Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι ευέλικτη, αλλά οι άνθρωποι αναρωτιούνται αν οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές εκτυπώνουν μόνο πλαστικό. Αυτό το άρθρο θα εξετάσει τι είδους υλικά μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές.

Οι καταναλωτικοί τρισδιάστατοι εκτυπωτές χρησιμοποιούν κυρίως πλαστικά όπως PLA, ABS ή PETG, τα οποία είναι γνωστά ως θερμοπλαστικά, καθώς μαλακώνουν και σκληραίνουν ανάλογα με τη θερμοκρασία. Υπάρχουν πολλά άλλα υλικά που μπορείτε να εκτυπώσετε τρισδιάστατα με διαφορετικές τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης, όπως SLS ή DMLS για μέταλλα. Μπορείτε ακόμη και να εκτυπώσετε τρισδιάστατα σκυρόδεμα και κερί.

Υπάρχουν μερικές ακόμη χρήσιμες πληροφορίες που έχω βάλει σε αυτό το άρθρο σχετικά με τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση, οπότε συνεχίστε να διαβάζετε για περισσότερα.

Τι χρησιμοποιούν οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές για μελάνι;

Αν έχετε αναρωτηθεί ποτέ για το τι χρησιμοποιούν οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές για μελάνι, εδώ είναι η απλή απάντηση σε αυτό.Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές χρησιμοποιούν τρεις βασικούς τύπους υλικών για μελάνι, οι οποίοι είναι οι εξής,

• Θερμοπλαστικά (νήματα)
• Ρητίνη
• Σκόνες

Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους τρισδιάστατων εκτυπωτών για την εκτύπωση και θα ρίξουμε μια ματιά σε καθένα από αυτά τα υλικά καθώς προχωράμε.

Θερμοπλαστικά (νήματα)

Τα θερμοπλαστικά είναι ένας τύπος πολυμερούς που γίνεται εύπλαστο ή μορφοποιήσιμο όταν θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και σκληραίνει όταν ψύχεται.

Όταν πρόκειται για τρισδιάστατη εκτύπωση, τα νήματα ή θερμοπλαστικά είναι αυτά που χρησιμοποιούν οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές για "μελάνι" ή υλικό για τη δημιουργία τρισδιάστατων αντικειμένων. Χρησιμοποιείται με μια τεχνολογία που ονομάζεται Fused Deposition Modeling ή FDM 3D printing.

Είναι ίσως ο απλούστερος τύπος τρισδιάστατης εκτύπωσης εκεί έξω, καθώς δεν απαιτεί μια πολύπλοκη διαδικασία, αλλά απλώς μια θέρμανση του νήματος.

Το πιο δημοφιλές νήμα που χρησιμοποιούν οι περισσότεροι άνθρωποι είναι το PLA ή πολυγαλακτικό οξύ. Τα επόμενα πιο δημοφιλή νήματα είναι τα ABS, PETG, TPU & Nylon.

Μπορείτε να βρείτε όλα τα είδη νημάτων, καθώς και διάφορα υβρίδια και χρώματα, οπότε υπάρχει πραγματικά ένα ευρύ φάσμα θερμοπλαστικών με τα οποία μπορείτε να εκτυπώσετε τρισδιάστατα.

Ένα παράδειγμα θα ήταν αυτό το SainSmart Black ePA-CF Carbon Fiber Filled Nylon Filament από το Amazon.

Ορισμένα νήματα είναι πιο δύσκολα στην εκτύπωση από άλλα και έχουν πολύ διαφορετικές ιδιότητες, τις οποίες μπορείτε να επιλέξετε ανάλογα με το έργο σας.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση με θερμοπλαστικά νήματα περιλαμβάνει την τροφοδοσία του υλικού μέσω ενός σωλήνα μηχανικά με έναν εξωθητή, ο οποίος στη συνέχεια τροφοδοτεί έναν θάλαμο θέρμανσης που ονομάζεται hotend.

Το θερμαινόμενο άκρο θερμαίνεται σε θερμοκρασία στην οποία το νήμα μαλακώνει και μπορεί να εξωθείται μέσω μιας μικρής οπής σε ένα ακροφύσιο, συνήθως διαμέτρου 0,4 mm.

Ο τρισδιάστατος εκτυπωτής σας λειτουργεί με οδηγίες που ονομάζονται αρχείο G-Code, το οποίο λέει στον τρισδιάστατο εκτυπωτή σε ποια ακριβώς θερμοκρασία πρέπει να βρίσκεται, πού να μετακινεί την κεφαλή εκτύπωσης, σε ποιο επίπεδο πρέπει να βρίσκονται οι ανεμιστήρες ψύξης και κάθε άλλη οδηγία που κάνει τον τρισδιάστατο εκτυπωτή να κάνει πράγματα.

Τα αρχεία G-Code δημιουργούνται μέσω της επεξεργασίας ενός αρχείου STL, το οποίο μπορείτε εύκολα να κατεβάσετε από έναν ιστότοπο όπως το Thingiverse. Το λογισμικό επεξεργασίας ονομάζεται slicer, το πιο δημοφιλές για την εκτύπωση FDM είναι το Cura.

Ακολουθεί ένα σύντομο βίντεο που δείχνει τη διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης με νήματα από την αρχή μέχρι το τέλος.

Στην πραγματικότητα έγραψα μια πλήρη ανάρτηση που ονομάζεται Ultimate 3D Printing Filament & Materials Guide (Οδηγός υλικών 3D εκτύπωσης) που σας παρουσιάζει διάφορους τύπους νημάτων και υλικών 3D εκτύπωσης.

Ρητίνη

Το επόμενο σύνολο "μελανιού" που χρησιμοποιούν οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές είναι ένα υλικό που ονομάζεται φωτοπολυμερής ρητίνη, το οποίο είναι ένα θερμοσκληρυνόμενο υγρό που είναι ευαίσθητο στο φως και στερεοποιείται όταν εκτίθεται σε ορισμένα μήκη κύματος υπεριώδους φωτός (405nm).

Αυτές οι ρητίνες είναι διαφορετικές από τις εποξειδικές ρητίνες που χρησιμοποιούνται συνήθως για χειροτεχνίες και παρόμοια έργα.

Οι ρητίνες τρισδιάστατης εκτύπωσης χρησιμοποιούνται σε μια τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης που ονομάζεται SLA ή Στερεολιθογραφία. Αυτή η μέθοδος παρέχει στους χρήστες ένα πολύ υψηλότερο επίπεδο λεπτομέρειας και ανάλυσης λόγω του τρόπου με τον οποίο σχηματίζεται κάθε στρώμα.

Οι κοινές ρητίνες τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι η τυπική ρητίνη, η ταχεία ρητίνη, η ρητίνη τύπου ABS, η εύκαμπτη ρητίνη, η ρητίνη που πλένεται με νερό και η σκληρή ρητίνη.

Έγραψα μια πιο εμπεριστατωμένη ανάρτηση σχετικά με το Ποιοι τύποι ρητίνης υπάρχουν για την τρισδιάστατη εκτύπωση; Καλύτερες μάρκες & μάρκες; Τύποι, οπότε μη διστάσετε να το ελέγξετε για περισσότερες λεπτομέρειες.

Ακολουθεί η διαδικασία για το πώς λειτουργούν οι εκτυπωτές SLA 3D:

• Μόλις συναρμολογηθεί ο εκτυπωτής 3D, ρίχνετε τη ρητίνη στο δοχείο ρητίνης - ένα δοχείο που περιέχει τη ρητίνη σας πάνω από την οθόνη LCD.
• Η πλάκα κατασκευής χαμηλώνει μέσα στον κάδο ρητίνης και δημιουργεί μια σύνδεση με το στρώμα φιλμ στον κάδο ρητίνης.
• Το αρχείο τρισδιάστατης εκτύπωσης που δημιουργείτε θα στείλει οδηγίες για να φωτιστεί μια συγκεκριμένη εικόνα που θα δημιουργήσει το στρώμα
• Αυτό το στρώμα φωτός θα σκληρύνει τη ρητίνη
• Στη συνέχεια, η πλάκα δόμησης ανυψώνεται και δημιουργεί μια πίεση αναρρόφησης η οποία αποκολλά το δημιουργημένο στρώμα από το φιλμ του δοχείου ρητίνης και κολλάει στην πλάκα δόμησης.
• Θα συνεχίσει να δημιουργεί κάθε στρώμα εκθέτοντας μια εικόνα φωτός μέχρι να δημιουργηθεί το τρισδιάστατο αντικείμενο.

Ουσιαστικά, οι τρισδιάστατες εκτυπώσεις SLA δημιουργούνται ανάποδα.

Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές SLA μπορούν να δημιουργήσουν καταπληκτικές λεπτομέρειες χάρη στη δυνατότητα ανάλυσης έως και 0,01 χιλιοστά ή 10 μικρόμετρα, αλλά η τυπική ανάλυση είναι συνήθως 0,05 χιλιοστά ή 50 μικρόμετρα.

Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές FDM έχουν συνήθως τυπική ανάλυση 0,2 mm, αλλά ορισμένα μηχανήματα υψηλής ποιότητας μπορούν να φτάσουν τα 0,05 mm.

Η ασφάλεια είναι σημαντική όταν πρόκειται για ρητίνη, επειδή έχει τοξικότητα όταν έρχεται σε επαφή με το δέρμα. Θα πρέπει να χρησιμοποιείτε γάντια νιτριλίου όταν χειρίζεστε τη ρητίνη για να αποφύγετε την επαφή με το δέρμα.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση ρητίνης έχει μεγαλύτερη διάρκεια λόγω της απαραίτητης μετα-επεξεργασίας. Πρέπει να ξεπλύνετε τη ρητίνη που δεν έχει σκληρυνθεί, να καθαρίσετε τα στηρίγματα που απαιτούνται για την τρισδιάστατη εκτύπωση μοντέλων ρητίνης και, στη συνέχεια, να σκληρύνετε το μέρος με ένα εξωτερικό υπεριώδες φως για να σκληρύνει το τρισδιάστατα εκτυπωμένο αντικείμενο.

Σκόνες

Μια λιγότερο διαδεδομένη αλλά αναπτυσσόμενη βιομηχανία στην τρισδιάστατη εκτύπωση είναι η χρήση σκονών ως "μελάνι".

Οι σκόνες που χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να είναι πολυμερή ή ακόμη και μέταλλα που μετατρέπονται σε λεπτά σωματίδια. Οι ιδιότητες της χρησιμοποιούμενης μεταλλικής σκόνης και η διαδικασία εκτύπωσης καθορίζουν το αποτέλεσμα της εκτύπωσης.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι σκονών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην τρισδιάστατη εκτύπωση, όπως νάιλον, ανοξείδωτος χάλυβας, αλουμίνιο, σίδηρος, τιτάνιο, χρώμιο κοβαλτίου, μεταξύ πολλών άλλων.

Ένας ιστότοπος που ονομάζεται Inoxia πωλεί πολλούς τύπους μεταλλικών σκονών.

Υπάρχουν επίσης διαφορετικές τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην τρισδιάστατη εκτύπωση με σκόνη, όπως SLS (Selective Laser Sintering), EBM (Electron Beam Melting), Binder Jetting & BPE (Bound Powder Extrusion).

Η πιο δημοφιλής είναι η τεχνική πυροσυσσωμάτωσης γνωστή ως εκλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ (SLS).

Η διαδικασία της εκλεκτικής πυροσυσσωμάτωσης με λέιζερ γίνεται με τους εξής τρόπους:

• Η δεξαμενή σκόνης γεμίζει με θερμοπλαστική σκόνη, συνήθως νάιλον (στρογγυλά και λεία σωματίδια).
• Ένας διασκορπιστής σκόνης (λεπίδα ή κύλινδρος) διασκορπίζει τη σκόνη για να δημιουργήσει ένα λεπτό και ομοιόμορφο στρώμα στην πλατφόρμα κατασκευής.
• Το λέιζερ θερμαίνει επιλεκτικά τμήματα της περιοχής κατασκευής για να λιώσει τη σκόνη με καθορισμένο τρόπο.
• Η πλάκα δόμησης μετακινείται προς τα κάτω με κάθε στρώμα, όπου η σκόνη απλώνεται ξανά για άλλη μια πυροσυσσωμάτωση από το λέιζερ.
• Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να ολοκληρωθεί το τμήμα σας.
• Η τελική σας εκτύπωση θα περιβάλλεται από ένα κέλυφος από νάιλον με πούδρα, το οποίο μπορεί να αφαιρεθεί με πινέλο.
• Στη συνέχεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα ειδικό σύστημα που χρησιμοποιεί αέρα υψηλής ισχύος για να καθαρίσει το υπόλοιπο από το νερό.

Ακολουθεί ένα σύντομο βίντεο για το πώς μοιάζει η διαδικασία SLS.

Η διαδικασία γίνεται με πυροσυσσωμάτωση της σκόνης για να σχηματιστούν στερεά μέρη που είναι πιο πορώδη από το σημείο τήξης. Αυτό σημαίνει ότι τα σωματίδια της σκόνης θερμαίνονται έτσι ώστε οι επιφάνειες να συγκολληθούν μεταξύ τους. Ένα πλεονέκτημα αυτής της διαδικασίας είναι ότι μπορεί να συνδυάσει υλικά με πλαστικά για την παραγωγή τρισδιάστατων εκτυπώσεων.

Μπορείτε να εκτυπώσετε τρισδιάστατα με μεταλλικές σκόνες χρησιμοποιώντας τεχνολογίες όπως DMLS, SLM & EBM.

Μπορούν οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές να εκτυπώνουν μόνο πλαστικό;

Αν και το πλαστικό είναι το πιο κοινό υλικό που χρησιμοποιείται στην τρισδιάστατη εκτύπωση, οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές μπορούν να εκτυπώνουν και άλλα υλικά εκτός από πλαστικό.

Άλλα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην τρισδιάστατη εκτύπωση περιλαμβάνουν:

• Ρητίνη
• Σκόνη (πολυμερή & μέταλλα)
• Γραφίτης
• Ίνα άνθρακα
• Τιτάνιο
• Αλουμίνιο
• Ασημένιο και χρυσό
• Σοκολάτα
• Βλαστικά κύτταρα
• Σίδηρος
• Ξύλο
• Κερί
• Σκυρόδεμα

Για τους εκτυπωτές FDM, μόνο μερικά από αυτά τα υλικά μπορούν να θερμανθούν και να μαλακώσουν αντί να καούν, ώστε να μπορούν να προωθηθούν από ένα hotend. Υπάρχουν πολλές τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης εκεί έξω που επεκτείνουν τις δυνατότητες υλικών σε ό,τι μπορούν να δημιουργήσουν οι άνθρωποι.

Ο κυριότερος είναι οι εκτυπωτές 3D SLS που χρησιμοποιούν σκόνη με την τεχνική πυροσυσσωμάτωσης με λέιζερ για την κατασκευή τρισδιάστατων εκτυπώσεων.

Οι εκτυπωτές ρητίνης 3D χρησιμοποιούνται επίσης συνήθως για οικιακούς και εμπορικούς σκοπούς. Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση της διαδικασίας φωτοπολυμερισμού για τη στερεοποίηση υγρής ρητίνης με υπεριώδες φως, η οποία στη συνέχεια περνάει από μετα-επεξεργασία για ένα υψηλής ποιότητας φινίρισμα.

Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές δεν μπορούν να εκτυπώσουν μόνο πλαστικό, αλλά μπορούν να εκτυπώσουν και άλλα υλικά ανάλογα με τον τύπο του εκτυπωτή 3D που χρησιμοποιείται. Αν θέλετε να εκτυπώσετε κάποιο από τα άλλα υλικά που αναφέρονται παραπάνω, θα πρέπει να προμηθευτείτε την αντίστοιχη τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης για την εκτύπωση.

Μπορούν οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές να εκτυπώσουν οποιοδήποτε υλικό;

Υλικά που μπορούν να μαλακώσουν και να εξωθούνται μέσω ενός ακροφυσίου, ή μέταλλα σε σκόνη μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα αντικείμενο. Εφόσον το υλικό μπορεί να τοποθετηθεί σε στρώσεις ή να στοιβαχτεί το ένα πάνω στο άλλο, μπορεί να εκτυπωθεί τρισδιάστατα, αλλά πολλά αντικείμενα δεν ταιριάζουν σε αυτά τα χαρακτηριστικά. Το σκυρόδεμα μπορεί να εκτυπωθεί τρισδιάστατα, αφού ξεκινάει μαλακό.

Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα σπίτια κατασκευάζονται από σκυρόδεμα που αναμιγνύεται και εξωθείται μέσω ενός πολύ μεγάλου ακροφυσίου και σκληραίνει μετά από κάποιο χρονικό διάστημα.

Με την πάροδο του χρόνου, η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει εισαγάγει πολλά νέα υλικά, όπως σκυρόδεμα, κερί, σοκολάτα, ακόμη και βιολογική ύλη, όπως βλαστοκύτταρα.

Έτσι μοιάζει ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο σπίτι.

Μπορείτε να εκτυπώσετε χρήματα σε 3D;

Όχι, δεν μπορείτε να εκτυπώσετε τρισδιάστατα χρήματα λόγω της διαδικασίας κατασκευής της τρισδιάστατης εκτύπωσης, καθώς και των ενσωματωμένων σημάνσεων στα χρήματα που τα καθιστούν αντιπαραποιημένα. Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές δημιουργούν κυρίως πλαστικά αντικείμενα χρησιμοποιώντας υλικά όπως PLA ή ABS και σίγουρα δεν μπορούν να εκτυπώσουν τρισδιάστατα χρησιμοποιώντας χαρτί. Είναι δυνατή η τρισδιάστατη εκτύπωση μεταλλικών κερμάτων.

Τα χρήματα κατασκευάζονται με πολλά σημάδια και ενσωματωμένα νήματα που ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής μπορεί να μην είναι σε θέση να αναπαραγάγει με ακρίβεια. Ακόμη και αν ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής μπορεί να παράγει κάτι που μοιάζει με χρήματα, οι εκτυπώσεις δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως χρήματα, καθώς δεν έχουν τις μοναδικές ιδιότητες που συνθέτουν ένα χαρτονόμισμα.

Τα χρήματα εκτυπώνονται σε χαρτί και οι περισσότερες τρισδιάστατες εκτυπώσεις εκτυπώνονται σε πλαστικό ή στερεοποιημένη ρητίνη. Αυτά τα υλικά δεν μπορούν να λειτουργήσουν όπως το χαρτί και δεν μπορούν να χειριστούν με τον ίδιο τρόπο που θα μπορούσε κανείς να χειριστεί τα χρήματα.

Οι έρευνες δείχνουν ότι τα σύγχρονα νομίσματα των περισσότερων χωρών του κόσμου έχουν τουλάχιστον 6 διαφορετικές τεχνολογίες ενσωματωμένες σε αυτά. Κανένας τρισδιάστατος εκτυπωτής δεν θα είναι σε θέση να υποστηρίξει περισσότερες από μία ή δύο από αυτές τις μεθόδους που απαιτούνται για την ακριβή εκτύπωση του χαρτονομίσματος.

Οι περισσότερες χώρες, ιδίως οι ΗΠΑ, κατασκευάζουν χαρτονομίσματα που ενσωματώνουν τα τελευταία χαρακτηριστικά υψηλής τεχνολογίας για την καταπολέμηση της παραχάραξης, τα οποία θα καταστήσουν δύσκολη την εκτύπωσή τους από έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή. Αυτό μπορεί να γίνει μόνο εάν ο τρισδιάστατος εκτυπωτής διαθέτει την απαιτούμενη τεχνολογία για την εκτύπωση του συγκεκριμένου χαρτονομίσματος.

Ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής μπορεί μόνο να προσπαθήσει να εκτυπώσει ένα ομοίωμα των χρημάτων και δεν διαθέτει την κατάλληλη τεχνολογία ή τα κατάλληλα υλικά για την εκτύπωση χρημάτων.

Πολλοί άνθρωποι δημιουργούν κέρματα με τη χρήση πλαστικού υλικού όπως το PLA και στη συνέχεια το βάφουν με μεταλλικό χρώμα.

Άλλοι αναφέρουν μια τεχνική όπου μπορείτε να δημιουργήσετε ένα τρισδιάστατο καλούπι και να χρησιμοποιήσετε πολύτιμους μεταλλικούς πηλούς. Θα πιέσετε τον πηλό σε μορφή και στη συνέχεια θα τον ψήσετε σε μέταλλο.

Εδώ είναι ένας YouTuber που δημιούργησε ένα νόμισμα D&D που έχει "Ναι" & "Όχι" σε κάθε άκρο. Έκανε ένα απλό σχέδιο σε ένα λογισμικό CAD και στη συνέχεια δημιούργησε ένα σενάριο όπου το τρισδιάστατα εκτυπωμένο νόμισμα σταματά ώστε να μπορεί να τοποθετήσει μια ροδέλα στο εσωτερικό του για να το κάνει πιο βαρύ, και στη συνέχεια ολοκληρώνει το υπόλοιπο του νομίσματος.

Εδώ είναι ένα παράδειγμα ενός αρχείου 3D Printed Bitcoin από το Thingiverse που μπορείτε να κατεβάσετε και να εκτυπώσετε μόνοι σας.