Өзүн-өзү репликациялоочу принтерлер компьютердик чиймелерден объекттерди түзөбү? Илимий фантастика эмес, өндүрүштү түп-тамырынан өзгөрткөн реалдуулук
Сиз ойлобосоңуз да, 1986-жыл чечүүчү жыл болду. Лондон фондулук биржасынын жөнгө салынышы биздин акчага болгон көз карашыбызды өзгөрттү; Чернобыл биздин атомдук энергияга болгон көз карашыбызды өзгөрттү; Top Gun кинонун саундтректерине болгон көз карашыбызды өзгөрттү, ал эми кылдаттык менен көңүл бургандар үчүн Чак Халл аттуу америкалык мырза өндүрүшкө болгон көз карашыбызды өзгөрттү.
Ошол жылы 11-мартта (Римдин салттуу негизделишинен бери болжол менен бир миллион күн өткөндөн кийин) Халл АКШнын №4, 575, 330 патенти менен берилген: «Стереолитография аркылуу үч өлчөмдүү объекттерди өндүрүү үчүн аппарат». Ошентип 3D принтери пайда болду.
«Баарынын башында Чак Халл болгон», - дейт 3T RPD 3D басып чыгаруу компаниясынын сатуу боюнча менеджери Фил Килберн. «Ал учурда Xerox компаниясында иштеп жаткан жана үч өлчөмдүү бекем моделди түзүү үчүн сыяларды бири-биринин үстүнө коюу идеясын ойлоп тапкан. Ал бул процессти колго алып, биринчи 3D басып чыгаруу компаниясын, 3D Systemsти баштады.’
Башында
Hull'дун оригиналдуу 3D принтери ультрафиолет нурун колдонгон суюк фотополимерден турган идиштин бетине эки өлчөмдүү форманы тартуу үчүн, ультрафиолет нурларынын таасири астында катуу болуп калат. Бул процесс кайра-кайра кайталанып, 3D объектисин түзүү үчүн 2D катмарларын түзүүдө. Андан бери 3D принтерлерде колдонулган процесстер жана материалдар бир топ жолду басып өтсө да, негизи ошол эле бойдон калды.
"Биз азыр колдонгон машиналарда лазерлер иштейт" дейт 3T RPD IT менеджери Мартин Харрис. "Процесс өтө акылдуу, бирок анын негизги түрүндө бул абдан жөнөкөй: бир аз порошок алып, аны эритип алыңыз. Ошентип, биздин машиналарда сизде порошок материалдан жасалган керебет бар, мисалы нейлон, ал принтердин камерасында эрүү температурасынан бир аз төмөн ысытылган. Андан кийин лазерлер сиз даярдагыңыз келген компоненттин эки өлчөмдүү кесилиштерин порошоктун үстүнөн тартып, ар бир жолу 2D катмарын эритип турат. Кабат табылгандан кийин принтердин керебети, айталы, 120 микрон [0,12 мм] менен төмөндөйт, андан кийин кайра каптоочу колу порошок материалынын дагы бир катмарын жайып, процесс кайра башталат, лазер менен чалгындоо кийинки катмарды чыгарыңыз.'
Бул процесс «агломерация» ыкмасына негизделген, мында жогорку температурада порошоктун бөлүкчөлөрүндөгү атомдор бири-бирине диффузияланып, катуу бөлүккө айланат. Бирок жөн гана лазерди кандайдыр бир пластмассага багыттап, пайдалуу объект пайда болот деп күтүү жетишсиз.
‘Адегенде эмне кылгыңыз келсе, ошонун 3D CAD [компьютердик дизайн] моделин жасайсыз, - дейт Харрис.«Андан кийин, атайын программалык камсыздоону колдонуу менен, сиз моделдерди принтер керебетинин өлчөмүн чагылдырган виртуалдык 3D мейкиндигине топтойсуз. Ал жерден сиз бардык файлдарыңызды STLде сактайсыз - стереолитография же үч бурчтуу файлдар - жана файлдарды даяр болгондон кийин, алардын бардыгын сиз куруп жаткан калыңдыкка бөлөсүз. Ошол кесилген файлдардын бардыгы принтерди башкарган компьютерге жөнөтүлөт, андан кийин жөн гана "Go" баскычын басуу керек жана принтер аны басып чыгарат. Кызык жери, бул принтерлердин көп бөлүктөрү бул жердеги башка принтерлерде басылып чыккандыктан, алар өзүн-өзү кайталайт.'
Харрис акыркы 13 жылдан бери 3T RPD менен алектенип келет жана жакында эле 3T RPD принтерлерин колдонуп, пластикалык Garmin орнотмолорунан титан чынжыр кармагычтарга чейин өз өнүмдөрүн чыгарган Race Ware велосипед тетиктерин негиздеген.
“Мен буга SRM иштеткендиктен жана Easton TT бир жуп тилкеси бар болгондуктан келдим”, - дейт Харрис. Мен штанга орноткучун издегени барганда, мен бир гана коркунучтуу адаптер топтомун таптым, ошондуктан мен өзүм жасайм деп ойлодум. Эгер мен үчүн бирди жасап жатсам, башка бирөө да кааласа көрмөкмүн деп ойлоп, ТТ форумуна кирип, айланадан сурадым. Джейсон Сванн деген бул жигит Garmin алгысы келгенин айтты жана ал CAD дизайнери болгондуктан мага дизайнды берди. Биринчи итерациядан азыр сатылып жаткан версияга өтүү үчүн үч-төрт ай гана талап кылынды.’
Харрис белгилегендей, 3D өндүрүшү менен коштолгон негизги жетишкендиктердин бири - бул продуктуларды өндүрүүнүн жана тазалоонун ылдамдыгы жана оңойлугу. Тартуу тактасынан даяр макалага чейинки жалпы процесс салттуу ыкмаларга салыштырмалуу өзгөчө тез жүрөт, бирок басып чыгаруучу буюмдардын татаалдыгына жана санына жараша куруу убакыты бир нече сааттан бир жумага чейин созулушу мүмкүн.
‘Башка өндүрүш процесстеринен, мисалы, инъекциялык калыптоодон айырмаланып, 3D басып чыгарууда эч кандай шайман жок, - дейт Харрис. "Мен эмне кылышым керек, бул CAD моделин түзүү, бир нече сыноолорду жүргүзүү, бир нече оңдоп-түзөөлөрдү жасоо жана андан кийин мен ага ыраазы болгондо, басып чыгарууну баштаңыз. Адамдардын башын айлантуу кыйынга турат. Алар тапшыруу убактысы канча экенин сурашат, мен: "Эки же үч жума" деп жооп бере алам, бирок алар кимдир бирөө "Кийинки жылдын төртүнчү чейрегинде даяр болот" деп көнүп калышкан.'
Тез прототиптөө
Албетте 3T RPD жана Race Ware жалгыз эмес; Учурда 3D басып чыгаруунун пайдасын көрүп жаткан жана чек араны мындан ары да кеңейтүүнү көздөп жаткан башка өндүрүүчүлөр жана тармактар бар. Audi I, Robot тасмасында пайда болгон RSQ концепциясын түзүү үчүн 3D принтер роботторун колдонгон; Sauber сыяктуу Формула 1 командалары унааларында 3D басып чыгарылган тормоз түтүктөрүн колдонушат жана жакында голландиялык Dus Architects архитектордук фирмасы бүтүндөй бир үйдү 3D басып чыгаруу планын жарыялады. Демек, мунун баары ишке ашса (үй 6 метр бийиктиктеги "KarmerMaker" деп аталган принтерде бөлүкчөлөр менен курулат имиш), велосипеддердин өздөрү үчүн кандай кесепеттер болушу мүмкүн? Мен билем деп ойлогон бир адам Ridley bikes компаниясынын изилдөө жана өнүктүрүү бөлүмүнүн башчысы Дирк Ван ден Берк.
«Биз акыркы эки же үч жылдан бери Ноа Фаст айрысынын тормозу сыяктуу кичинекей прототип компоненттерин басып чыгарып жатабыз», - дейт Ван ден Берк. «Бирок быйыл биринчи жолу [2013] биз Dean TT велосипединин жаңы версиясын иштеп чыгуунун бир бөлүгү катары бүтүн кадрды басып чыгардык. Ал минүүгө же стресс сынагынан өтүүгө жетишерлик күчтүү эмес, бирок ал шамал туннелинде аэросыноо жана монтаждык сыноо үчүн эң сонун, анда биз аны чыныгы компоненттер менен кура алабыз.’
Race Ware сыяктуу эле, 3D басып чыгаруунун бул өзгөчө түрү – тез прототиптөө катары белгилүү – Ридлиге тез жана арзан өзгөртүүлөрдү киргизүүгө мүмкүндүк берет. Декан туннелде сыноо үчүн түтүк формаларынан баштады. Андан кийин биз толук рамкаларды курдук. Буларды сынап көрүп, баалайбыз, анан кайра барып, кичине өзгөртүүлөрдү киргизебиз. Бул эң сонун нерсе - кичинекей өзгөрүүлөрдү абдан тез жасоого болот. Сиз жөн гана баскычты басып, принтер басып чыгарууну токтотууну күтүшүңүз керек.
‘Мурда сиз жашыл жарык күйгүзүп, алкак жасоочулар калыптарды кесип баштаганга чейин алкакты түзүү үчүн компьютерлерди жана программаларды колдончусуз. 3D басып чыгаруу арзан технология болбосо да, бул форманы ачып, алкакта туура эмес нерсени көрүп, кайра баштоого караганда, албетте, арзаныраак, - деп кошумчалайт Ван де Берк.
Ошондуктан, 3T RPD сыяктуу компаниялар металлда басып чыгара алса жана Ридли сыяктуу өндүрүүчүлөр велосипеддин прототиби алкактарын толугу менен басып чыгарышса, эмне үчүн экөөнү бириктирип, тебүүгө жарамдуу велосипеддерди басып чыгара албайбыз?
“Толук кадр үчүн бул өтө кыйын, анткени алкак минип жатканда жүктөлөт”, - деп түшүндүрөт Ван ден Берк. ‘Бул ар кандай стресстерге жана штаммдарга туруштук бере ала турган татаал структура. Көмүртек менен, катмарларды түзүү ыкмасы кадрды белгилүү бир багытта күчтүү же катуу кылат. Басып чыгаруу мененкасиеттерин көзөмөлдөө кыйыныраак.
материал жана бул кадрды өндүрүүнү кыйындатат. Бирок, албетте, баары ушул багытта баратат.’
Масштаб үнөмдөөлөрү
Каналдын үстүнөн Бристолдо бир компания бар, ал үчүн 3D басып чыгарылган кадрлардын чындыгы барган сайын жакындап баратат – жок дегенде жарым-жартылай.
Charge Bikes EADS (European Aeronautic Defence and Space Company) менен биринчи өндүрүштө басылган окууну таштагандарды түзүү үчүн иштеп жатат. Ti6Al4V титанынан жасалган, окууну таштагандар EADS мекемесинде басылып чыгарылып, Тайванга жөнөтүлүп, Charge тоңдургучтун кайчылаш велосипеддерине ширетилген. Бирок, EN тестирлөө жана Charge про ридер Крис Меткалфтын астында оор сегиз ай өткөнү менен, окууну таштагандар CNC'деги аталаш бир туугандардай эле ийгиликтүү экенин көрсөтүшкөн, алар жана алар катышкан процесс эч кандай чектөөсүз эмес.
Charge'тин Нейл Кузинс мындай дейт: Учурда басып чыгарылгандар стандарттуу тоңдургуч алкагынын баасына 20% кошуп жатышат, анткени ар бир түзүлүш принтердин көлөмүнө байланыштуу эң көп дегенде 50 гана таштап салышы мүмкүн. Биз ошондой эле принтерлердин саны менен чектелдик – учурда алар Улуу Британияда үч башка компанияда гана бар – жана аларды колдонуу үчүн зарыл болгон тажрыйба жана көндүмдөр.'
Cousins келечекте мындай тетиктерди чыгаруунун баасы машинанын өлчөмдөрү жана саны көбөйгөн сайын төмөндөшүнө эч кандай себеп жок экенин белгилейт, бирок азырынча ал технологиянын кайда баратканы жөнүндө реалдуу: «Биз ар дайым тетиктер боюнча пландарды иштеп чыгып, бул жерде жаңы өнөр жай дизайнерин жалдашты. Эсте турган бир нерсе, бөлүктөрүнүн көбү ушунчалык кымбат болот, ошондуктан биздин дистрибьюторлордун текчелеринде жылдар бою отура турган нерседен сак болушубуз керек. Айтор, велосипед индустриясынын көптөгөн ири оюнчулары технология боюнча көбүрөөк маалымат алуу үчүн биз жана EADS менен байланышта болушту жана кыска мөөнөттө мен 3D басып чыгаруунун хаб, механизм сыяктуу компоненттерди жасоо үчүн колдонулуп жатканын оңой көрө алам. жана кассеталар.'
Race Ware'дин Мартин Харрис титандын өзөгүн жасоо үчүн аэродинамикалык гуру Саймон Смарт менен кызматташып, бир кадам алдыда болушу мүмкүн. Бүткөн, сатыла турган буюм болбосо да (Харристин эсеби боюнча, учурдагы версия ага 5 000 фунт стерлинг кеткен, андыктан версиясын алмаштыруу бир аз кыйын болушу мүмкүн), ал 3D басып чыгаруунун азыркы учурда кандай деңгээлде экенин далилдөө үчүн гана кызмат кылат. Race Ware жана Charge сыяктуу компаниялар баргысы келген жерге жетүү үчүн талап кылынат.
«3D басып чыгаруунун келечегинин ачкычы бул процессти түшүнүү», - дейт 3T RPD компаниясынын кызматкери Фил Килберн. ‘Адамдарды технологияга ишендирүү, ал эмне кыла аларын жана эмнелерди кыла албастыгын үйрөтүү үчүн биз тараптан көп миссионердик иш талап кылынды. Процессти түшүнгөндөн кийин гана андан пайдалана аласыз. Ал азырынча ал жерге жете элек, бирок жеткенде 3D басып чыгаруу жарылып кетет.'
Мыкты басып чыгаруу: 3D басып чыгаруу чындыгында кантип иштейт
- 3T RPD пластмассадан куруу сыяктуу эле, Race Ware тарабынан жасалган титан чынжыр кармагычтар сыяктуу металл тетиктерди басып чыгарган бир катар машиналарга ээ.
- Принтер камерасы 70°Cге чейин ысытылат, 1000°C+ температурасында иштеген бир була лазер титан порошоктун төшөгүндөгү эки өлчөмдүү катмарды сызып чыгат.
- Сиз көрө турган жаркыраган ак жарык бул лазердин чекити эмес, тескерисинче порошок титан эригенде бөлүнүп чыккан күчтүү жарык.
- Чынжыр кармагычтар 20 микрондук катмарларга курулган – ар бир катмар чийилгенден кийин, жаңы порошок катмары жайылганга чейин принтердин керебети 0,02 мм төмөндөйт.
- Металлдан жасалган принтер керебеттери, адатта, пластикалык принтер керебеттеринен алда канча кичирээк болот. Бирок акыркы 3T RPD машиналары мурункуларына караганда 50% жогору курулган.
- Принтерлерди чоңойтуудагы чоң көйгөй лазерлерди фокустоо менен келип чыгат. Кичирээк металл принтерлер бир лазерди колдонушат, ал эми чоңураак пластик принтерлер эки лазерди колдонушу керек.
- Үч чынжыр кармагычты титандан басып чыгаруу болжол менен төрт саатты алат. Принтердин керебетине 50гө чейин сыгууга болот, бирок куруу убактысы болжол менен 12 саатка чейин көбөйөт.
- Курулуш аяктагандан кийин, тетиктерди үйүлгөн кумдан ташты алгандай эле алып салууга болот. Калган порошоктун көбү кайра иштетилип, кийинки түзүлүшкө кайра салынат.
