Kuinka 3D -tulostin toimii?

3D-tulostin rakentaa fyysisiä esineitä lisäämällä materiaalia kerros kerrokselta digitaalisista malleista. Näistä koneista on tullut arvokkaita työkaluja monilla aloilla – insinöörit käyttävät niitä prototyyppien valmistukseen, lääkärit luovat lääkinnällisiä laitteita ja harrastajat valmistavat räätälöityjä osia kotona. Tulostin työskentelee erilaisten materiaalien, pääasiassa muovien, mutta myös erikoiskomposiittien, kanssa noudattaen tarkkoja digitaalisia ohjeita asettaakseen jokaisen kerroksen täsmälleen oikeaan paikkaan. Teknologian ansiosta on käytännöllistä tuottaa monimutkaisia muotoja ja räätälöityjä yksittäiskappaleita, joita olisi vaikea valmistaa millään muulla tavalla.

3D-tulostimen ydinkomponentit

3D-tulostin tarvitsee toimiakseen kunnolla viisi pääosaa. Jokaisella komponentilla on oma roolinsa digitaalisten suunnittelujen muuttamisessa fyysisiksi objekteiksi.

Tulostuspää ja ekstruuderi

Tulostuspää pitää kiinni ekstruuderia, joka sulattaa ja asettaa tulostusmateriaalin. Se lämmittää muovifilamenttia ja työntää sen pienen suuttimen läpi. Suuttimen koko vaikuttaa tulosteiden yksityiskohtiin.

Rakenna alusta

Tulostusalusta on tasainen pinta, jolle esineet tulostetaan. Sen on oltava tasainen, jotta tulosteet tarttuvat kunnolla. Monissa tulostimissa on lämmitetyt alustat, jotka estävät muovin vääntymisen jäähtyessään.

Liikejärjestelmä

Tulostin liikkuu moottoreiden avulla kolmeen suuntaan:

• Vasen/oikea (X-akseli)
• Eteenpäin/taaksepäin (Y-akseli)
• Ylös/alas (Z-akseli)

Nämä moottorit liikkuvat hyvin pienin askelin materiaalin sijoittamiseksi tarkasti.

Ohjausyksikkö

Ohjausyksikkö hallitsee tulostusprosessia. Useimmissa tulostimissa on näyttö, joka näyttää:

• Kuinka paljon tulostuksesta on tehty
• Lämpötila
• Materiaaliasetukset
• Ongelmia

Filamentin syöttöjärjestelmä

Tämä järjestelmä siirtää tulostusmateriaalin kelalta ekstruuderiin. Se sisältää:

• Vaihde, joka työntää hehkulankaa
• Putket, jotka ohjaavat materiaalia
• Osat, jotka pitävät jäykkyyden oikeana
• Anturi, joka tarkistaa, loppuuko materiaali

Näiden komponenttien on toimittava saumattomasti yhdessä onnistuneen tulostuksen varmistamiseksi. Säännöllinen huolto Kunkin osan säätö auttaa estämään tulostusongelmia ja varmistaa hyvän tulostuslaadun.

Miten 3D-tulostin toimii?

3D-tulostin toimii kuin erittäin tarkka automaattinen kuumaliimapistooli. Se sulattaa muovimateriaalia ja asettaa sen kerros kerrokselta digitaalisen piirustuksen mukaisesti, kunnes lopullinen kappale on valmis. Koko prosessissa on kolme päävaihetta.

Digitaalisen mallin valmistelu

Aloitat 3D-mallitiedostolla – tulostussuunnitelmallasi. Luo sellainen CAD-ohjelmistolla tai lataa valmiita malleja esimerkiksi Thingiverseltä. Malli käsitellään viipalointiohjelmistolla, joka leikkaa sen ohuiksi kerroksiksi ja luo ohjeet, joita tulostin voi seurata. Ohjelmiston avulla voit säätää tärkeitä asetuksia, kuten tulostusnopeutta, lämpötilaa ja sitä, kuinka kiinteän objektin sisäpuolen tulisi olla.

Tulostimen asetukset

Tulostin vaatii huolellisen asennuksen hyvien tulosten saavuttamiseksi. Aseta valitsemasi paperi muovifilamentti syöttölaitteen kautta kuumaan suuttimeen. Tulostusalustan on oltava täysin tasainen - voit säätää sen pienillä ruuveilla alustan alla. Aseta oikeat lämpötilat: yleensä 180–220 °C suuttimelle ja 50–60 °C alustalle materiaalityypistä riippuen.

Painatusprosessi

Tulostin aloittaa asettamalla ensimmäisen kerroksen hyvin hitaasti varmista, että se tarttuu hyvinSitten se rakentaa jokaisen kerroksen, tyypillisesti 0,1–0,3 mm paksuisen. Tulostin luo kappaleen sisään hunajakennomaisen kuvion lujuuden lisäämiseksi ja muovin säästämiseksi. Ilmassa roikkuville osille (kuten hahmon käsivarsille) tulostin lisää irrotettavat tuet.Suutin liikkuu tarkasti kolmeen suuntaan: vasemmalle-oikealle, eteen-taakse ja ylös-alas, sijoittaen sulan muovin juuri sinne, missä sitä tarvitaan.

Tulostuslaatu riippuu suuresti oikeista asetuksista ja asetuksista. Pienten kohteiden tulostaminen voi kestää 30 minuuttia, kun taas suurten tai yksityiskohtaisten tulosteiden tulostaminen voi kestää useita tunteja.

Mitä materiaaleja 3D-tulostimissa voidaan käyttää?

3D-tulostimet voivat toimia monia erilaisia materiaaleja, mutta muovi on edelleen yleisin valinta. Jokaisella materiaalilla on erityisiä ominaisuuksia, jotka tekevät siitä sopivan erilaisiin käyttötarkoituksiin.

Perusmuovit

PLA-filamentti on helpoin materiaali tulostaa. Se on valmistettu maissitärkkelyksestä, tulostaa alhaisemmissa lämpötiloissa ja sopii hyvin koriste-esineisiin ja perusosiin. ABS on kovempaa ja kestää lämpöä paremmin – se on samaa muovia, jota käytetään LEGO-palikoissa. PETG yhdistää helpon tulostuksen hyvään lujuuteen ja on turvallinen elintarvikepakkauksille. Nämä perusmateriaalit maksavat noin 20–30 dollaria kilolta.

Erikoismateriaalit

Joillakin materiaaleilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia. TPU on joustavaa kuin kumi, täydellinen puhelinkoteloihin tai kengänpohjallisiin. Nailon on erittäin vahvaa ja kestävää, joten se sopii hyvin mekaanisiin osiin. Puutäytteiset filamentit sisältävät aitoja puuhiukkasia ja voivat näyttää oikealta puulta. Myös metallitäytteisiä materiaaleja on olemassa, mutta ne tarvitsevat erityisiä tulostimia.

Oikean materiaalin valitseminen

Valitse materiaali sen mukaan, mitä aiot tehdä:

• Leluille ja esillepanoesineillePLA
• Ulkokäyttöön tai auton osiinABS- tai PETG-muovia
• Joustaville tuotteilleTPU-muovi
• Vahvoille työkaluilleNailon
• Koriste-esineillePuulla tai metallilla täytetty

Saatavilla olevien materiaalien valikoima kasvaa jatkuvasti 3D-tulostustekniikan kehittyessä. Aloittelijoille suositellaan perus-PLA:lla aloittamista ja muiden materiaalien kokeilemista kokemuksen karttuessa.

Mikä vaikuttaa 3D-tulostuksen laatuun?

Useat keskeiset tekijät vaikuttavat siihen, onko tulosteesi tasainen ja tarkka vai karhea ja epämuodostunut. Näiden asetusten säätäminen oikein johtaa parempiin tulostustuloksiin.

Resoluutio ja kerroksen korkeus

Kerroksen korkeus määrittää tulosteen yksityiskohtien määrän. Ohuemmat kerrokset (0,1 mm) antavat tasaisemmat pinnat, mutta niiden tulostaminen kestää kauemmin. Paksummat kerrokset (0,3 mm) tulostuvat nopeammin, mutta niissä näkyvät viivat. Myös suuttimen koolla on merkitystä – 0,4 mm:n suutin toimii hyvin useimpiin tulosteisiin, kun taas 0,2 mm:n suuttimet mahdollistavat hienommat yksityiskohdat.

Tulostusnopeus

Nopeampi ei ole aina parempi. Liian nopeasti tulostettaessa kerrokset eivät välttämättä tartu hyvin toisiinsa, yksityiskohdista voi tulla sotkuisia ja tulostin saattaa ohittaa vaiheita, mikä aiheuttaa kerrosten siirtymistä. Monimutkaisten osien tulostuksessa tarvitaan hitaampia nopeuksia, noin 30–50 mm/s, parhaiden tulosten saavuttamiseksi. Yksinkertaiset osat voivat tulostaa nopeammin 60–80 mm/s, mutta tarkkaile laatuongelmia.

Lämpötila-asetukset

Jokainen materiaali tarvitsee tiettyjä lämpötiloja. Liian kuuma painatus aiheuttaa nauhoja ja paukamia, kun taas liian kylmä painatus johtaa huonoon kerrosten tarttumiseen. PLA:lle painetaan tyypillisesti 190–210 °C:ssa, ABS:lle 230–250 °Cja PETG:tä 220–245 °C:ssa. Myös tulostusalustan lämpötilalla on merkitystä – se auttaa ensimmäisen kerroksen tarttumista ja estää vääntymistä kappaleen jäähtyessään.

Jäähdytys ja ilmavirtaus

Riittävä jäähdytys auttaa muovia jähmettymään nopeasti suuttimen läpi tultuaan. Useimmissa tulostimissa on pienet tuulettimet suuttimen lähellä. Hyvä jäähdytys estää roikkuvat ulokkeet ja sotkuiset sillat, joissa muovi ylittää raot. Jotkin materiaalit, kuten ABS, tarvitsevat vähemmän jäähdytystä vääntymisen estämiseksi, kun taas PLA tarvitsee enemmän jäähdytystä terävien yksityiskohtien saavuttamiseksi.

Tulostimen kalibrointi

Säännöllinen kalibrointi pitää tulostimesi tarkana. Tarkista alustan taso usein – se on ratkaisevan tärkeää ensimmäisen kerroksen tarttumisen kannalta. Pidä hihnat oikein kireällä, jotta kerrokset eivät siirry.Säädä ekstruuderin askelmia varmistaaksesi oikean muovin virtauksen. Tarkista filamentin halkaisija, sillä se vaikuttaa tulostettavan materiaalin määrään. Jopa pienet kalibrointivirheet voi pilata tulosteita.

Mitkä ovat 3D-tulostuksen rajoitukset?

Monipuolisuudestaan huolimatta 3D-tulostuksella on useita käytännön rajoituksia, jotka vaikuttavat siihen, mitä voit tehdä ja kuinka paljon se maksaa. Nämä rajoitukset auttavat määrittämään, onko 3D-tulostus oikea valinta projektiisi.

Rajoitetut rakennusmäärät

Useimmat kodin 3D-tulostimet niillä on rajallinen tulostusalue, tyypillisesti noin 200 mm x 200 mm x 200 mm. Suuremmat kappaleet on tulostettava osina ja koottava. Suurempia tulostimia on olemassa, mutta ne maksavat paljon enemmän ja vievät enemmän tilaa. Hyvin pienet alle 0,5 mm:n yksityiskohdat eivät välttämättä tulostu hyvin suutinkokorajoitusten vuoksi.

Pitkät tuotantoajat

3D-tulostus ei ole nopea prosessi. Yksinkertaisen puhelinkuoren tulostaminen voi kestää 2–3 tuntia, kun taas monimutkaisten esineiden tulostaminen voi kestää päiviä. Kerroskorkeus vaikuttaa merkittävästi tulostusaikaan – kerroksen korkeuden puolittaminen kaksinkertaistaa tulostusajan. Useiden esineiden tulostaminen kerralla säästää aikaa, mutta jos yksi osa pettää, kaikki osat voivat vaurioitua.

Korkeat laite- ja materiaalikustannukset

Perustulostimen alkukustannukset vaihtelevat 200–1000 dollarin välillä. Materiaalikustannukset kasvavat – kun kilogramma perusfilamenttia maksaa 20–30 dollaria, erikoismateriaalit voivat maksaa paljon enemmän. Epäonnistuneet tulosteet tuhlaavat sekä aikaa että materiaalia. Sähkönkulutus on vähäistä, mutta tulostimet tarvitsevat huoltoa ja satunnaisia osien vaihtoa.

Materiaalin lujuus ja valintarajoitukset

Kaikkia materiaaleja ei voida tulostaa 3D-tulostuksella. Useimmat kotitulostimet toimivat vain kestomuovien kanssa. Metallitulostus vaatii kalliita erikoislaitteita. Tulostetut osat ovat yleensä heikompia kuin ruiskuvaletut, erityisesti tietyissä suunnissa. Värit ovat rajalliset filamenttimuodossa saatavilla olevien värien suhteen, ja moniväritulostus vaatii erikoislaitteita tai manuaalisia filamenttien vaihtoja.

Tee räätälöityjä esineitä 3D-tulostuksella!

3D-tulostuksen avulla voit valmistaa räätälöityjä esineitä kotona. Vaikka sillä on koko- ja nopeusrajoituksia, se on loistava tapa luoda ainutlaatuisia esineitä ja prototyyppejä. Prosessi on yksinkertainen: suunnittele esineesi, valmistele tulostin ja katso sen rakentumista kerros kerrokselta. Aloittaminen perusmateriaaleilla, kuten PLA:lla, ja yksinkertaisilla projekteilla auttaa sinua oppimaan prosessin. Taitojesi karttuessa voit käsitellä monimutkaisempia tulosteita eri materiaaleilla.