Ultimate guide til 3D-skrivere

Additiv produksjon finner stadig mer varierte bruksområder, fra fritidssektoren til industri og teknologi. 3D-printere har kommet for å revolusjonere hvordan nye strukturer skrives ut og bygges, alt fra små gjenstander til levende vev, til og med hus eller aerodynamiske deler for motorsport.

Inntil for noen få år siden var 3D-printing bare science fiction. Mange drømte om å kunne skrive ut objekter i stedet for bare bilder eller tekst på enkelt 2D-papir. Nå er teknologien så moden at det finnes utallige teknologier, merker, modeller og så videre. I denne guiden kan du lære mye mer om disse unike skriverne.

Hva er en voxel?

Hvis du ikke er kjent med vokseler ennå , er det viktig å forstå hva de er, ettersom de spiller en betydelig rolle i 3D-printing. Voksler er en forkortelse for «volumetriske piksler», og de er kubiske enheter som utgjør et tredimensjonalt objekt.

Med andre ord ville det være 2D-ekvivalenten til en piksel . Og som du kan se på bildet ovenfor, hvis den 3D-modellen er delt inn i kuber, ville hver av dem være en voksel. Det er viktig å spesifisere hva det er, siden noen avanserte 3D-skrivere lar deg kontrollere hver voksel under utskrift for å oppnå bedre resultater.

Hva er en 3D-printer

En 3D-printer er en maskin som kan skrive ut tredimensjonale objekter fra et datadesign. Det vil si, som en vanlig skriver, men i stedet for å skrive ut på en flat, todimensjonal overflate, skriver den ut i tre dimensjoner (bredde, lengde og høyde ). Designene som brukes for å oppnå disse resultatene kan komme fra en 3D- eller CAD-modell, eller til og med fra et ekte fysisk objekt som har blitt skannet tredimensjonalt.

Og du kan skrive ut alle slags ting , fra enkle gjenstander som en kaffekopp til mye mer komplekse gjenstander som levende vev, hus og så videre. Med andre ord, drømmen til mange som ønsket at de trykte tegningene deres skulle bli levende fra papir er nå en realitet, og de er billige nok til å brukes utenfor industrien, selv hjemme.

Historien om 3D-utskrift

Historien om 3D-printing virker veldig ny, men i virkeligheten går den flere tiår tilbake. Det hele startet med blekkskriveren i 1976 , hvorfra det har blitt gjort fremskritt til det punktet hvor man har erstattet trykkfarge med materialer for å lage tredimensjonale objekter, og tatt viktige skritt og markert milepæler i utviklingen av denne teknologien frem til maskinene vi ser i dag.

• I 1981 ble den første 3D-utskriftsenheten patentert. han gjorde det Dr Hideo Kodama, fra Nagoya Municipal Industrial Research Institute (Japan). Ideen var å bruke 2 forskjellige metoder han oppfant for additiv produksjon ved bruk av fotosensitiv harpiks, som ligner på hvordan chips lages. Imidlertid ville prosjektet hans bli forlatt på grunn av manglende interesse og finansiering.
• I samme tiår, franske ingeniører Alain Le Méhauté, Olivier de Wittte og Jean-Claude André, begynte å undersøke teknologien for produksjon ved størkning av lysfølsomme harpikser med UV-herding. CNRS ville ikke godkjenne prosjektet på grunn av mangel på bruksområder. Og selv om de søkte om patent i 1984, ville det til slutt bli forlatt.
• charles skrogI 1984 var han med på å grunnlegge selskapet 3D Systems, og fant opp stereolitografi (SLA). Det er en prosess der et 3D-objekt kan skrives ut fra en digital modell.
• La første SLA-type 3D-maskin Det begynte å bli markedsført i 1992, men prisene var ganske høye og det var fortsatt veldig grunnleggende utstyr.
• I 1999 ble nok en stor milepæl markert, denne gangen referert til bioprinting, å være i stand til å generere et menneskelig organ i et laboratorium, nærmere bestemt en urinblære ved å bruke et syntetisk belegg med selve stamcellene. Denne milepælen har sin opprinnelse i Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, som åpner dørene for produksjon av organer for transplantasjoner.
• El 3D-printet nyre ville komme i 2002. Det var en fullt funksjonell modell med evnen til å filtrere blod og produsere urin hos et dyr. Denne utviklingen ble også skapt i samme institutt.
• Adrian Bowyer grunnlegger RepRap ved University of Bath i 2005. Det er et åpen kildekode-initiativ for å bygge billige 3D-printere som er selvreplikerende, det vil si at de kan skrive ut sine egne deler og bruke forbruksmateriell som f.eks. 3D filamenter.
• Et år senere, i 2006, SLS-teknologi kommer og muligheten for masseproduksjon takket være laseren. Med den åpnes dørene til industriell bruk.
• 2008 ville være året for den første skriveren med selvrepliserende evne. Det var Darwin fra RepRap. Samme år begynte også samskapingstjenester, nettsteder der lokalsamfunn kunne dele 3D-designene sine slik at andre kunne skrive dem ut på sine egne 3D-printere.
• Det er også gjort betydelige fremskritt innen 3D-proteser tillater. 2008 blir året da den første personen vil kunne gå takket være en trykt benprotese.
• 2009 er året for Makerbot og sett av 3D-printere, slik at mange brukere kunne kjøpe dem billig og bygge sin egen printer selv. Det vil si orientert mot beslutningstakere og DIY. Samme år tar Dr. Gabor Forgacs nok et stort skritt i bioprinting, ved å være i stand til å lage blodårer.
• El første trykte fly i 3D skulle komme i 2011, laget av ingeniører fra University of Southampton. Det var et ubemannet design, men det kunne produseres på bare 7 dager og med et budsjett på €7000 12.000. Dette åpnet forbudet for produksjon av mange andre produkter. Faktisk, samme år ville den første trykte bilprototypen komme, Kor Ecologic Urbee, med priser mellom €60.000 og €XNUMX.
• Samtidig begynte trykkeriet å bruke edle materialer som f.eks sterling sølv og 14 karat gull, og åpner dermed et nytt marked for gullsmeder, og kan lage billigere stykker ved å bruke det nøyaktige materialet.
• I 2012 skulle den komme det første kjeveproteseimplantatet 3D-printet takket være en gruppe belgiske og nederlandske forskere.
• Og for tiden slutter ikke markedet å finne nye applikasjoner, forbedre ytelsen deres, og å fortsette å utvide med bedrifter og hjem.

Hvis du lurer på hvor mye en 3D-printer koster , kan prisene variere fra litt over 100 eller 200 euro for de billigste og minste, til 1000 euro eller mer for de mest avanserte og største, og til og med noen som koster tusenvis av euro for industrisektoren.

Hva er additiv produksjon eller AM

3D-printing er rett og slett additiv produksjon , en produksjonsprosess som lager 3D-modeller ved å legge materiale lagvis. Dette er det motsatte av subtraktiv produksjon, som starter med et emne (ark, barre, blokk, stang osv.) hvorfra materiale fjernes for å oppnå det endelige produktet. For eksempel er et stykke skåret på en dreiebenk, med utgangspunkt i en treblokk, et eksempel på subtraktiv produksjon.

Takket være denne revolusjonerende metoden er det mulig å produsere gjenstander billig hjemme, lage modeller for ingeniører og arkitekter, skaffe prototyper for testing og mer. Videre har additiv produksjon gjort det mulig å lage deler som tidligere var umulige ved hjelp av andre metoder som former, ekstrudering osv.

Hva er bioprinting

Bioprinting er en spesiell type additiv produksjon, også laget med 3D-printere, men hvis resultater er svært forskjellige fra inerte materialer. Det kan produsere levende vev og organer , fra menneskehud til et vitalt organ. Det kan også produsere biokompatible materialer, slik som de som brukes i proteser eller implantater.

Dette kan oppnås ved hjelp av to metoder :

• En struktur, en slags støtte eller stillas er bygget av kompositter biokompatible polymerer at de ikke blir avvist av kroppen, og at cellene vil akseptere dem. Disse strukturene blir introdusert i en bioreaktor slik at de kan befolkes av celler og når de først er satt inn i kroppen, vil de gradvis gjøre plass for cellene til vertsorganismen.
• Det er et inntrykk av organer eller vev lag for lag, men i stedet for å bruke materialer som plast eller andre, levende cellekulturer og en festemetode kalt biopapir (biologisk nedbrytbart materiale) for å forme.

Hvordan 3D-skrivere fungerer

Bruken av en 3D-printer er mye enklere enn det kan virke:

1. Du kan starte fra bunnen av med programvare til 3d-modellering eller CAD-design for å generere modellen du ønsker, eller last ned en fil som allerede er opprettet, og bruk til og med en 3D-skanner for å hente 3D-modellen fra et ekte fysisk objekt.
2. Nå har du 3D-modell lagret i en digital fil, altså fra digital informasjon med objektets dimensjoner og former.
3. Følgende er skjæring, en prosess der 3D-modellen "kuttes" i hundrevis eller tusenvis av lag eller skiver. Det vil si hvordan du deler opp modellen etter programvare.
4. Når brukeren klikker på utskriftsknappen, vil 3D-skriveren koblet til PC-en via USB-kabel eller nettverk, eller filen som sendes til et SD-kort eller en pennstasjon, tolket av skriverprosessoren.
5. Derfra vil skriveren gå kontrollere motorene å flytte hodet og dermed generere lag for lag til den endelige modellen er oppnådd. Ligner på en vanlig skriver, men volumet vil vokse lag for lag.
6. Måten disse lagene genereres på kan variere avhengig av teknologi som har 3D-printere. For eksempel kan de være ved ekstrudering eller ved harpiks.

3D-design og 3D-printing

Når du vet hva en 3D-printer er og hvordan den fungerer, er neste steg å lære om programvaren eller verktøyene som trengs for utskrift. Dette er viktig hvis du vil gå fra en skisse eller idé til et ekte 3D-objekt.

Du bør vite at det finnes flere grunnleggende typer programvare for 3D-skrivere:

• På den ene siden er det programmene til 3D-modellering eller 3D CAD-design som en bruker kan lage designene fra bunnen av, eller endre dem med.
• På den annen side er det såkalte slicer programvare, som konverterer 3D-modellen til spesifikke instruksjoner som skal skrives ut på 3D-skriveren.
• Det er også programvare for mesh-modifisering. Disse programmene, for eksempel MeshLab, brukes til å modifisere maskene til 3D-modeller når de forårsaker problemer når de skriver ut dem, siden andre programmer kanskje ikke tar hensyn til måten 3D-skrivere fungerer på.

Programvare for 3D-skriver

Her er noen av de beste 3D-utskriftsprogrammene , både betalte og gratis, for 3D-modellering og CAD-design , samt gratis eller åpen kildekode-programvare:

Sketchup

Google og Last Software skapte SketchUp , men det ble til slutt kjøpt opp av Trimble. Det er en proprietær programvare som er gratis (med diverse betalte abonnementer) og kan brukes på et Windows-skrivebord eller på nettet (hvilket som helst operativsystem med en kompatibel nettleser).

Dette programmet for grafisk design og 3D-modellering er et av de beste. Med det kan du lage alle slags strukturer, men det er spesielt godt egnet for arkitektonisk design, industridesign og mer.

Last ned

Ultimaker Cure

Ultimaker har laget Cura, en applikasjon spesielt utviklet for 3D-skrivere som lar brukere endre utskriftsparametere og transformere dem til G-kode. Den ble laget av David Raan mens han jobbet hos Ultimaker, og for enklere vedlikehold ga han ut koden under LGPLv3-lisensen. Den er nå åpen kildekode, noe som muliggjør større kompatibilitet med tredjeparts CAD-programvare.

For tiden er den så populær at den er en av de mest brukte verden over , med mer enn 1 million brukere fra forskjellige sektorer.

Last ned

prusaslicer

Selskapet Prusa har også laget sin egen programvare. Det er et åpen kildekode-verktøy som heter PrusaSlicer . Denne appen er svært funksjonsrik og har et ganske aktivt utviklingsprogram.

Med dette programmet kan du eksportere 3D-modeller til native filer som kan tilpasses originale Prusa-skrivere.

Last ned

idémaker

Dette andre programmet er gratis og kan installeres på Microsoft Windows, macOS og GNU/Linux . Ideamaker er spesielt utviklet for Raise3D-produkter og er et annet slicer-verktøy som lar deg administrere prototypene dine for utskrift effektivt.

Last ned

freecad

FreeCAD trenger liten introduksjon; det er et helt gratis og åpen kildekode-basert 3D CAD -designprosjekt . Med det kan du lage hvilken som helst modell, akkurat som du ville gjort i Autodesk AutoCAD, den betalte, proprietære versjonen.

Den er enkel å bruke, med et intuitivt grensesnitt og en mengde verktøy å jobbe med. Det er derfor den er en av de mest brukte. Den er basert på OpenCASCADE og skrevet i C++ og Python, under GNU GPL-lisensen.

Last ned

Blender

Et annet velkjent navn i verden av fri programvare. Denne utmerkede programvaren brukes til og med av mange fagfolk, gitt dens kraft og resultatene den tilbyr. Tilgjengelig på flere plattformer, som Windows og Linux, og lisensiert under GPL.

Men det viktigste med denne programvaren er at den ikke bare er for belysning, rendering, animasjon og å lage tredimensjonal grafikk for animerte videoer, videospill, malerier osv., men du kan også bruke den til 3D-modellering og lage hva enn du trenger for å skrive ut.

Last ned

Autodesk AutoCAD

Det er en plattform som ligner på FreeCAD, men den er proprietær og krever betaling. Lisensene er dyre, men det er et av de mest brukte programmene profesjonelt . Med denne programvaren kan du lage CAD-design i både 2D og 3D, legge til bevegelse, en rekke teksturer til materialer og mer.

Den er tilgjengelig for Microsoft Windows, og en av fordelene er kompatibilitet med DWF-filer , som er en av de mest utbredte og utviklet av Autodesk selv.

Last ned

Autodesk Fusion 360

Autodesk Fusion 360 har mange likheter med AutoCAD, men den er basert på en skyplattform, slik at du kan jobbe hvor som helst og alltid ha tilgang til den nyeste versjonen av programvaren. I dette tilfellet må du også betale for abonnementer, som ikke akkurat er billige.

Last ned

Tinkercad

TinkerCAD er et annet 3D-modelleringsprogram som kan brukes på nett , fra en nettleser, noe som utvider brukervennligheten betraktelig, slik at du kan bruke det hvor som helst. Siden 2011 har det fått flere brukere og har blitt en veldig populær plattform blant 3D-skriverbrukere, og til og med i utdanningsinstitusjoner, siden læringskurven er betydelig enklere enn Autodesks.

Last ned

mesh lab

Den er tilgjengelig for Linux, Windows og macOS, og er helt gratis og åpen kildekode. MeshLab er et programvaresystem for 3D-nettbehandling . Formålet med denne programvaren er å administrere disse strukturene for redigering, reparasjon, inspeksjon, rendering og mer.

Last ned

SolidWorks

Det europeiske selskapet Dassault Systèmes har, gjennom datterselskapet SolidWorks Corp., utviklet et av de beste og mest profesjonelle CAD-programvarene for 2D- og 3D-modellering. SolidWorks kan være et alternativ til Autodesk AutoCAD, men det er spesielt utviklet for modellering av mekaniske systemer . Det er verken gratis eller åpen kildekode, og det er tilgjengelig for Windows.

Last ned

Creo

Til slutt er Creo en annen førsteklasses CAD/CAM/CAE-programvare for 3D-skrivere. Utviklet av PTC, lar den deg designe et bredt utvalg av produkter av høy kvalitet raskt og effektivt, takket være det intuitive grensesnittet som er designet for forbedret brukervennlighet og produktivitet. Den kan utvikle deler for additiv og subtraktiv produksjon, samt for simulering, generativ design og mer. Det er en betalt programvare med lukket kildekode, for øyeblikket bare tilgjengelig for Windows.

Last ned

print 3D

Neste trinn etter design med programvaren nevnt ovenfor er selve utskriften. Det vil si når 3D-printeren begynner å generere lag fra modellfilen inntil modellen er ferdig og den endelige designen er oppnådd.

Denne prosessen kan ta mer eller mindre tid , avhengig av utskriftshastigheten, delens kompleksitet og størrelse. Det kan variere fra noen få minutter til flere timer. Under denne prosessen kan skriveren stå uten tilsyn, men det er alltid lurt å overvåke utskriftsjobben av og til for å forhindre at problemer påvirker det endelige resultatet.

etterprosessen

Når delen først er skrevet ut på 3D-skriveren, slutter selvsagt ikke arbeidet der i de fleste tilfeller. Etterpå er det vanligvis andre tilleggstrinn kjent som etterbehandling, for eksempel:

• Eliminer noen deler som må genereres og som ikke er en del av den endelige modellen, for eksempel en base eller støtte som er nødvendig for at delen skal stå.
• Slip eller poler overflaten for å oppnå en bedre sluttfinish.
• Overflatebehandling av gjenstanden, som lakkering, maling, bad o.l.
• Noen deler, som metallbiter, kan til og med trenge andre prosesser som baking.
• I tilfelle at et stykke har måttet deles i deler fordi det ikke var mulig å bygge helheten på grunn av dimensjonene, kan det være nødvendig å sammenføye delene (montering, lim, sveising...).

Ofte stilte spørsmål

Til slutt har vi FAQ-seksjonen, som dekker vanlige spørsmål og svar som ofte oppstår når man bruker en 3D-printer. De vanligste spørsmålene er:

Hvordan åpne STL

Et av de vanligste spørsmålene er hvordan man åpner eller viser en .stl-fil . Denne filtypen refererer til stereolitografifiler og kan åpnes og til og med redigeres av Dassault Systèmes' CATIA-programvare, blant andre CAD-programmer som AutoCAD, osv.

I tillegg til STL-filer finnes det også andre filformater som .obj, .dwg , .dxf osv. Alle disse er ganske populære og kan åpnes med en rekke forskjellige programmer og til og med konverteres mellom formater.

3D maler

Du bør vite at du ikke alltid trenger å lage 3D-modellen selv. Du kan finne ferdige modeller av alle slags ting, fra videospill- og filmfigurer til praktiske husholdningsartikler, leker, proteser, masker, Raspberry Pi- deksler og mye mer. Det finnes stadig flere nettsteder med biblioteker av disse malene som er klare til nedlasting og utskrift på 3D-skriveren din. Noen anbefalte nettsteder er:

• Thingiverse
• 3D-lager
• PrusaPrinters
• du forestiller deg
• GrabCad
• MyMiniFactory
• nålform
• TurboSquid
• 3DEksport
• Gratis 3D
• ristet
• XYZ 3D-utskriftsgalleri
• cults3d
• reparerbar
• 3DaGoGo 
• Gratis 3D
• Smia
• NASA
• Dremel Leksjonsplaner
• Polar sky
• stlfinder
• Sketchfab
• hum3d

Fra ekte modell (3D-skanning)

En annen mulighet, hvis du vil lage en perfekt klon eller kopi av et annet 3D-objekt , er å bruke en 3D-skanner . Disse enhetene lar deg spore formen på et objekt, konvertere modellen til en digital fil og muliggjøre utskrift.

Applikasjoner og bruk av 3D-printeren

Avslutningsvis kan 3D-printere brukes til en rekke bruksområder . De mest populære bruksområdene er:

tekniske prototyper

En av de mest populære profesjonelle bruksområdene for 3D-printere er for rask prototyping . Dette kan være for å produsere deler til en racerbil, som en Formel 1-bil, eller for å lage prototyper av motorer eller komplekse mekanismer.

Dette gjør at ingeniøren kan skaffe en del mye raskere enn om den måtte sendes til en fabrikk for produksjon, samt skaffe testprototyper for å se om en endelig modell ville fungere som forventet.

arkitektur og konstruksjon

foto: © www.StefanoBorghi.com

Selvfølgelig, og nært knyttet til det ovennevnte, kan de også brukes til å bygge strukturer og utføre mekaniske tester for arkitekter, eller til å bygge visse deler som ikke kan produseres på annen måte, lage prototyper av bygninger eller andre gjenstander som prøver eller modeller, osv.

Videre har fremveksten av betongprintere og printere for andre materialer også åpnet døren for trykkerier som kan trykkes raskt, mye mer effektivt og på en mer miljøvennlig måte. Det har til og med vært forslag om å ta denne typen printere til andre planeter for fremtidige kolonier.

Design og tilpasning av smykker og annet tilbehør

En av de raskest voksende trendene er 3D-printede smykker . Det er en måte å få tak i unike smykker raskere, med personlige funksjoner. Noen 3D-printere kan skrive ut anheng og tilbehør i materialer som nylon eller plast i forskjellige farger, men det finnes også andre som brukes i profesjonell smykkeproduksjon som kan bruke edle metaller som gull eller sølv.

Dette kan også omfatte noen produkter som også trykkes i det siste, for eksempel klær, sko, motetilbehør osv.

Fritid: ting laget med 3D-printer

Vi må ikke glemme fritidsaktiviteter , som er der et stort antall 3D-printere til hjemmet brukes. Disse bruksområdene kan være svært varierte, fra å lage spesialtilpassede stativer til å utvikle dekorasjoner eller reservedeler, til å male figurer av dine favoritt fiktive karakterer, etuier til gjør-det-selv-prosjekter, personlige krus og så videre. Med andre ord, til ikke-kommersielle formål.

Produksjonsindustri

Mange produksjonsindustrier bruker allerede 3D-printere til å produsere produktene sine. Dette skyldes ikke bare fordelene med denne typen additiv produksjon, men også fordi det noen ganger, gitt kompleksiteten til et design, ikke er mulig å lage det ved hjelp av tradisjonelle metoder som ekstrudering, former osv. Videre har disse printerne utviklet seg og blitt i stand til å bruke et bredt utvalg av materialer, til og med skrive ut metalldeler.

Det er også vanlig å produsere deler til kjøretøy , og til og med fly, ettersom de muliggjør produksjon av svært lette og mer effektive komponenter. Store selskaper som Airbus, Boeing, Ferrari, McLaren, Mercedes osv. bruker dem allerede.

3D-printere innen medisin: odontologi, proteser, bioprinting

En annen viktig sektor for bruk av 3D-printere er helsevesenet . De kan brukes til en rekke formål:

• Produser tannproteser mer presist, samt braketter osv.
• Bioprinting av vev som hud eller organer for fremtidige transplantasjoner.
• Andre typer proteser for ben-, motor- eller muskelproblemer.
• Ortopedi.
• og så videre

Trykt mat / mat

3D-printere kan brukes til å lage dekorasjoner på tallerkener, til å trykke søtsaker som sjokolade i en bestemt form, og til og med for mange andre forskjellige matvarer. Derfor ønsker også næringsmiddelindustrien å dra nytte av disse maskinene.

Videre pågår det tiltak for å forbedre matens ernæringsmessige egenskaper , som for eksempel å trykke kjøttbiffer laget av resirkulerte proteiner eller der visse skadelige stoffer som finnes i naturlig kjøtt er fjernet. Det finnes også prosjekter for å lage veganske og vegetariske produkter som etterligner ekte kjøtt, men er laget av plantebasert protein.

Utdanning

Og selvfølgelig er 3D-printere et verktøy som snart vil være allestedsnærværende i skolene, ettersom de er en fantastisk følgesvenn i klasserommet. Med dem kan lærere lage modeller som elevene kan lære på en praktisk og intuitiv måte, eller elevene kan selv utvikle sin oppfinnsomhet og skape alle slags ting.

mer informasjon

• Beste Resin 3D-skrivere
• 3D-skanner
• 3D-printer reservedeler
• Filamenter og harpiks for 3D-printere
• Beste industrielle 3D-skrivere
• Beste 3D-skrivere for hjemmet
• Beste billige 3D-skrivere
• Hvordan velge den beste 3D-skriveren
• Alt om STL- og 3D-utskriftsformater
• Typer 3D-skrivere