4. Proces drukowania w 3D

Druk 3D to jeden z kilku różnych procesów, w których materiał jest łączony lub zestalany pod kontrolą komputera w celu wytworzenia trójwymiarowego obiektu.

Zaczynając od modelowania 3D możliwe jest wytworzenie dokładnej reprodukcji projektu końcowego za pomocą modelowego automatycznego systemu produkcyjnego, takiego jak CAM (Computer-Aided Manufacturing / Komputerowe Wspomaganie Wytwarzania), który tworzy ścieżkę produkcji dla narzędzia jakim mogą być „Maszyny Sterowane Numerycznie” lub „Urządzenia Szybkiego Prototypowania”.

Komputerowe sterowanie urządzeń numerycznych (CNC) lub po prostu sterowanie numeryczne (NC) to zautomatyzowane sterowanie narzędziami do obróbki (wiertłami, wytłaczarkami, tokarkami) za pomocą komputera, w którym maszyna NC pracuje na kawałku materiału (metal, plastik, drewno, ceramika lub kompozyt), aby przekształcić go zgodnie z dokładną specyfikacją. Jest to proces, który działa przez odjęcie materiału.

„Szybkie prototypowanie to zbiór technik używanych do szybkiego wytwarzania modelu lub zestawu modeli na podstawie komputerowo wytworzonego trójwymiarowego projektu (CAD). Wytwarzanie przedmiotu lub zespołu przedmiotów następuje zwykle przy użyciu druku 3D lub technologii „wytwarzania warstw addytywnych”. Jest to więc proces odwrotny do poprzedniego, ponieważ odbywa się poprzez dodawanie materiału.

Szybkie prototypowanie jest obecnie najpopularniejszą techniką ze względu na niskie koszty i brak konieczności znajomości zaawansowanych technicznych aspektów procesu drukowania.

Fot 4.1 [źrodło]

Więcej informacji na temat druku 3D i drukarek można znaleźć w Module I: „Wprowadzenie do technologii druku 3D”.

Tutaj jedynie przypomnimy krótko przebieg typowego procesu drukowania:

Gdy gotowy jest cyfrowy model 3D:

Fot 4.2

Kolejnymi etapami szybkiego prototypowania są:

1. Tworzenie pliku .STL:

Jest to wstępna faza do faktycznego prototypowania i polega na wygenerowaniu pliku .STL i jego weryfikacji. Plik .STL (Standard Triangulation Language To Layer) to graficzny standard opisujący obiekt za pomocą rozkładu triangulacji powierzchni, które go tworzą. W praktyce powierzchnie elementu są zazębione z trójkątnymi elementami. Optymalne zwiększenie liczby trójkątów poprawia jakość powierzchni.

Fot 4.3

2. Zarządzanie plikiem .STL:

Po wygenerowaniu pliku STL należy sprawdzić, czy nie zawiera błędów. Po przeprowadzeniu tej weryfikacji można wykonać cięcie, tj. wygenerować „warstwy”, które umieszcza się jeden na drugim i buduje końcowy model. Cięcie jest niezmiernie ważne, ponieważ określa właściwości powierzchni końcowego obiektu. Ta operacja może być jednorodna lub adaptacyjna, gdy grubość warstw jest zmienna i jest określana zgodnie z krzywizną powierzchni, aby lepiej dostosować ostateczną geometrię, zmniejszając efekt schodów.

Fot 4.4

3. Drukowanie: Budowa prototypu „warstwa po warstwie”:

Polega ono na wysłaniu pliku STL lub poszczególnych warstw, w zależności od modelu prototypowania, do urządzenia i przejścia do osadzania materiału warstwa po warstwie, aż do uzyskania końcowego obiektu.

Fot 4.5. Schematyczne przedstawienie stereolitografii: urządzenie emitujące światło a) (laser lub DLP) selektywnie oświetla przezroczyste dno c) zbiornika b) wypełnionego ciekłą żywicą fotopolimeryczną. Zestalona żywica d) jest stopniowo wciągana przez platformę podnoszącą e)

4. Obróbka końcowa

Składają się na nią operacje ręczne, których celem jest usunięcie przedmiotu z maszyny i oczyszczenie go z nadmiaru materiału. Jak widać z właśnie opisanego procesu, przy zarządzaniu procesem drukowania nie jest wymagana wysoka znajomość technicznych aspektów drukowania 3D, ponieważ proces ten jest prawie w całości sterowany przez maszyny.

Jeśli chodzi o zastosowanie modelowania i druku 3D, wiąże się ono z szeregiem korzyści na etapie produkcji. Najważniejsze z nich to:

• • • – skrócenie czasu relokacji prototypu
    • – redukcja kosztów
    • – możliwość przeglądu alternatywnych rozwiązań
    • – łatwa weryfikacja rzeczywistych wymiarów
    • – łatwość identyfikacji błędów
    • – możliwość wprowadzenia modyfikacji na etapie konstrukcji
    • – różnorodność materiałów
    • – pozytywny wpływ na środowisko dzięki zmniejszeniu ilości odpadów podczas tworzenia prototypów
    • – łatwość przedstawiania modelu z wykorzystaniem fizycznych obiektów

Źródła:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_control
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Rapid_prototyping
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Stereolithography