modsætning til SLS-teknikken føres pulveret til dets smeltepunkt.
EBM ( elektronstrålesmeltning )Denne proces bruger en elektronstråle i stedet for en laser til at smelte metalpulveret, hvilket resulterer i dele med lignende dimensioner, men med nogle ændringer i deres egenskaber.
GLAM (Glass Laser Additive Manufacturing)Denne teknik bruger en laser med høj effekt til at smelte og smelte et glaspulver.
Denne teknik involverer sprøjtning af et flydende klæbemiddel på tynde lag af pulveriseret materiale.
Det kan være keramisk materiale (f.eks. Glas eller gips) eller metal (f.eks. Rustfrit stål).
Denne teknik består i at smelte en termoplastisk glødetråd (generelt en ABS- eller PLA-plast) gennem en dyse (eller ekstruder), der er opvarmet til en temperatur, der varierer mellem 160 og 400 ° C, afhængigt af polymerens plasticitetstemperatur.
Den smeltede ledning med en diameter i størrelsesordenen en tiendedel af en millimeter afsættes på modellen og er bundet ved re-fusion på det foregående lag.
Fused Deposition Modelling er et varemærke registreret af opfinderen af teknologien ( Stratasys ), der faldt i det offentlige domæne i 2012.
FFF (Fused Filament Fabrication)Denne teknik svarer til FDM-processen, men fordi det er et registreret varemærke, bruger reprap-projektet og de virksomheder, der har overtaget det, udtrykket Fused Filament Fabrication .
3D-udskrivningsteknikken til materialeprojektion kan sammenlignes med konventionel inkjet.
Brug af fotopolymerer, metaller eller voks, der størkner, når de udsættes for lys eller varme (på en måde svarende til stereolitografi) sikrer, at fysiske genstande fremstilles lag efter lag.
Materiel projektion giver dig mulighed for at 3D-udskrive forskellige materialer i samme del.
Der findes forskellige teknikker:
NPJ (NanoParticle Jetting)Det er fremspringet af metal eller keramiske nanopartikler, som størknes ved opvarmning af dem.
DOD (Drop On Demand)Denne type printer bruger 2 forskellige dyser, den første aflejrer et opløseligt støttemateriale, der fungerer som en form, og den anden aflejrer det materiale, der komponerer det objekt, der skal udskrives (voks eller harpiks).
Når udskrivningen er færdig, opløses støttematerialet.
MJM (Multijet Modellering)Denne teknik deponerer mikrodråber af lysfølsomme harpikser, som en UV-lampe hærder.
Dette er en teknologi, som vi kunne sammenligne med inkjet-teknologi.
Smelte- og detaljeringsmidlerne opvarmes derefter til at blive faste bleelementer.
Denne teknik består i at deponere et lag flydende harpiks (acrylat eller plast af polypropylen) på samme måde som en inkjetprinter med en tykkelse på 2/100 til 4/100 mm.
I 2014 brugte BMW Frankrig MJM til en begivenhedsoperation ved at skabe usædvanlige miniaturebiler.
AJP (Aerosol Jet Printing)Denne proces gør det muligt at udskrive elektroniske og biologiske komponenter ved hjælp af en ultralyds- eller pneumatisk mekanisme.
Arklaminering 3D-udskrivningsteknik består i at overlejre flere lag materiale sammensat af ark for at skabe et objekt.
Hvert ark skæres til den ønskede form med kniv eller laser for at matche genstandens tværsnit.
UAM (produktion af ultralydsadditiv)Denne teknik består i at samle metalplader i på hinanden følgende lag uden fusion ved hjælp af ultralyd.
Det overskydende metal fjernes ved formaling.
Denne proces, også kaldet Direct Metal Deposition (DMD), involverer deponering af metalpulver direkte på arbejdsfladen, hvor det smeltes af en laserstråle og smeltes sammen med det foregående lag. To ekstra akser gør det muligt at tilpasse sig komplekse former.
Der findes forskellige teknikker:
LENS (Laser Engineering Net Shape)Materialet, i form af pulver eller tråd, afsættes og smeltes derefter ved hjælp af en laser i på hinanden følgende lag.
EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing)EBAM-processen er udviklet af Sciaky Inc siden 90'erne og er en avanceret teknologi, der bruger en elektronstråle i et kammer under rent vakuum, til at smelte metal i form af tyk wire (1 til 4 mm i titanium pr. Eksempel) til 3D-udskrivningssmede typologidele. Det er ideelt til luftfarts-, rum- og forsvarssektoren at fremstille stærkt belastede strukturelle dele. EBAM er den hidtil mest gennemprøvede proces (materialekvalitet).
EBF3 (Electron Beam Freeform Fabrication)I et vakuummiljø afsættes en metaltråd og smeltes derefter af en elektronstråle i på hinanden følgende lag på et metalsubstrat.
Denne proces er udviklet af NASA for at kunne skabe dele direkte i rummet.
WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing)Denne teknik bruger en elektrisk lysbue til at smelte en metaltråd og samle den til delen, som ved lodning . Denne proces er velegnet til udskrivning af store genstande.
CLAD (direkte additiv laserkonstruktion)Denne teknik består af at smelte metalpulver med en laser i på hinanden følgende lag.
Følgende tabel klassificerer fremstillingsmetoderne for additiver efter basismaterialets form og metoden til deres formning.
Type | Princip | Behandle | energi | Behandle | Formmaterialer | Materialer |
---|---|---|---|---|---|---|
Fotopolymerisering af moms | En UV-stråle sporer delen i en tank fyldt med flydende fotopolymerharpiks og størkner den lag efter lag. | SLA (stereolitografapparat) | Laser | polymerisering | væske | Elastomerer og termohærdende plast |
LFS (stereolitografi med lav styrke) | Laser | |||||
DLP (Digital lysbehandling) | projektor | polymerer | ||||
CLIP (kontinuerlig produktion af flydende grænseflader) | ultraviolet | Plast, epoxy , akrylpolymerer | ||||
DPP (dagslyspolymerudskrivning) | dagslys | polymerer | ||||
FTI ( Film Transfer Imaging ) | projektor | polymerer | ||||
Powder Bed Fusion | En stråle sporer delen i en seng af pulver og størkner den lag efter lag. | SLS (selektiv lasersintring) | laser | Sintring | pulver | Termoplast ( polycarbonat , polyamider , polyvinylchlorid ), metaller, keramik |
DMLS (direkte metal laser sintring) | ||||||
SLM (selektiv lasersmeltning) | laser | Fusion | Metaller , plast og keramik | |||
LBM (laserstrålesmeltning) | ||||||
DMP (direkte metaludskrivning) | ||||||
EBM ( elektronstrålesmeltning ) | elektronstråle | Hovedsageligt titanium | ||||
GLAM (Glass Laser Additive Manufacturing) | laser | glas | ||||
Bindemiddelstråling | sprøjtning af et flydende klæbemiddel på tynde lag af pulveriseret materiale | BJ (bindemiddelstråling) | klæbemiddel | pulver | keramik og metal | |
MJF (Multi Jet Fusion) | ||||||
HPMJ (HP Metal Jet) | ||||||
Materiel ekstrudering | ekstrudering af en termoplastisk ledning | FDM (Fused Deposition Modelling) | varmeapparat | ekstrudering | Spole af tråd | Termoplast ( ABS , polycarbonat) |
FFF (Fused Filament Fabrication) | ||||||
Materiel jetting | fremspring af materiale, der er hærdet på delen | MJ (Material Jetting) | ultraviolet | polymerisering | væske | polymerer |
NPJ (NanoParticle Jetting) | varmeapparat | fusion | nanopartikel | keramik og metal | ||
DOD (Drop On Demand) | varmeapparat | fusion | væske | voks eller harpiks | ||
MJM (Multijet Modellering) | laser | polymerisering | mikrodråber | polymerer | ||
MJP (Multijet-udskrivning) | ||||||
Polyjet | ||||||
AJP (Aerosol Jet Printing) | gas | nanopartikel | ||||
Arklamination | skære et solidt materiale i ark | LOM (lamineret objektfremstilling) | laser | solid | Papir , plast, keramik eller aluminium | |
SDL (selektiv deponeringslamination) | ||||||
UC (ultralydskonsolidering) | Ultralyd | friktion | metal | |||
UAM (Ultrasonic Additive Manufacturing) | ||||||
Direkte deponering af energi eller Direkte metalaflejring |
aflejring af materiale, der smeltes direkte på delen, lag efter lag | LENS (Laser Engineering Net Shape) | laser | Fusion | pulver eller tråd | metal |
LAM (Laser Additive Manufacturing) | ||||||
DMD (direkte metalafsætning) | ||||||
EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing) | elektronstråle | |||||
EBF3 (Electron Beam Freeform Fabrication) | elektronstråle | tråd | ||||
WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) | elektrisk lysbue | tråd | ||||
CLAD (direkte additiv laserkonstruktion) | laser | pulver |
En måde at overvinde robusthedsfejlene, der kan tilskrives 3D-udskrivning, er produktion af såkaldte "moder" -former, der anvendes til fremstilling af støbeforme, som det kan gøres i 3D-metalindustrien, plastindsprøjtning eller keramik, såsom STU-DIO gør for eksempel.
Additiv fremstilling tjener derefter kun til at producere en form, der vil blive støbt og derefter gengivet i et materiale med mere interessante mekaniske egenskaber.
MIT ( Massachusetts Institute of Technology ) har designet en 3D-printer, der fungerer med smeltet glas og kaldes G3DP (til glas 3D-udskrivning) . Printeren består af en 1800 W smeltedigelovn , der smelter glasset og holder det mellem 1.040 og 1.165 ° C , en keramisk opvarmningsdyse, der aflejrer materialet (glasfilamenter 10 mm i diameter) og en glødende ovn for at opretholde temperatur over glasovergangstærsklen.
I 2012-2013 brugte kunstneriske og / eller tekniske eksperimenter maskiner til at konstruere objekter eller dekorationer i sand, nogle gange af stor størrelse.
Dette er for eksempel tilfældet:
NASA overvejer at bruge en kæmpe 3D-printer til at udskrive hårde konstruktioner på Månen eller Mars fra støvet fra disse planeter og tilføjelsen af et bindemiddel.
3D-udskrivning på fødevarer har givet anledning til nogle præstationer, der reagerer mere på begivenhedsoperationer end på reelle fremstillingsprocesser.
Lad os citere:
Andre præstationer skal noteres på dette område.
Inserm i Bordeaux har udviklet et laser "bioprinting" system, der gør det muligt at fremstille tredimensionelle stoffer. Denne teknik, under fremstilling, vil blive brugt til at skabe væv beregnet til test for den farmaceutiske eller kosmetiske industri og derefter i sidste ende til at producere transplantater.
Den Laserfactory er en maskine skabt af MIT i stand til at samle droner og robotter uden menneskelig indgriben, funktionel lige ud af maskinen.
Den inkluderer både softwaredelen ( computerstøttet design ) og hardwaredelen (3D-printer).
Den udfører laserskæring af enhedens legeme i plexiglas og aflejrer de elektroniske komponenter ved hjælp af en sugekop. En dyse gør det muligt at aflejre sølv pasta at spore forbindelserne af det elektroniske kredsløb , som derefter svejses med laseren.
Studerende fra University of Maribor i Slovenien har udviklet en 3D-printer, der giver dig mulighed for at skabe fuldt personlige græsplanter.
I stedet for at bruge plastfilament binder printeren en blanding af græsplæefrø, vand og jord.
Demokratiseringen af tredimensionelt tryk får nogle til at frygte nye former for ulovlig reproduktion.
Det kunne medføre en tilpasning af intellektuel ejendomsret .
I november 2010 skriver Michael Weinberg på PublicKnowledge.org. at "Tiden kommer (...) hurtigt, hvor de etablerede industrier, der vil blive berørt, vil kræve nye restriktive love til 3D-udskrivning." Hvis samfundet venter til den dag med at organisere sig, vil det være for sent. Snarere bør [hun] stræbe efter at uddanne beslutningstagere og offentligheden om det enorme potentiale ved 3D-udskrivning. Så når de etablerede industrier foragteligt beskriver 3D-udskrivning som en hobby for pirater eller forbrydere, vil deres krav falde for ørerne for kloge til at ødelægge denne helt nye nyhed ” .
Tredimensionelt tryk var først industrielt, men fungerer også efter modellen af fri / open source-software . En forfatter af Framablog skriver “tænk faktisk på en verden, hvor de fire friheder af software også gælder for husholdningsgenstande: frihed til at bruge, studere, forbedre og distribuere. Er vi da ikke virkelig under forhold, der tillader os at frigøre os fra en bestemt økonomisk og finansiel logik, som vi kun hjælpeløst kunne overvåge den stadigt stigende skade? "
For eksempel modtog bloggeren Todd Blatt en formel meddelelse fra Paramount om materialiseringen af en terning, der ligner den i filmen Super 8 on Shapeways (database med digitale 3D-filer).
I August 2013, Blev Shapeways også gjort opmærksom på det japanske firma Square Enix , udgiver af spillet Final Fantasy , efter udstationering og salg af figurer, der repræsenterer spillets helte på deres side.
I 2013 udspurgte den franske stedfortræder François Cornut-Gentille ministeren for produktiv genopretning ( Arnaud Montebourg ) på nationalforsamlingen : ”Spredning af downloadwebsteder til denne type filer er frygtet i de kommende år; det vil på lang sigt risikere at skabe effekter, der er så skadelige for industrien som dem, der i øjeblikket opleves af musik- og biografsektoren ” , i frygt for gengivelser lavet “ uden ejendomsret og til en lavere pris ”, da private planer er inddrevet.
Stedfortræderen ønsker at vide, om "enheder" er planlagt til at regulere og overvåge det tredimensionelle udskrivningsmarked (for eksempel ved implementering af digitale låse (DRM)).
Det 9. juni 2017, Disney indgiver et patent for at anbringe et reflekterende stof på figurerne af dets mærker for at bedrage scannere af 3D-printere med det formål at beskytte dets ophavsret ved at forhindre kopier.
I sit arbejde med "personlige fabrikanter" - Neil Gershenfeld , ingeniør ved MIT, og hvis forskning ansporede FabLabs- bevægelsen , hævder, at "de glitrende artikler om 3D-printere kan læse som historierne fra 1950'erne, der proklamerede, at mikrobølgeovne var fremtiden for madlavning. Mikrobølger er praktiske, men de har ikke erstattet resten af køkkenet. "
Ud over brugen af disse teknologier i industrien har den nylige ankomst af 3D-udskrivning i private hjem udviklet sit potentiale. Selvom hot wire printing (FDM) -tilstand er af lavere kvalitet og dårligere i sine applikationer. Muligheden for et stort antal mennesker at få et produktionsmiddel, hvis læring og anvendelse er tilgængelig, hvad enten det bliver hjulpet af medlemmer af fab-labs eller takket være de mange eksisterende online ressourcer, har alle lov til at innovere, som spredningen af pc'er og internettet har gjort før: "i et bestemt perspektiv er der en tæt analogi med historien om computing." Neil Gershenfeld. Dette er også, hvad Éric Von Hippel indikerer: ”Den bruger, der innoverer, kan udvikle præcis, hvad han vil, snarere end at lade producenterne fungere som hans agenter (ofte ret ufuldkomne). Derudover behøver brugerne ikke nødvendigvis at udvikle alt selv: de kan drage fordel af innovationer, der er udviklet og frit delt af andre. "
Online sociale platforme er udviklet til at støtte samfundet. Dette inkluderer websteder, der giver brugerne adgang til information, såsom hvordan man bygger en 3D-printer, samt fora, der diskuterer, hvordan man forbedrer 3D-udskriftskvaliteten og diskuterer aktuelle forhold. 3D-udskrivning og endelig sociale netværk dedikeret til deling af 3D-modeller. Der er sider som Pinshape, Thingiverse og chauffageFactory, som giver brugerne mulighed for at sende 3D-filer, som alle kan udskrive. Disse websteder har tilladt en stor social interaktion mellem mange brugere og skabt samfund dedikeret til 3D-udskrivning.
Andre mere ambitiøse initiativer dukker også op, såsom RepRap- projektet (REPlicating RAPid prototyper), der blev lanceret af den akademiske Adrian Bowyer om principperne om åbent og samarbejde . Projektet består af oprettelsen af en ”selvreplikerende” 3D-printer, dvs. i stand til at omforme modeller, der er identiske med startmaskinen. I sidste ende kunne en person med en 3D-printer derfor kontinuerligt producere nye printere med prisen på det anvendte materiale som den eneste pris, hvilket yderligere bidrager til at få adgang til produktionsmidlerne og til at mestre den teknologiske udvikling .
Projektet var meget vellykket inden for disse samfundssfærer takket være dets princip om produktion af jævnaldrende på basis af fælles , hvilket gør det muligt at føre til en lang række modeller af denne maskine, der bliver den mest anvendte blandt medlemmerne af samfundet. Hidtil har ingen nået det oprindelige mål, idet motorerne, de elektroniske dele og ekstruderingsdysen ikke kan udskrives af en anden maskine af samme type. Samfundet opretholder en " wiki ", der giver teknisk information, hvilket gør det muligt at følge projektets fremskridt og de mange forbedringsforsøg. Webstedet forstærker også denne fællesskabsdimension (“ Reprap.org er et fællesskabsprojekt, hvilket betyder, at du er velkommen til at redigere de fleste sider på dette websted, eller bedre endnu, oprette dine egne sider ”).
Derudover kunne 3D-udskrivning i peer-produktion på basis af fælles udvikle rækkevidde . Og efter Neil Gershenfeld "har nogle af de mindre udviklede regioner i verden brug for nogle af de mest avancerede teknologier", kan peer-produktion baseret på commons og 3D-udskrivning tilbyde værktøjerne til at tænke globalt, men handle lokalt som svar på bestemte behov.
Den samme mentalitet ved deling af data og teknikker gælder i Fab-labs , hackerspace og makerspaces, som er frugtbare steder for udvikling af denne teknologi. Disse samfund udgør en væsentlig del af de aktiviteter, der er knyttet til disse rum. Der er hovedsageligt to profiler af mennesker, de "gør" (arkitekter, kunstnere, håndværkere, modelproducenter, designere, computergrafik ...) og digitale ( hackere, nørder , computerforskere og elektronik ...).
Da VOC'er, der udsendes af 3D-printere, kan være giftige, anbefales det at bruge disse printere i ventilerede rum.
3D-pennen blev, ligesom 3Doodler , designet i 2012 for at overvinde 3D-printerens svagheder.
3D Printshow 2014 London-Be3D
3D Printshow 2014 London- D3D
3D Printshow 2014 London- Ultimaker
3D Printshow 2014 London-Candy
3D Printshow 2014 London- Beethefirst
3D Printshow 2014 London- Formlabs
3D Printshow 2014 London - Sharebot
Turners terning fremstillet i 3D-udskrivning.