3D-tulostimien historia ja niiden toiminta

Nyt tuttu sana "tulostin" on käännetty englannista tulostuslaitteeksi. Nyt on harvinaista löytää henkilöä, joka ei ole koskaan nähnyt tavallista tulostinta, jolla voit saada minkä tahansa teksti- tai graafisen paperidokumentin.

Tulostimen ulkonäön historia nykyisessä mielessä alkoi viime vuosisadalla – ensimmäinen mustavalkotulostin ilmestyi vuonna 1953, ja vuonna 1976 ilmestyi ensimmäinen IBM:n värimustesuihkutulostin. Nykyään erilaisia ​​tulostimia löytyy paitsi toimistoista ja organisaatioista, myös kouluista ja melkein jokaisesta kodista. Loppujen lopuksi nykyaikainen työ- ja oppimisprosessi on tullut mahdottomaksi ilman tätä laitetta.

Viime vuosina on kuitenkin ilmestynyt täysin uusi laite, joka ei voi vain tulostaa mitään kuvaa paperille. Puhumme 3d-tulostimen keksinnöstä, jolla voidaan jo luoda kolmiulotteisia osia, tuotteita tai malleja.

3D-tulostimen historia

3D-tulostimien historia on yllättäen melko pitkä, ja tutkijat monista maailman maista työskentelivät tämän laitteen luomisessa ja myötävaikuttivat vähitellen kolmiulotteisten tekniikoiden kehittämiseen.

• Vuonna 1986 amerikkalainen Chuck Hull keksi kolmiulotteisen tulostuksen periaatteen, jota käytettiin stereolitografiassa.
• Vuonna 1988 toinen amerikkalainen Scott Crump löysi täysin erilaisen lähestymistavan kolmiulotteisen painatuksen toteuttamiseen – muovauksen sulavan materiaalin (FDM) hajoamisen kautta. Nykyään kaikki kolmiulotteiset tulostimet, joilla voidaan valmistaa tuotteita rajoitetusti, toimivat tällä periaatteella.
• Vaikka työ kolmiulotteisten tulostimien luomiseksi aloitettiin viime vuosisadan 80-luvulla, termi "kolmiulotteinen tulostus" ilmestyi vasta vuonna 1995 Massachusetts Institute of Technologyn syvyyksissä. Ja heti seuraavana vuonna 3D Systems kutsui ensimmäistä malliaan Actua 2100:ksi 3D-tulostimeksi. 3D-tulostimella on lyhyt luomishistoria.

Ensimmäiset kolmiulotteiset painomallit olivat erittäin hitaita, ja yritys nopeuttaa niiden työtä johti poikkeuksetta tuotteisiin virheisiin. Kolmiulotteiset tulostimet, joilla on riittävän korkea laatu, ilmestyivät vasta vuonna 2005. Vuonna 2008 ilmestyi Reprap-malli, joka puoliksi pystyi luomaan itsensä uudelleen, koska se pystyi valmistamaan puolet osistaan.

3D-tulostustekniikat

Kolmiulotteisessa tulostuksessa voidaan käyttää erilaisia ​​tekniikoita ja tarvikkeita, mutta joka tapauksessa se toimii kolmiulotteisen objektin kerrosten peräkkäisen rakentamisen kautta. Tasojen luomiseen voidaan käyttää erilaisia ​​tekniikoita.

Laserstereolitografia, jossa ultraviolettilaser valaisee nestemäisen fotopolymeerin pinnan piste pisteeltä. Toisessa vaihtoehdossa valaistus suoritetaan ultraviolettilampulla uudella kerroksella vaihtavan fotomaskin läpi. Sitten nestemäinen polymeeri kovettuu ja siitä tulee melko kestävää muovia.

• Laserfuusiota käytetään muovi- tai metallijauhekerroksiin.
• Laminointi – täällä suoritetaan myös materiaalin kerros, kaikki kerrokset liimataan yhteen ja osat leikataan laserilla jokaisesta kerroksesta muodostaen osan tulevasta esineestä.
• Suihkutekniikka mahdollistaa jäähdytysmateriaalin jähmettymisen: annostelusuutin heittää kuumia termoplastipisaroita jäähdytetylle pohjatasolle. Siellä ne jähmettyvät välittömästi, tarttuvat yhteen viereisten kanssa ja muodostavat kerroksen valmistettavasta kappaleesta.

• Jauhemateriaalin kiinnittäminen on jossain määrin samanlaista kuin jauheen sintraus lasersäteellä, mutta jauhe voi olla jauhettua selluloosaa, joka ei sula, joten sen liimaamiseen käytetään nestemäistä liimaa tai liuotinta, joka syötetään minisuuttimesta. Tällä menetelmällä voit antaa osalle halutun värin, jos käytät monivärisiä väriaineita. On jopa malleja kolmiulotteisista tulostimista, joissa käytetään perinteisten mustesuihkutulostimien päitä.
• Paksuja keraamisia seoksia voidaan käyttää myös itsekovettuvina materiaaleina. Tällaisille materiaaleille on kysyntää suurten arkkitehtonisten mallien 3D-tulostuksessa.
• Viimeisin saavutus on biotulostimet. Toistaiseksi nämä ovat vain kokeellisia tiloja, jotka muodostavat siirtoelimen kolmiulotteisen rakenteen. He käyttävät eläviä soluja sisältäviä liuoksia. Sitten solut kasvavat, jakautuvat ja erikoistuvat muodostamaan elimen lopullisen muodon.

Raaka-aineet 3D-tulostimiin

Kaikki volyymitulostimet vuoteen 2008 asti saattoivat käyttää vain yhtä muovityyppiä – ABC:tä, joka oli paras "kulutustarvike" kolmiulotteiseen tulostukseen. Object Geometries Ltd julkaisi ensimmäisen mallin "Connex500", joka pystyi käyttämään useita eri materiaaleja samanaikaisesti. Nyt tällaisten materiaalien luettelo on ylittänyt sadan. Niiden joukossa ovat seuraavat:

• selluloosa;
• hydrogeeli;
• betoni;
• akryyli;
• vesi;
• kipsi;
• nylon;
• metalli jauhe;
• polylaktidi;
• polykaprolaktoni;
• matalapaineinen polyeteeni;
• polypropeeni;
• suklaa.

Kolmiulotteisten tulostimien työn erikoisuus on, että kaikki tuloksena olevat objektit voivat olla vain puolijohteita, koska niitä levitetään kerros kerrokselta. Perinteisellä tulostimella voi tehdä vain paperiasiakirjan ja kolmiulotteisella tulostimella "tulostaa" lasten lelua, ompelemiseen sopivaa kangasta, muovisia astioita, jopa implantteja lääketieteellisiin tarkoituksiin tai autoon. Uuden sukupolven volyymitulostimilla on erittäin suuret mahdollisuudet.

Video 3d-tulostimien historiasta

3D-tulostimien uskomattomat mahdollisuudet

Kolmiulotteisista tulostimista on vähitellen tulossa käyttökelpoisia ja tarpeellisia laitteita elämässämme, ja niiden käyttöalueet laajenevat yhä enemmän. Joten pienet kolmiulotteiset tulostimet pystyvät valmistamaan taloustavaroita, kuten astioita, leluja, koruja ja jopa huonekaluja.

• Vuonna 2010 kanadalainen Jim Kor esitteli henkilöautoa, jonka kori tehtiin kokonaan kolmiulotteisella tulostimella, mikä kesti 2 500 tuntia työtä. Ainutlaatuisen auton luojat jopa yhtyivät päästäkseen New Yorkista San Franciscoon parissa päivässä vain 38 litralla biopolttoainetta.
• Vuonna 2010 Organovo Inc. ilmoitti luoneensa kolmiulotteisen teknologian keinotekoisten verisuonten valmistukseen. Aiemmin tämän tekniikan käyttö lääketieteellisiin tarkoituksiin ei tullut kysymykseen. Tällä hetkellä maailmassa on jo tehty monia proteettisia leikkauksia, joissa potilaille on istutettu tällä tekniikalla valmistettuja implantteja – kallo- ja nenäluita, hammas-, käsiluita jne.
• Paljon vaatimattomampi on brittien vuonna 2011 osoittama tulostimen esittely, joka voisi tehdä minkä tahansa hahmon suklaasta. Koska suklaa pystyy jähmettymään melko nopeasti jäähtyneenä, tulostin tulostaa tällaisille raaka-aineille melko nopeasti. Tällaiset tulostimet ovat todellinen löytö ravintoloihin ja konditorialiikkeisiin.

Samana vuonna ensimmäinen lentokone valmistettiin kolmiulotteisella tulostimella Southamptonin yliopiston brittiläisten insinöörien ponnisteluilla. He myönsivät, että suurimmat vaikeudet eivät olleet painoprosessissa, vaan suunnittelussa. Valmistettu malli pystyi lentämään kohtuullisella nopeudella.

Oxfordin tutkijat ovat ehdottaneet tulostinta, joka pystyy toistamaan materiaalia, jolla on osittain elävän kudoksen ominaisuuksia. Italialainen robotiikka Enrico Dini opetti 3D-tulostinta tekemään malleja kaksikerroksisista rakennuksista, joissa on väliseinät, putket ja portaat. Kaikki tämä tehdään epäorgaanisesta yhdisteestä ja hiekasta. Tuloksena olevan materiaalin lujuus on lähellä teräsbetonin lujuutta.

Tekninen ajatus ei pysähtynyt tähän, koska ehdotettiin tämän tekniikan käyttämistä kuun tutkimustukikohtien rakentamisessa. Päätettiin toimittaa kolmiulotteinen tulostin ISS:lle, jossa astronautit voivat nopeasti tuottaa tarvitsemansa osat odottamatta niiden toimittamista Maasta.

Nyt 3D-tulostimet, jotka alun perin olivat suuria ja erittäin kalliita, ovat yhä pienempiä ja halvempia. Vuonna 2011 itävaltalaiset esittelivät kevyimmän, pienimmän ja halvimman volyymitulostimen. Tässä käytettiin additiivista fotopolymerointitekniikkaa, joka työskenteli valoherkän hartsin kanssa.

Video 3d-tulostimen mahdollisuuksista

Ennen luultiin, että 3D-näytöt ovat yksinkertaiselle maallikolle saavuttamatonta ylellisyyttä, mutta nykyään köyhätkin voivat ostaa niitä. Sama koskee 3D-tulostimia – ne ovat jo lakanneet olemasta koneita tieteiskirjallisista kirjoista, mutta ne tulevat yhä varmemmin todellisuuteen tuoden yhä enemmän etuja. Heidän tulevaisuudennäkymänsä ovat erittäin hyvät.