3D-utskrift är en tillverkningsprocess som skapar ett tredimensionellt, fysiskt objekt från en digital fil. Denna process kallas för additiv tillverkning, vilket betyder att material tillsätts, inte tas bort.
Med 3D-utskrift skapar du en digital 3D-design i ett modelleringsprogram, känt som CAD-programvara, och använder sedan en 3D-skrivare för att producera lager av material för att forma det färdiga objektet. Företag, forskare, medicinsk personal, hobbyister och fler använder 3D-utskrift för en rad olika tillämpningar.
Här är en titt på hur 3D-utskrift kom till, hur det fungerar, vad det används till och vad framtiden ser ut för denna teknik.
3D-utskrift kan vara en del av din favoritfilm. Rekvisita i filmer som Black Panther, Iron Man, The Avengers och Star Wars använder 3D-utskrift, vilket gör att scenografer kan skapa och återskapa rekvisita enkelt och billigt.
Historien (och framtiden) för 3D-utskrift
I början av 1980-talet dök 3D-utskriftsteknik upp, men den var känd som snabb prototypteknik eller RP. 1980 lämnade Dr. Kodama från Japan in en patentansökan för RP-teknik, men processen slutfördes inte.
1984 uppfann Charles "Chuck" Hull en process som han kallade stereolitografi, som använde UV-ljus för att stelna material och skapa ett 3D-objekt lager för lager. 1986 fick Hull patent på sin stereolitografiapparat, eller SLA-maskin.
Chuck Hull bildade 3D Systems Corporation, ett av de största 3D-teknikföretagen i världen.
Andra 3D-utskriftsprocesser och -tekniker utvecklades ungefär samtidigt, och ytterligare förbättringar fortsatte under 1990-talet och början av 2000-talet. Ändå var det primära fokus för 3D-utskriftsteknik prototypframställning och industriella tillämpningar.
3D-utskriftsteknik började uppmärksammas av mainstream-media år 2000 när den första 3D-printade njuren skapades, även om den framgångsrika transplantationen av en 3D-njure inte skedde förrän 2013. 2004 hade RepRap-projektet en 3D-skrivare skriver ut en annan 3D-skrivare. Mer uppmärksamhet i media uppmärksammades 2008 med den första 3D-printade protesprotesen.
Andra 3D-framsteg följde snabbt, inklusive ett 3D-tryckt hus som en familj flyttade in i 2018.
Idag handlar 3D-utskrift inte bara om prototyper och industriell tillverkning. Hobbyister, forskare och alla däremellan använder 3D-utskrift för produkttillverkning, konsumentvaror, medicinska framsteg, utbildningsmaterial och mer. Det blir snabbt mer användbart för den dagliga konsumenten.
Oscar Adelman, vd för Remi, säger att processen blir mer populär i exempelvis dentalbranschen. Noggrannheten i 3D-utskrift är otroligt imponerande och kan hjälpa tandvårdskunder att spara så mycket som 80 procent på produkter jämfört med traditionella tandläkarkontorspriser.
"När utskriftstekniken blir snabbare, billigare och vanligare kommer vi att se industrier som dentalsektorn förlita sig mer på tekniken för vardagliga procedurer", säger han.
4D-utskrift är också på väg, med tryckta objekt som kan ändra form med tiden.
Så fungerar 3D-skrivare
Det finns flera typer av 3D-utskriftstekniker, inklusive Fused Deposition Modeling (FDM), även känd som Fused Filament Fabrication (FFF). FDM är den vanligaste och populäraste metoden och används i de flesta prisvärda 3D-skrivare.
FDM-utskriftsmetoden använder en filament av plastmaterial, lite som ett snöre. Filamentet matas från en rulle till ett uppvärmt huvud, som smälter plasten. Huvudet extruderar den smälta plasten på maskinens bädd. Huvudet rör sig över sängen, i 2D, och lägger det första lagret av material.
När det första lagret är klart, flyttas huvudet upp med tjockleken på det första lagret, och det lägger nästa lager ovanpå. Delen byggs upp lager för lager, som att baka ett bröd skiva för skiva.
Populära FDM 3D-skrivare inkluderar MakerBot och Ultimaker.
Exempel på hur man använder en 3D-skrivare
Här är en titt på hur enkel 3D-utskrift kan fungera på en FDM-skrivare.
-
Ladda ner en 3D-modell som du vill skriva ut, eller designa en själv.
Hitta nedladdningsbara modeller på Thingiverse eller GrabCAD. För att designa en modell själv, prova SketchUp eller Blender. För tekniska delar, prova CAD-programvara som SolidWorks.
- Om den inte redan är det, konvertera modellen till ett 3D-utskriftsformat, till exempel en STL-fil.
-
Importera modellen till skivningsprogramvara, som MakerWare, Cura eller Simplify 3D.
MakerWare fungerar med MakerBot 3D-skrivare. Cura och Simplify 3D producerar G-kod, som fungerar med de flesta 3D-skrivare.
-
Konfigurera inbyggnaden i skivningsmjukvaran. Bestäm hur du ska orientera modellen på 3D-skrivaren. För FDM, minimera överhäng som är brantare än 45 grader eftersom dessa kräver stödstrukturer.
När du bestämmer dig för orienteringen, fundera över hur modellen ska laddas så att lager inte lätt separeras.
Image För att spara tid och material är modellerna i allmänhet inte solida. Ange fyllningsprocenten (vanligtvis 10 till 35 procent), antalet perimeterlager (vanligtvis 1 eller 2) och antalet botten- och översta lager (vanligtvis 2 till 4). Det finns andra saker att tänka på när du förbereder en modell för 3D-utskrift.
- Exportera programmet, som vanligtvis är en G-kodfil. Skivningsmjukvaran konverterar modellen och byggkonfigurationen du angav till en uppsättning instruktioner. 3D-skrivaren följer detta för att bygga delen.
- Överför programmet till 3D-skrivaren med ett SD-kort, USB eller Wi-Fi.
-
Skriv ut modellen på 3D-skrivaren.
Image - När 3D-skrivaren är klar med att bygga modellen, ta bort den och eventuellt även rengöra den. Bryt av eventuella stödstrukturer och gnid bort eventuella kvarvarande klumpar med fint sandpapper.
Andra typer av 3D-utskriftsmaskiner
Utöver FDM-skrivare inkluderar 3D-utskriftsmetoder även stereolitografi (SLA), Digital Light Processing (DLP), Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM), Laminated Object Manufacturing (LOM) och Digital Beam Melting (EBM).
SLA är den äldsta 3D-utskriftstekniken och används fortfarande idag. DLP använder belysning såväl som polymerer, medan SLS använder en laser som strömkälla för att skapa starka 3D-utskrivna objekt. SLM, LOM och EBM har till stor del fallit i onåd.
Framtiden för 3D-utskrift
Kommer 3D-utskrift att leda till en framtid av on-demand, skräddarsydda produkter som omedelbart tillverkas enligt våra exakta specifikationer? Även om detta är oklart, växer 3D-utskriftstekniken snabbt och används på många områden.
3D-utskrift av hus, kroppsorgan som njurar och lemmar och andra framsteg har potential att förbättra livet för outsägliga människor runt om i världen.
