Kuinka 3D -tulostin toimii ?
Table of Contents
3D-tulostin rakentaa fyysisiä objekteja lisäämällä materiaalia kerros kerrokselta digitaalisista malleista. Näistä koneista on tullut arvokkaita työkaluja monilla aloilla - insinöörit käyttävät niitä prototyyppeihin, lääkärit luovat lääkinnällisiä laitteita ja harrastajat tekevät räätälöityjä osia kotona. Tulostin toimii 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 mukautettuja kertaluonteisia esineitä, joita olisi vaikea valmistaa millään muulla tavalla.
3D-tulostimen ydinkomponentit
3D-tulostin tarvitsee viisi pääosaa toimiakseen kunnolla. Jokaisella komponentilla on erityinen rooli digitaalisten mallien muuttamisessa fyysisiksi esineiksi.
Tulostuspää ja ekstruuderi
Tulostuspää pitää ekstruuderin, joka sulattaa ja asettaa tulostusmateriaalin. Se lämmittää muovilangan ja työntää sen pienen suuttimen läpi. Suuttimen koko vaikuttaa siihen, kuinka yksityiskohtaisia tulosteet ovat.
Rakenna alusta
Rakennusalusta (tulostusalusta) on tasainen pinta, jolle esineitä tulostetaan. Sen on oltava vaakasuorassa, jotta tulosteet tarttuvat kunnolla. Monissa tulostimissa on lämmitetyt alustat muovin vääntymisen estämiseksi sen jäähtyessä.
Liikejärjestelmä
Tulostin käyttää moottoreita liikkuakseen kolmeen suuntaan:
- Vasen/oikea (X-akseli)
- Eteen/taakse (Y-akseli)
- Ylös/alas (Z-akseli)
Nämä moottorit liikkuvat hyvin pienin askelin sijoittaakseen materiaalin tarkasti.
Ohjausyksikkö
Ohjausyksikkö hallitsee tulostusprosessia. Useimmissa tulostimissa on näyttö, joka näyttää:
- Kuinka suuri osa tulosteesta on tehty
- Lämpötila
- Materiaaliasetukset
- Kaikki ongelmat
Filamentin syöttöjärjestelmä
Tämä järjestelmä siirtää painomateriaalin kelalta ekstruuderiin. Se sisältää:
- Vaihteisto, joka työntää filamenttia
- Putket, jotka ohjaavat materiaalia
- Osat, jotka pitävät oikean kireyden
- Anturi, joka tarkistaa, onko materiaali loppumassa
Näiden osien on toimittava sujuvasti yhdessä tulostuksen onnistumiseksi. Säännöllinen huolto jokaisesta osasta auttaa estämään tulostusongelmia ja varmistaa hyvän tulostuslaadun.
Kuinka 3D-tulostin toimii?
3D-tulostin toimii kuin erittäin tarkka automaattinen kuumaliimapistooli. Se sulattaa muovimateriaalia ja sijoittaa sen kerros kerrokselta digitaalisen suunnitelman mukaan, kunnes lopullinen esine on valmis. Koko prosessi sisältää kolme päävaihetta.
Digitaalisen mallin valmistelu
Aloitat 3D-mallitiedostolla – tulostesuunnitelmallasi. Luo sellainen CAD-ohjelmistolla tai lataa valmiita malleja sivustoilta, kuten Thingiverse. 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 esineen sisäpuolen tulee olla.
Tulostimen asetukset
Tulostin vaatii huolellisen asennuksen hyvien tulosten saavuttamiseksi. Lataa valitsemasi muovinen filamentti syöttölaitteen läpi kuumaan suuttimeen. Tulostusalustan on oltava täysin tasainen - voit säätää pieniä ruuveja sängyn alla saadaksesi sen oikein. Aseta oikeat lämpötilat: yleensä 180-220°C suuttimelle ja 50-60°C sängylle materiaalityypistäsi riippuen.
Tulostusprosessi
Tulostin aloittaa laskemalla ensimmäisen kerroksen hyvin hitaasti varmista, että se pysyy hyvin. Sitten se rakentaa jokaisen kerroksen, tyypillisesti 0,1-0,3 mm paksu. Tulostin luo esineen sisälle hunajakennomaisen kuvion lujuuden lisäämiseksi ja samalla muovia säästäen.Kirjoitin lisää irrotettavat tuet kaikkiin ilmassa roikkuviin osiin (kuten hahmon käsivarsiin). Suutin liikkuu tarkasti kolmeen suuntaan: vasen-oikea, eteen-taakse ja ylös-alas sijoittaen sulaneen muovin juuri sinne, missä sitä tarvitaan.
Tulostuslaatu riippuu suuresti oikeasta asennuksesta ja asetuksista. Pienet objektit voivat kestää 30 minuuttia, kun taas suuret tai yksityiskohtaiset tulosteet voivat kestää useita tunteja.
Mitä materiaaleja 3D-tulostimet voivat 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.
Perusmuovimateriaalit
PLA filamentti on helpoin materiaali tulostaa. Se on valmistettu maissitärkkelyksestä, tulostaa alhaisemmissa lämpötiloissa ja toimii hyvin koriste-esineissä ja perusosissa. ABS on sitkeämpi ja kestää paremmin lämpöä – se on samaa muovia, jota käytetään LEGO palikoissa. PETG:ssä yhdistyy helppo painatus hyvällä lujuudella ja se on turvallinen elintarvikepakkauksille. Nämä perusmateriaalit maksavat noin 20-30 dollaria kilolta.
Erikoismateriaalit
Joillakin materiaaleilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia. TPU on joustava kuin kumi, täydellinen puhelinkoteloihin tai kenkien pohjallisiin. Nailon on erittäin vahvaa ja kestävää, sopii mekaanisiin osiin. Puutäytteiset filamentit sisältävät aitoja puuhiukkasia ja voivat näyttää oikealta puulta. Myös metallitäytteisiä materiaaleja on olemassa, mutta ne tarvitsevat erityisiä tulostimia.
Oikean materiaalin valinta
Valitse materiaalisi sen perusteella, mitä teet:
- Leluille ja esittelyesineille: PLA
- Ulkokäyttöön tai auton osiin: ABS tai PETG
- Joustaville tuotteille: TPU
- Vahville työkaluille: Nylon
- Koristeesineille: Puulla tai metallilla täytetty
Saatavilla olevien materiaalien valikoima kasvaa 3D-tulostustekniikan kehittyessä. Aloittelijoille suositellaan perus-PLA:sta aloittamista, minkä jälkeen kokeile muita materiaaleja kokemuksen kerryttäessä.
Mikä vaikuttaa 3D-tulostuksen laatuun?
Useat keskeiset tekijät määräävät, tuleeko tulosteesta tasainen ja tarkka vai karkea ja epämuodollinen. Näiden asetusten oikea säätäminen johtaa parempiin tulostustuloksiin.
Resoluutio ja kerroksen korkeus
Tason korkeus määrittää, kuinka yksityiskohtaista tuloste on. Ohuemmat kerrokset (0,1 mm) antavat tasaisemmat pinnat, mutta tulostus kestää kauemmin. Paksummat kerrokset (0,3 mm) tulostavat nopeammin, mutta näyttävät viivoja. Myös suuttimen koolla on väliä - 0,4 mm:n suutin toimii hyvin useimmissa tulosteissa, kun taas 0,2 mm:n suuttimet mahdollistavat hienommat yksityiskohdat.
Tulostusnopeus
Nopeampi ei ole aina parempi. Liian nopeasti tulostettaessa tasot eivät välttämättä kiinnity kunnolla toisiinsa, yksityiskohdat voivat mennä sekaisin ja tulostin saattaa ohittaa vaiheet, mikä aiheuttaa kerrosten siirtymistä. Monimutkaiset osat tarvitsevat hitaampia nopeuksia noin 30-50 mm/s parhaan tuloksen saavuttamiseksi. Yksinkertaiset osat voivat tulostaa nopeammin 60–80 mm/s, mutta tarkkaile laatuongelmia.
Lämpötila-asetukset
Jokainen materiaali tarvitsee tietyt lämpötilat. Liian kuuma tulostus aiheuttaa naruja ja läiskiä, kun taas liian kylmä tulostus johtaa huonoon kerrosten sidostukseen. PLA tulostaa tyypillisesti 190-210 °C:ssa, ABS:ssä 230 - 250 °Cja PETG 220 - 245 °C:ssa. Myös painoalustan lämpötilalla on väliä - se auttaa ensimmäistä kerrosta tarttumaan ja estää vääntymisen esineen jäähtyessä.
Jäähdytys ja ilmavirtaus
Oikea jäähdytys auttaa muovia jähmettymään nopeasti suuttimesta poistumisen jälkeen. Useimmissa tulostimissa on pienet tuulettimet suuttimen lähellä. Hyvä jäähdytys estää roikkuvat ylitykset ja sotkuiset sillat, joissa muovi ulottuu rakoihin. Jotkut materiaalit, kuten ABS, tarvitsevat vähemmän jäähdytystä vääntymisen estämiseksi, kun taas PLA tarvitsee enemmän jäähdytystä terävien yksityiskohtien saamiseksi.
Tulostimen kalibrointi
Säännöllinen kalibrointi pitää tulostimesi oikeana.Tarkista alustan taso usein – se on ensiarvoisen tärkeää ensimmäisen kerroksen tarttumisessa. Pidä hihnat kunnolla kiristettynä estääksesi kerrosten siirtymisen. Säädä ekstruuderin askelmia varmistaaksesi oikean määrän muovia. Tarkista filamentin halkaisija, koska se vaikuttaa siihen, kuinka paljon materiaalia tulostetaan. Jopa pieniä kalibrointivirheitä voi pilata tulosteet.
Mitkä ovat 3D-tulostuksen rajoitukset?
Monipuolisuudestaan huolimatta 3D-tulostuksessa on useita käytännön rajoitteita, jotka vaikuttavat siihen, mitä voit tehdä ja kuinka paljon se maksaa. Nämä rajoitukset auttavat määrittämään, onko 3D-tulostus oikea valinta projektiisi.
Rakenna äänenvoimakkuuden rajoituksia
Useimmat kodin 3D-tulostimet on rajoitettu rakennusala, tyypillisesti noin 200 mm x 200 mm x 200 mm. Suuremmat esineet on painettava kappaleiksi ja koottava. On olemassa suurempia tulostimia, mutta ne maksavat paljon enemmän ja vievät enemmän tilaa. Hyvin pienet alle 0,5 mm:n yksityiskohdat eivät välttämättä tulostu hyvin suuttimen kokorajoitusten vuoksi.
Pitkät tuotantoajat
3D-tulostus ei ole nopea prosessi. Yksinkertainen puhelinkotelo voi kestää 2-3 tuntia, kun taas monimutkaiset esineet voivat tulostaa päiviä. Kerroksen korkeus vaikuttaa tulostusaikaan merkittävästi - kerroksen korkeuden puolittaminen kaksinkertaistaa tulostusajan. Useiden kohteiden tulostaminen kerralla säästää aikaa, mutta jos jokin osa epäonnistuu, se voi vaikuttaa kaikkiin osiin.
Korkeat laite- ja materiaalikulut
Perustulostimen alkuperäinen hinta vaihtelee 200 dollarista 1000 dollariin. Materiaalikustannukset nousevat yhteen - kun kilo 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 varaosia.
Materiaalin vahvuus ja valintarajoitukset
Kaikista materiaaleista ei voi tulostaa 3D-tulostusta. Useimmat kotitulostimet toimivat vain kestomuovien kanssa. Metallipainatus vaatii kalliita erikoislaitteita. Painetut osat ovat yleensä heikompia kuin ruiskuvaletut, erityisesti tietyissä suunnissa. Värit rajoittuvat siihen, mitä on saatavilla filamenttimuodossa, ja monivärinen painatus vaatii erikoislaitteita tai manuaalisen filamentin vaihdon.
Tee mukautettuja esineitä 3D-tulostuksella!
3D-tulostuksen avulla voit tehdä mukautettuja esineitä suoraan kotona. Vaikka sen kokoa ja nopeutta on rajoitettu, se sopii erinomaisesti ainutlaatuisten esineiden ja prototyyppien luomiseen. Prosessi on suoraviivainen: suunnittele objektisi, valmistele tulostin ja seuraa sen rakentamista kerros kerrokselta. Perusmateriaaleista, kuten PLA:sta, ja yksinkertaisista projekteista aloittaminen auttaa sinua oppimaan prosessin. Taitosi kasvaessa voit käsitellä monimutkaisempia tulosteita eri materiaaleista.