Modelowanie 3D jest obecnie bardzo popularnym, rozwijającym się i wielozadaniowym kierunkiem w branży komputerowej. Tworzenie wirtualnych modeli czegoś stało się integralną częścią nowoczesnej produkcji.
Nowoczesne technologie nie stoją w miejscu i codziennie powstają nowe przedmioty w różnych dziedzinach nauki. Jednym z takich know-how jest drukarka 3D. Wynalezienie tego urządzenia umożliwia tworzenie unikalnych modeli 3D, których zastosowanie jest możliwe w każdej branży, od budownictwa po medycynę.
Historia drukarki 3D i co to jest?
W rzeczywistości przemysłowe drukarki 3D pojawiły się dawno temu, ale ich istnienie nie było tak reklamowane dla ogółu społeczeństwa. Pierwszy model 3D pojawił się w 1985 roku. Drukarka była lekko funkcjonalna i wydrukowana w czerni i bieli. Już w 1988 roku rozpoczęła się produkcja modeli kolorowych. W tej chwili istnieje ogromna liczba modeli, które działają na szerokiej gamie materiałów. W 2000 roku drukarki 3D mogły pracować tylko z plastikiem ABC. A dziś asortyment materiałów poszerzył się do kilkuset materiałów. Należą do nich: akryl, beton, hydrożel, papier, gips, lód itp.
Już w 2005 roku pojawił się model drukarki, który umożliwił tworzenie modeli kolorystycznych. To urządzenie mogło wydrukować większość elementów modelu. W 2014 roku pojawiła się pierwsza drukarka z ogromnym obszarem zadruku. Rozwój ten pozwala na tworzenie modeli o nieograniczonych rozmiarach. Podjęto już próbę wydrukowania domu z betonu w pełnym rozmiarze.
Postawienie takiej konstrukcji zajęło nie więcej niż jeden dzień. Już w 2016 roku w Dubaju zaprezentowano pierwszy budynek wydrukowany w 3D. W lutym 2017 roku Rosja również odsłoniła dom wydrukowany w całości na placu budowy. W tym roku opracowano także drukarkę sześcioosiową, dzięki której skomplikowane elementy będzie znacznie łatwiej drukować bez konieczności stosowania konstrukcji wsporczych. Obecnie trwają prace nad drukarkami, które mogą drukować ludzkie organy, protezy, implanty, karoserie samochodów, a nawet żywność.
Czym więc jest drukarka 3D i jakie funkcje spełnia?
Drukarka 3D to specjalne urządzenie do tworzenia modeli trójwymiarowych. Za pomocą tej maszyny możesz tworzyć trójwymiarowe modele o różnych rozmiarach. Dzięki przekazywaniu informacji w postaci trójwymiarowej wszystkie otrzymane obiekty mają rzeczywiste parametry fizyczne.
Jak działa drukarka 3D i jak powstają prawdziwe modele 3D?
Jeśli ogólnie opiszemy pracę drukarki 3D, można wyróżnić kilka głównych etapów jej pracy:
- Tworzenie modelu 3D w programie graficznym. Na tym etapie model jest tworzony na komputerze za pomocą specjalnych wirtualnych szablonów.
- Podział modelu na warstwy.
- Kolejny etap związany jest z działaniem samej drukarki. Tworzy warstwę po warstwie specjalnego proszku, który służy do dalszego formowania modelu. Powstaje specjalna komora wypełniona tworzywem sztucznym.
- Po każdej warstwie materiał jest smarowany warstwą kleju, co daje przyszłą wytrzymałość modelu.
Rodzaje modelowania 3D
W tym obszarze nowoczesne technologie rozwijają się w kilku kierunkach:
- technologie stereolitograficzne, które są w skrócie STL. Format pliku szeroko stosowany do przechowywania trójwymiarowych modeli obiektów do wykorzystania w technologiach addytywnych.
- metody aplikacji termoplastów - FDM. Modelowanie modeli z wykorzystaniem nakładania materiału warstwa po warstwie.
- spiekanie laserowe - SLS. Technologia (SLS) obejmuje użycie jednego lub więcej laserów (zwykle dwutlenku węgla) do spiekania cząstek sproszkowanego materiału w celu utworzenia trójwymiarowego obiektu fizycznego.
Obecnie metoda osadzania warstwa po warstwie jest najpopularniejszą i szeroko stosowaną w branży.
Główne zalety tej metody to:
- użycie wysokiej jakości i niedrogich materiałów;
- prosta technika obsługi;
- przyjazność dla środowiska użytych materiałów.
Stereolitografia laserowa
Ten rodzaj modelowania 3D znajduje szerokie zastosowanie w protetyce stomatologicznej. Cechą charakterystyczną tego typu druku jest produkcja wysokiej jakości przedmiotów. Takie wyniki uzyskuje się dzięki zastosowaniu sprzętu pracującego w siatce wymiarowej, która jest liczona w jednostkach mikronów.
Jak działa taki sprzęt?
Funkcjonalna część takiego sprzętu oparta jest na projektorach ultrafioletowych LED. Wewnątrz tych drukarek 3D znajdują się delikatne lustra, które zapewniają precyzyjne ugięcie wiązek. z tego powodu nie następuje sekwencyjne, ale całkowite odsłonięcie warstw konturu.
Spiekanie laserowe
Spiekanie laserowe lub technologia SLS to kolejny rodzaj modelowania laserowego. Do działania takie urządzenia wykorzystują niskotopliwy plastik. Podstawą unikalnego opracowania jest potężny laser, który kreśli kontury na plastikowej podstawie, wtapiając materiał. Proces powtarza się aż do uzyskania kompletnego modelu. Istotną wadą spiekania laserowego jest porowatość powstałych modeli. jednak nie wpływa to w żaden sposób na siłę. uważa się, że modele uzyskane tą metodą są najtrwalsze. Instalacja do spiekania laserowego jest dość kosztowna, a sam proces formowania modelu zajmuje dużo czasu.
Z jakich materiałów powstają modele 3D?
Jak już wspomniano, głównym materiałem stosowanym w drukarkach 3D jest termoplast. Występuje w dwóch formatach: ABS i PLA. Ponadto rozpowszechniły się takie materiały, jak nylon, polietylen, poliwęglan i inne rodzaje materiałów, które są stosowane w przemyśle.
Wiele drukarek 3D wymaga mieszania kilku rodzajów materiałów, łącząc ich właściwości fizyczne i chemiczne.
Instalacje wykorzystujące do swojej pracy metale są bardziej złożone w swojej konstrukcji. Różnica w technologii sprowadza się do funkcji głowicy drukującej, która działa w oparciu o program komputerowy. Za jego pomocą na miejsca, na które wskazuje program komputerowy, nakładana jest klejąca masa wiążąca. Następnie głowica nakłada cienką warstwę proszku metalowego na cały obszar roboczy. Oznacza to, że metal nie topi się, jak ma to miejsce w przypadku tworzyw sztucznych, ale jest nakładany i sklejany warstwami w postaci najmniejszych cząstek.
Ciekawostki o drukarkach 3D
- Druk 3D znajduje zastosowanie nie tylko w przemyśle, ma szerokie zastosowanie w medycynie, kuchni, a nawet kosmosie.
- Z roku na rok cena drukarek 3D staje się niższa i bardziej przystępna. Wkrótce ta technologia będzie dostępna prawie dla każdego.
- Pierwszy model 3D powstał w 1984 roku. Został on uzyskany przez Chucka Hilla w wyniku stereolitografii.
- Nie tak dawno temu za pomocą drukarki 3D powstały sztuczne narządy. Pierwszymi modelami były protezy uszu.
- W niedalekiej przyszłości naukowcy zamierzają wydrukować pierwszy model człowieka.
- Modelowanie 3D pomoże obniżyć koszty produkcji, więc produkcja fabryczna wkrótce stanie się nieopłacalna.
- Technologie 3D są od bardzo dawna wykorzystywane w kinematografii do tworzenia realistycznych modeli.
- Naukowcy sugerują, że za pomocą modelowania 3D można stworzyć roboty, które zamiast ludzi będą eksplorować kosmos.
- Modele 3D sukienek zostały już pokazane światu. Modelka Dita Von Teese została pierwszą gwiazdą, która założyła sukienkę z nadrukiem 3D.
