В тази публикация в блога разглеждаме „Възможностите на 3D печата: принципи, характеристики по методи и предизвикателства пред практическото приложение“.
Какво е 3D печат?
Представете си да създавате и носите дрехи с дизайни, които никой друг не е виждал, улици, оградени с голямо разнообразие от автомобили, възможността мигновено да приготвяте и ядете каквато храна пожелаете, когато сте гладни, и да получавате артикули, доставени веднага след поръчка на чертежи от търговски център. Вярвате ли, че подобни неща са възможни само с натискане на бутон за печат? Предвижда се, че това ще стане реалност в не толкова далечно бъдеще. 3D печатът привлича вниманието като ключова авангардна технология на бъдещето – дотолкова, че президентът Обама спомена в обръщението си за състоянието на Съюза, че ще промени начина, по който се произвежда почти всичко. Държави по света инвестират сериозно в неговото развитие и общественият интерес нараства бързо.
Вече се появиха уебсайтове, които приемат индивидуални поръчки и обработват 3D печат от името на клиентите. Въпреки че все още са скъпи, персоналните 3D принтери стават все по-достъпни, а нови видове инструменти за печат, като например 3D химикалки, се предлагат за предварителна поръчка, което показва, че свързаната екосистема се разширява. Причината 3D принтерите да привличат вниманието е, че за разлика от други машини, които многократно произвеждат едни и същи артикули, 3D принтерите могат да произвеждат артикули с напълно различен дизайн всеки път.
Субтрактивно и адитивно: Основна класификация и характеристики на адитивния печат
Методите за 3D печат са общо взето разделени на субтрактивни и адитивни. Субтрактивният печат включва издълбаване на обект от голям блок материал, което води до гладка повърхност; той обаче има ограничения, като например ограничаването до един цвят и трудностите при създаването на кухи структури. За разлика от него, адитивният печат разделя 3D дизайна на тънки напречни сечения и изгражда обекта чрез наслагване на материала слой по слой, подобно на мастилено-струен принтер.
Въпреки че адитивното производство е подходящо за създаване на сложни форми и предлага предимството на едновременното производство и оцветяване, то има ограничения при производството на прецизни сглобяеми части поради минималните несъответствия, които възникват при наслагването на слоевете. Дебелината на слоя обикновено е около 0.01–0.08 мм; в резултат на това слоевете са видими под микроскоп и повърхността не е гладка, което изисква полиране или последваща обработка.
Основни методи за адитивно производство: FDM, SLS, SLA
FDM метод
FDM (Моделиране чрез стопяване и отлагане) е най-широко използваният метод, при който пластмасовият филамент се разтопява при високи температури в екструдираща дюза и се наслагва на пластове, за да се изгради обектът. Използват се предимно термопластични смоли като ABS или PLA, а филаментът се подава към дюзата чрез задвижващо колело. Материалът, в полуразтопено състояние, се екструдира от дюзата върху конструктивната плоча, а стъпков двигател движи екструдера и конструктивната плоча според дизайна, като наслоява слой по слой. В този процес ефективността и качеството на печат зависят от производителността и броя на екструдиращите дюзи.
Метод SLS
SLS (Селективно лазерно синтероване) е метод, при който се образуват слоеве чрез лазер за нагряване на прахообразен материал и сливане на частиците. Прахът се подава върху платформата чрез валяк за нанасяне на покритие и докато лазерът нагрява праха по напречно сечение чрез сканиращо огледало, нагрятите частици се сливат, за да образуват слой. Ключово предимство е, че несинтерованият прах действа като поддържаща структура, елиминирайки необходимостта от отделни поддържащи структури. Въпреки че поддържа широка гама от материали и позволява сравнително бърз печат с лазер, неговото приложение е ограничено поради по-високите разходи за оборудване в сравнение с FDM.
Метод на SLA
SLA (стереолитографски апарат) е подобен на SLS, но използва фотополимерна течност (смола, която се втвърдява при излагане на светлина) вместо прах. Лазер се насочва към повърхността на течността, за да се втвърди само тази специфична област, създавайки слой; образуваният слой след това се потапя в течността и следващият слой се създава върху него. Необходими са поддържащи структури, за да се предотврати изплуване на съществуващия слой на повърхността. Въпреки че SLA също е базиран на лазер и е способен на бърз печат, той страда от недостатъка на скъпото оборудване и материали.
Потенциални приложения и настоящи предизвикателства
3D печатът е от голямо значение в ерата на персонализирането на потребителите, тъй като позволява създаването на персонализирани продукти, съобразени с индивидуалните предпочитания и нужди, без допълнителни разходи. Той може да опрости структурата на продукти, които изискват обширен монтаж, като ги отпечата в една стъпка. В областта на медицината се очаква да даде възможност за персонализирани медицински решения, като например изкуствени импланти, персонализирани медицински устройства и дори тъканен печат с помощта на клетки, съдържащи биомастило.
В действителност обаче все още има много предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени. По отношение на скоростта на производство, издръжливостта и микропрецизността, то не достига до конвенционалните методи на производство, а гамата от използваеми материали е ограничена. Освен това, спешно трябва да се установят институционални и свързани с услугите основи – като например защита на интелектуалната собственост за 3D печат и разработването на онлайн платформи, където широката общественост може лесно да има достъп и да закупува дизайни. Въпреки че тази област все още се развива, тя има голям потенциал да трансформира парадигмата на производството на продукти, което прави укрепването на капацитета от решаващо значение в дългосрочен план.
В обобщение, макар 3D печатът да открива нови възможности чрез персонализирано производство и свобода на дизайна, практическото и широко приложение ще бъде възможно само след като бъдат решени както техническите, така и институционалните предизвикателства.
