Printerë vetë-përsëritës që krijojnë objekte nga vizatimet kompjuterike? Jo fantashkencë, por një realitet i vendosur për të revolucionarizuar prodhimin
Megjithëse mund të mos e mendoni, 1986 ishte një vit kyç. Çrregullimi i Bursës së Londrës ndryshoi mënyrën se si ne mendonim për paranë; Çernobili ndryshoi mënyrën se si ne mendonim për energjinë bërthamore; Top Gun ndryshoi mënyrën se si ne mendonim për kolonat zanore të filmave dhe, për ata që i kushtojnë vëmendje të kujdesshme, një zotëri amerikan me emrin Chuck Hull ndryshoi mënyrën se si ne mendonim për prodhimin.
Atë vit më 11 mars (ndoshta afërsisht një milion ditë që nga themelimi tradicional i Romës), Hull u lëshua me patentën amerikane numër 4, 575, 330: 'Aparat për prodhimin e objekteve tredimensionale nga stereolithografia'. Dhe kështu lindi printeri 3D.
"Chuck Hull ishte djali që filloi gjithçka," thotë Phil Kilburn, menaxher i shitjeve në kompaninë e printimit 3D 3T RPD. “Ai ishte duke punuar për Xerox në atë kohë dhe lindi me idenë për të vendosur bojëra mbi njëra-tjetrën për të krijuar një model solid tredimensional. Ai e mori këtë proces dhe filloi kompaninë e parë të printimit 3D, 3D Systems.'
Në fillim
Printeri origjinal 3D i Hull përdori një dritë ultravjollcë për të vizatuar një formë dy-dimensionale mbi sipërfaqen e një vazo me fotopolimer të lëngshëm, një substancë që bëhet e ngurtë kur ekspozohet ndaj rrezeve ultravjollcë. Ky proces ndodh vazhdimisht, duke ndërtuar shtresa 2D për të krijuar një objekt 3D. Ndërsa proceset dhe materialet e përdorura në printerët 3D kanë bërë një rrugë të gjatë që atëherë, bazat mbeten të njëjta.
"Makineritë që përdorim tani përdorin lazer", thotë menaxheri i IT i 3T RPD, Martyn Harris. “Procesi është jashtëzakonisht i zgjuar, por në formën e tij bazë është shumë i thjeshtë: merrni pak pluhur dhe shkrini atë. Pra, në makinat tona keni një shtrat me material pluhur, për shembull najloni, i cili nxehet në dhomën e printerit deri në pikën e tij të shkrirjes. Më pas, lazerët gjurmojnë seksionet kryq dy-dimensionale të komponentit që dëshironi të prodhoni mbi pluhur, duke shkrirë një shtresë 2D çdo herë. Pasi gjurmohet një shtresë, shtrati i printerit bie, le të themi, 120 mikron [0,12 mm], më pas një krah i rilyerjes shpërndan një shtresë tjetër materiali pluhur mbi krye dhe procesi fillon përsëri, me gjurmimin e lazerit nga shtresa tjetër.'
Ky proces bazohet në metodën e 'sinterimit', ku në temperatura të larta atomet në grimcat e një pluhuri shpërndahen në njëra-tjetrën dhe bëhen një copë e fortë. Por nuk mjafton vetëm të drejtosh një lazer në një pjesë plastike dhe të presësh që të dalë një objekt i dobishëm.
"Ajo që bëni së pari është të bëni një model 3D CAD [dizajn me ndihmën e kompjuterit] të asaj që dëshironi të bëni," thotë Harris. Më pas, duke përdorur softuerin e personalizuar, i paketoni modelet në një hapësirë virtuale 3D që pasqyron madhësinë e shtratit të printerit. Nga atje ju ruani të gjithë skedarët tuaj në STL - stereolithografi, ose skedarë trekëndësh - dhe kur t'i keni gati skedarët, në thelb i ndani të gjithë në çfarëdo trashësie që po ndërtoni. Të gjithë ata skedarë të prerë dërgohen te kompjuteri që kontrollon printerin dhe më pas është thjesht një rast për të shtypur go, dhe printeri do ta printojë atë. Për ironi, shumë nga pjesët e këtyre printerëve janë printuar në printera të tjerë këtu, kështu që ata janë bërë vetë-përsëritës.'
Harris ka qenë i përfshirë me 3T RPD për 13 vitet e fundit dhe, së fundmi, ka themeluar Race Ware, një kompani e komponentëve të biçikletave që prodhon produktet e saj - nga montimet plastike Garmin deri tek kapësit e zinxhirit të titanit - duke përdorur printera të 3T RPD.
"U futa në këtë sepse drejtoj një SRM dhe kam një palë bare Easton TT," thotë Harris. “Kur shkova të kërkoja një montim shiriti, gjithçka që gjeta ishte një komplet i tmerrshëm përshtatës, kështu që mendova të bëja timonin. Mendova se nëse po bëja një për mua, do të shihja nëse dikush tjetër donte një të tillë, kështu që shkova në një forum TT dhe pyeta përreth. Ky djalosh i quajtur Jason Swann tha se donte një Garmin, dhe ai ishte një dizajner CAD, kështu që më dha dizajnin. Na u deshën vetëm tre ose katër muaj për të arritur nga përsëritja e parë në versionin që po shesim tani.'
Siç tregon Harris, një nga përparimet kryesore që vjen me prodhimin 3D është shpejtësia dhe lehtësia me të cilën produktet mund të prodhohen dhe përmirësohen. Procesi i përgjithshëm nga vizatimi i tabelës deri te artikulli i përfunduar është jashtëzakonisht i shpejtë në krahasim me metodat më tradicionale – megjithëse koha e ndërtimit mund të zgjasë nga disa orë në rreth një javë, në varësi të kompleksitetit dhe numrit të produkteve që printohen.
"Ndryshe nga proceset e tjera të prodhimit, siç është formimi me injeksion, me printimin 3D nuk ka asnjë mjet", thotë Harris. Gjithçka që duhet të bëj është të krijoj modelin CAD, të bëj disa teste, të bëj disa ndryshime dhe më pas kur të jem i kënaqur me të, të filloj të printoj. Njerëzit e kanë të vështirë t'i përmbahen kokës. Ata pyesin se cila është koha e kryerjes dhe unë mund të përgjigjem, "Dy ose tre javë", ndërsa ata janë mësuar që dikush të thotë: "Do të jetë gati në tremujorin e katërt të vitit të ardhshëm."
Prototipizim i shpejtë
Sigurisht që 3T RPD dhe Race Ware nuk janë vetëm; ka prodhues dhe industri të tjera që aktualisht korrin përfitimet e printimit 3D dhe kërkojnë të shtyjnë kufijtë gjithnjë e më tej. Audi përdori robotë printues 3D për të krijuar makinën koncept RSQ që u shfaq në filmin I, Robot; Ekipet e Formula 1 si Sauber përdorin kanale frenash të printuara 3D në makinat e tyre dhe, së fundmi, firma holandeze e arkitektëve Dus Architects njoftoi planet për të printuar 3D një shtëpi të tërë. Pra, nëse e gjithë kjo është e realizueshme (shtëpia supozohet se do të ndërtohet në pjesë në një printer gjashtë metra të lartë të quajtur "KarmerMaker"), cilat mund të jenë implikimet për vetë biçikletat? Një njeri që mendon se e di është kreu i kërkimit dhe zhvillimit në Ridley bikes, Dirk Van den Berk.
"Ne kemi printuar komponentë të vegjël prototip për dy ose tre vitet e fundit, si frena për pirunin Noah Fast," thotë Van den Berk. “Por për herë të parë këtë vit [2013] ne kemi printuar një kornizë të tërë si pjesë e zhvillimit të versionit tonë të ri të biçikletës Dean TT. Nuk është mjaftueshëm i fortë për t'u hipur ose për të testuar stresin, por është i shkëlqyeshëm për testimin e ajrit në tunelin e erës dhe testimin e montimit, ku mund ta ndërtojmë me komponentë realë për të parë se gjithçka përshtatet.'
Ashtu si me Race Ware, ky lloj i veçantë i printimit 3D – i njohur si prototipizimi i shpejtë – lejon Ridley të bëjë ndryshime shpejt dhe me çmim të ulët. “Dekani filloi me forma tubash për të provuar në tunel. Pastaj ndërtuam korniza të plota. Ne i testojmë këto, i vlerësojmë, pastaj kthehemi dhe bëjmë ndryshime të vogla. Kjo është gjëja e mrekullueshme – ndryshimet e vogla mund të bëhen shumë shpejt. Thjesht duhet të shtypni një buton dhe të prisni që printeri të ndalojë printimin.
‘Më parë do të përdornit kompjuterë dhe softuer për të krijuar një kornizë, deri në pikën ku jepni dritën jeshile dhe krijuesit e kornizave fillojnë të presin kallëpët. Ndërsa printimi 3D nuk është teknologji e lirë, sigurisht që është më e lirë sesa hapja e një kallëpe, të shohësh diçka që nuk shkon me kornizën dhe duhet të fillosh nga e para, shton Van de Berk.
Pra, nëse kompani të tilla si 3T RPD mund të printojnë në metal dhe prodhues të tillë si Ridley tashmë po printojnë korniza të tëra prototipe të biçikletave, pse nuk mund t'i bashkojmë të dyja bashkë dhe të fillojmë të printojmë biçikleta të lëvizshme?
"Për një kornizë të plotë është mjaft e vështirë për shkak të mënyrës se si një kornizë ngarkohet gjatë kalërimit," shpjegon Van den Berk. “Është një strukturë komplekse që duhet të jetë në gjendje të përballet me të gjitha llojet e streseve dhe sforcimeve. Me karbon, mënyra se si krijoni shtresat është ajo që e bën një kornizë të fortë ose të ngurtë në një drejtim të caktuar. Me printim është shumë më e vështirë të kontrollosh vetitë e
materiali dhe kjo është ajo që e bën të vështirë prodhimin e kornizës. Megjithatë, gjërat sigurisht që shkojnë në atë drejtim.'
Ekonomitë e shkallës
Kthehu mbi Channel në Bristol, ka një kompani për të cilën realiteti i kornizave të printuara 3D po afrohet gjithnjë e më shumë - të paktën pjesërisht.
Charge Bikes ka punuar me EADS (European Aeronautic Defense and Space Company) për të krijuar braktisjet e para të printuara në prodhim. Bërë nga titan Ti6Al4V, mbetjet printohen në objektin e EADS përpara se të dërgohen në Tajvan për t'u salduar në biçikletat kryq ngrirës të Charge. Megjithatë, ndërsa testimi EN dhe tetë muajt rraskapitës nën drejtuesin e Charge, Chris Metcalfe, kanë treguar që braktisjet janë po aq të suksesshme sa kushërinjtë e tyre CNC'd, ata dhe procesi ku ata bëjnë pjesë nuk janë pa kufizime.
Charge's Neil Cousins thotë: Aktualisht braktisjet e printuara shtojnë 20% në koston e një kornize standarde të ngrirësit, pjesërisht sepse çdo ndërtim mund të prodhojë vetëm maksimumi 50 braktisje për shkak të madhësisë së printerit. Ne jemi gjithashtu të kufizuar me numrin e printerëve atje - aktualisht vetëm tre kompani të tjera në Mbretërinë e Bashkuar i kanë ato - dhe ekspertizën dhe aftësitë e nevojshme për t'i përdorur ato.'
Cousins thekson se nuk ka asnjë arsye pse në të ardhmen kostoja e prodhimit të pjesëve të tilla nuk mund të ulet me rritjen e madhësive dhe numrave të makinerive, por për momentin ai është realist se ku po shkon teknologjia: 'Ne jemi duke ardhur gjithmonë me plane për pjesë dhe sapo kam punësuar një dizajner të ri industrial këtu. Një gjë që duhet mbajtur mend është se shumë pjesë do të jenë aq të shtrenjta sa duhet të jemi të kujdesshëm që të mos bëjmë diçka që do të qëndrojë në raftet e shpërndarësve tanë për vite me rradhë. Thënë kështu, shumë lojtarë të mëdhenj në industrinë e biçikletave kanë qenë në kontakt me ne dhe EADS për të marrë më shumë informacion mbi teknologjinë, dhe në një afat më të shkurtër mund të shoh lehtësisht printimin 3D që përdoret për të bërë komponentë të tillë si shpërndarës, mekanizma. dhe kaseta.'
Martyn Harris i Race Ware mund të jetë një hap përpara, pasi ka bashkëpunuar me mësuesin aerodinamik Simon Smart për të bërë një kërcell titani. Edhe pse larg të qenit një artikull i përfunduar dhe i shitshëm (Harris vlerëson se versioni aktual i ka kushtuar 5,000 £, kështu që zhvendosja e njërit mund të jetë pak e vështirë), ai shërben vetëm për të vërtetuar se në çfarë niveli është aktualisht printimi 3D, dhe gjithashtu në çfarë do të duhet për të arritur atje ku kompani të tilla si Race Ware dhe Charge do të dëshironin të shkonin.
"Çelësi për të ardhmen e printimit 3D është të kuptuarit e procesit," thotë Phil Kilburn i 3T RPD. “Është dashur shumë punë misionare nga ana jonë për t'i bërë njerëzit të besojnë në teknologji, për t'i edukuar njerëzit se çfarë mund dhe çfarë nuk mund të bëjë ajo. Vetëm pasi të keni kuptuar procesin, atëherë mund të përfitoni prej tij. Nuk ka arritur ende atje, por kur të arrijë, printimi 3D do të shpërthejë.'.
Shtypja e imët: Si funksionon në të vërtetë printimi 3D
- Përveç ndërtimit në plastikë, 3T RPD ka një seri makinerish që printojnë pjesë metalike, të tilla si këto kapëse zinxhirësh titani të porositura nga Race Ware.
- Dhoma e printerit nxehet në 70°C, përpara se një lazer i vetëm me fibra, që funksionon në 1,000°C+, të gjurmojë shtresat dydimensionale në një shtrat me pluhur titani.
- Drita e bardhë e shndritshme që mund të shihni nuk është pika e lazerit, por një dritë intensive që emetohet ndërsa titani pluhur bëhet i shkrirë.
- Mbërthyesit e zinxhirit janë ndërtuar në shtresa 20 mikronësh – pasi çdo shtresë të jetë gjurmuar, shtrati i printerit bie me 0,02 mm përpara se të shpërndahet një shtresë e re pluhuri.
- Shtretërit e printerëve metalikë priren të jenë shumë më të vegjël se shtretërit e printerëve plastikë. Por makineritë e fundit të 3T RPD janë ndërtuar tashmë 50% më të larta se paraardhësit e tyre.
- Çështja e madhe me rritjen e printerëve vjen me lazerët me fokusim. Printerët më të vegjël metalikë përdorin një lazer të vetëm, ndërsa printerët plastikë me sipërfaqe më të madhe duhet të përdorin dy.
- Printimi i tre kapëse zinxhirësh në titan zgjat rreth katër orë. Deri në 50 mund të shtrydhen në shtratin e printerit, por koha e ndërtimit do të rritet në rreth 12 orë.
- Kur të përfundojë ndërtimi, pjesët mund të hiqen pothuajse si nxjerrja e një guri nga një grumbull rëre. Pjesa më e madhe e pluhurit të mbetur riciklohet dhe vendoset përsëri në ndërtimin e ardhshëm.
