8. 3D εκτυπωτές – Εισαγωγή

Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές κατασκευάζουν αντικείμενα χρησιμοποιώντας μια διαδικασία γνωστή ως προσθετική κατασκευή. Το υλικό τοποθετείται σε στρώματα. κάθε στρώμα προσθέτει στο προηγούμενο στρώμα και με τη σειρά του χρησιμοποιείται ως βάση για το επόμενο στρώμα.

Εικόνα 7.1. [πηγή]

Υπάρχουν πολλοί τύποι τεχνολογιών 3D εκτύπωσης. Δείτε την ακόλουθη λίστα από το https://www.3yourmind.com/blog/what-is-3d-printing για μια επισκόπηση:

– Binder Jetting: Οι κεφαλές εκτύπωσης Inkjet εφαρμόζουν ένα υγρό συγκολητικό υλικό πάνω σε λέπτές στρώσεις από πούδρα. Με τη συγκόλληση των σωματιδίων μαζί, το τμήμα χτίζεται στρώμα με στρώμα.
– Τήξη με δέσμη ηλεκτρονίων (Electron Beam melting): Μία λεπτή μεταλλική πούδρα τήκεται επιλεκτικά από μια δέσμη ηλεκτρονίων. Τα μέρη κατασκευάζονται σε στρώματα με στρώσεις στην σχετική επιφάνεια.
– Μοντελοποίηση με τήξη και απόθεση (Fused Deposition Modelling, FDM): Ένα πλαστικό νήμα τήκεται και εξωθείται μέσω ενός ακροφυσίου .Τα εξαρτήματα κατασκευάζονται με την τοποθέτηση στρώματος-στρώμα.
– Λέιζερ τήξη (Laser melting): Ένα λεπτό στρώμα μεταλλικής σκόνης τήκεται επιλεκτικά από ένα λέιζερ.Τα μέρη κατασκευάζονται διαδοχικά, με επιστρώσεις στην επιφάνεια του υλικού.
– Συγκόλληση με λέιζερ (Lazer sintering): Ένα λεπτές στρώσεις από πλαστική σκόνη τήκεται επιλεκτικά από ένα λέιζερ .Τα μέρη κατασκευάζονται στρώματα με στρώσεις στην κλίνη σκόνης.
– Εκτόξευση υλικού (Material Jetting): Οι κεφαλές εκτύπωσης με εκτόξευση μελάνης χρησιμοποιούνται για την εκτόξευση λιωμένου κεριού σε μια πλατφόρμα κατασκευής. Το υλικό ψύχεται και στερεοποιείται, γεγονός που επιτρέπει την κατασκευή στρώσεων η μία πάνω στην άλλη.
– Photopolymer Jetting: Οι κεφαλές εκτύπωσης μελάνης χρησιμοποιούνται για την εκτόξευση φωτοπολυμερών υγρών σε μια πλατφόρμα κατασκευής. Το υλικό στερεοποιείται αμέσως με λάμπες υπεριώδους ακτινοβολίας και σκληραίνει, γεγονός που επιτρέπει την κατασκευή στρώσεων το ένα πάνω στο άλλο.
– Στερεολιθογραφία: Ένα υπεριώδες λέιζερ κόβει ένα υγρό φωτοπολυμερές σε μια δεξαμενή. Το τμήμα κατασκευάζεται με τη κάθοδο της πλατφόρμας κατασκευής μέσα στην δεξαμενή.

Εικόνα 7.2.Ορισμένες τεχνολογίες εκτύπωσης 3D [πηγή]

Οι περισσότεροι εκτυπωτές 3D στην καταναλωτική αγορά χρησιμοποιούν θερμοπλαστικές μελάνες στη διαδικασία εκτύπωσης. Σε συγκεκριμένη περιοχή θερμοκρασίας αυτά τα πολυμερή γίνονται μαλακά και εύκαμπτα και στη συνέχεια επανασχηματίζονται όταν αφήνονται να κρυώσουν.

Εικόνα 7.3.Ένα λειτουργικό διάγραμμα ενός εκτυπωτή 3D [πηγή]

Η επιφάνεια εκτύπωσης / κλίνη εκτύπωσης είναι το σημείο όπου εκτυπώνεται το αντικείμενο. Συνήθως καλύπτεται με ένα κολλητικό υλικό. Όταν χρησιμοποιούνται ορισμένες μελάνες \πρέπει επίσης να θερμαίνεται προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η στρέβλωση στην εκτυπωμένη αντικειμένου.

Η θερμοκρασία του εξωθητήρα μπορεί να ρυθμιστεί χειροκίνητα, ανάλογα με το μοντέλο. η θέση του ακροφυσίου ελέγχεται από τον μικροελεγκτή, ο οποίος κατευθύνεται από εντολές στο αρχείο εκτύπωσης.

Ορισμένοι εκτυπωτές διαθέτουν θύρες USB για την ανάγνωση αρχείων από μονάδες USB. Άλλοι εκτυπωτές έχουν διεπαφές χειρισμού τους σε εξωτερικούς υπολογιστές, οι οποίοι ενδέχεται να εκτελούν εφαρμογές ελέγχου και παρακολούθησης της προόδου της 3D εκτύπωσης. Ο μικροελεγκτής τοποθετεί το ακροφύσιο στις απαιτούμενες συντεταγμένες Χ, Υ και Ζ και ρυθμίζεται μια συγκεκριμένη ποσότητα μελανιού. Οι υψηλής ποιότητας εκτυπωτές 3D παράγουν ελάχιστο σπατάλη υλικού.

Εικόνα 7.4.Τα τυπικά μέρη ενός εκτυπωτή 3D [πηγή]

Για τους σκοπούς αυτής της εισαγωγής θα επικεντρωθούμε σε εκτυπωτές FDM (σημείωση: η τεχνολογία FDM αναφέρεται συχνά ως FFF -Fused Fabricment Fabricment- αντί).

Το FDM είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία εκτύπωσης 3D: αποτελεί τη μεγαλύτερη εγκατεστημένη σειρά 3D εκτυπωτών παγκοσμίως και είναι συχνά η πρώτη τεχνολογία την οποία συναντούν όσοι θέλουν να ασχοληθούν με την τρισδιάστατη εκτύπωση. Σε αυτό το άρθρο παρουσιάζονται οι βασικές αρχές και οι βασικές πτυχές της τεχνολογίας αυτής.

Για έναν εκτεταμένο οδηγό 3D εκτυπωτή, μπορείτε να ελέγξετε το ακόλουθο άρθρο.

Πηγές:
[1] https://www.allaboutcircuits.com/news/introduction-to-3d-printing-history-processes-and-market-growth
[2] https://www.3yourmind.com/blog/what-is-3d-printing
[3] https://www.3dhubs.com/knowledge-base/introduction-fdm-3d-printing#what