3D-tulostus on hämmästyttävä teknologia, jolla on valtava merkitys monilla teollisuudenaloilla, lähinnä sen ansiosta, että se pystyy tulostamaan vahvoja materiaaleja epätavallisiin muotoihin. Jotkut teknologiat eivät vieläkään pysty tuottamaan edes joitakin muotoja, joita 3D-tulostus voi tuottaa ongelmitta.

Herääkin kysymys, mitä materiaaleja ei voida 3D-tulostaa?

Puun, kankaan, paperin ja kivien kaltaisia materiaaleja ei voida 3D-tulostaa, koska ne palavat ennen kuin ne voidaan sulattaa ja puristaa suuttimen läpi.

Tässä artikkelissa vastataan joihinkin yleisiin kysymyksiin 3D-tulostuksen mahdollisuuksista ja rajoituksista, kuten materiaaleista, joita voi ja joita ei voi tulostaa, sekä muodoista.

Mitä materiaaleja ei voi 3D-tulostaa?

Tärkein vastaus on, että et voi tulostaa materiaaleilla, joita ei voi sulattaa puoliksi nestemäiseen tilaan, joka voidaan pursottaa. Jos tarkastelet FDM-3D-tulostimien toimintaa, ne sulattavat kestomuovimateriaaleja kelalta, ja niiden toleranssit ovat tiukat, ±0,05 ja pienemmät.

Materiaaleja, jotka pikemminkin palavat kuin sulavat korkeissa lämpötiloissa, on vaikea puristaa suuttimen läpi.

Kunhan puoliksi nestemäinen tila ja toleranssit täyttyvät, sinun pitäisi pystyä 3D-tulostamaan kyseinen materiaali. Monet materiaalit eivät täytä näitä ominaisuuksia.

Toisaalta voimme myös käyttää metallijauheita prosessissa nimeltä Selective Laser Sintering (SLS), jossa laserilla sintrataan jauhemaista materiaalia ja sidotaan yhteen kiinteän mallin luomiseksi.

Materiaaleja, joita ei voida 3D-tulostaa, ovat:

• Aitoa puuta, vaikka voimme luoda PLA:n ja puun rakeiden hybridin.
• Kangas/Kankaat
• Paperi
• Kivi - vaikka voisit sulattaa vulkaanista materiaalia, kuten absaltti tai rhyoliitti.

En itse asiassa keksi kovinkaan montaa materiaalia, jota ei voisi 3D-tulostaa, useimmat materiaalit voi saada toimimaan tavalla tai toisella!

Saattaa olla hieman helpompaa tarkastella tämän kysymyksen toista puolta saadaksesi lisää tietoa 3D-tulostuksen materiaaleista.

Mitä materiaaleja voidaan 3D-tulostaa?

Tiedät siis, mitä materiaaleja ei voi 3D-tulostaa, mutta entä materiaalit, joita voi 3D-tulostaa?

• PLA
• ABS
• Metallit (titaani, ruostumaton teräs, kobolttikromi, nikkeliseos jne.).
• Polykarbonaatti (erittäin vahva säie)
• Ruoka
• Betoni (3D-tulostetut talot)
• TPU (joustava materiaali)
• Grafiitti
• Biomateriaalit (elävät solut)
• Akryyli
• Elektroniikka (piirilevyt)
• PETG
• Keraaminen
• Kulta (mahdollista, mutta tämä menetelmä olisi melko tehoton).
• Hopea
• Nylon
• Lasi
• PEEK
• Hiilikuitu
• Puutäytteinen PLA (voi sisältää noin 30 % puuhiukkasia ja 70 % PLA:ta).
• Kuparitäytteinen PLA (80 % kuparipitoisuus)
• HIPS ja monet muut

Yllättyisit, miten pitkälle 3D-tulostus on kehittynyt viime vuosina, ja kaikenlaiset yliopistot ja insinöörit ovat luoneet uusia menetelmiä erityyppisten esineiden 3D-tulostamiseen.

Jopa elektroniikkaa voidaan tulostaa 3D-tulostamalla, mitä useimmat ihmiset eivät olisi koskaan pitäneet mahdollisena.

Kyllä, saatavilla on myös varsinaisia bio-3D-tulostimia, joita ihmiset käyttävät elävien solujen tulostamiseen. Niiden hinta voi olla 10 000-200 000 dollaria, ja niissä käytetään periaatteessa solujen ja bioyhteensopivan materiaalin additiivista valmistusta elävän rakenteen kerrostamiseksi, joka voi jäljitellä luonnollisia eläviä järjestelmiä.

Kullan ja hopean kaltaisia esineitä voidaan valmistaa 3D-tulostuksen avulla, mutta niitä ei varsinaisesti 3D-tulosteta, vaan ne valmistetaan tulostamalla vahamallit, valamalla, sulattamalla kulta tai hopea ja valamalla sulaa kultaa tai hopeaa valukappaleeseen.

Alla on hieno video, jossa näytetään, miten hopeinen tiikerisormus voidaan valmistaa suunnittelusta lopulliseen sormukseen.

Prosessi on todella erikoistunut ja vaatii asianmukaisia työkaluja ja laitteita, mutta parasta siinä on se, miten yksityiskohtainen malli on ja miten se on luotu 3D-tulostuksen merkittävällä avulla.

3D-tulostuksen räätälöinti on tekniikan paras puoli, sillä sen avulla voit muokata omia esineitäsi helposti.

Mitä muotoja ei voi 3D-tulostaa?

Käytännössä sinun on vaikea löytää muotoja, joita ei voi 3D-tulostaa, koska on olemassa monia 3D-tulostustekniikoita, joilla rajoitukset voidaan ylittää.

Uskon, että löydät useita hämmästyttävän monimutkaisia muotoja ja malleja katsomalla Thingiversen matemaattista tagia.

Entäpä SteedMakerin Thingiversessä luoma Puzzle Knots.

Tai shockwave3d:n Thingiverse-sivustolla luoma Trefoil Knot.

Muodot, joiden tulostamisessa FDM:llä on vaikeuksia, voidaan yleensä tehdä SLA-tulostuksella (hartsin kovettaminen lasersäteillä) ja päinvastoin.

Tavallisilla 3D-tulostimilla voi olla ongelmia tulostamisessa:

• Muodot, jotka ovat vain vähän kosketuksissa alustaan, kuten pallot.
• Mallit, joilla on hyvin hienot, höyhenenkaltaiset reunat.
• 3D-tulosteet, joissa on suuria ulkonemia tai tulostus keskellä ilmaa
• Erittäin suuret esineet
• Ohutseinämäiset muodot

Monet näistä ongelmista voidaan ratkaista erilaisilla avustetuilla tulostusmenetelmillä, kuten käyttämällä tukirakenteita ylivuotojen kohdalla, muuttamalla suuntausta niin, että ohuet osat eivät ole tulostuksen perusta, käyttämällä lauttoja ja reunoja kiinteänä perustana ja jopa jakamalla mallit osiin.

Muodot, joilla on vähän kosketusta sänkyyn

Niitä muotoja, joiden pohja on pieni ja jotka ovat vain vähän kosketuksissa alustaan, ei voida 3D-tulostaa suoraan, kuten muita muotoja 3D-tulostetaan. Syynä on yksinkertaisesti se, että kappale putoaa pois alustasta jo ennen kuin tulostus on valmis.

Tämän vuoksi pallokappaletta ei voi luoda helposti, koska kosketus pintaan on liian pieni ja kappale on niin suuri, että se irtoaa prosessin aikana.

Tällaisen tulostuksen voi kuitenkin tehdä käyttämällä lautaa. Lautta on filamenttien verkko, joka asetetaan rakennusalustalle, jolle mallin ensimmäinen kerros tulostetaan.

Hienot, höyhenenkaltaiset reunat

Hyvin ohuiden piirteiden, kuten höyhenenen tai veitsenreunan, 3D-tulostaminen on lähes mahdotonta 3D-tulostuksen avulla suuntauksen, XYZ-tarkkuuden ja yleisen pursotusmenetelmän vuoksi.

Tämä voitaisiin tehdä vain erittäin tarkoilla, muutaman mikronin tarkkuudella toimivilla koneilla, ja silloinkin sillä ei saada reunoja todella niin ohuiksi kuin haluaisit. Tekniikan on ensin kasvatettava resoluutiotaan, joka on ohittanut halutun ohuuden, jonka haluat tulostaa.

Tulosteet, joissa on suuret ulokkeet tai tulostus keskellä ilmaa.

Kohteet, joissa on suuria ulkonevia osia, ovat haastavia tulostaa, ja joskus se on mahdotonta.

Ongelma on yksinkertainen: jos tulostettavat muodot roikkuvat liian kaukana edellisestä kerroksesta ja niiden koko on suuri, ne katkeavat ennen kuin kerros ehtii kunnolla muotoutua paikalleen.

Useimmat ihmiset ajattelevat, että et voi tulostaa tyhjän päälle, koska tarvitaan jonkinlainen perusta, mutta kun todella valitset 3D-tulostimesi ja asetukset, ilmiö nimeltä silloitus voi olla todella kätevä.

Curassa on apua ylivuotojen parantamiseen 'Enable Bridge Settings' -vaihtoehdon avulla.

Siltausta voidaan parantaa merkittävästi oikeilla asetuksilla ja Petsfang Ductin avulla, kuten alla olevalla videolla näkyy.

Hän onnistui suhteellisen onnistuneesti 3D-tulostamaan 300 mm:n pituisen ulokkeen, mikä on erittäin vaikuttavaa! Hän muutti tulostusnopeuden 100 mm/s:iin ja 70 mm/s:iin täytön osalta, mutta vain siksi, että tulostus kestäisi kauan, joten vielä paremmat tulokset ovat hyvin mahdollisia.

Onneksi voimme myös valmistaa tukitorneja näiden suurten ulkonemien alle, jotta ne pysyvät pystyssä ja säilyttävät muotonsa.

Erittäin suuret 3D-tulosteet

Useimmat FDM-3D-tulostimet ovat kooltaan noin 100 x 100 x 100 mm - 400 x 400 x 400 mm, joten on vaikeaa löytää 3D-tulostinta, jolla voi tulostaa suuria esineitä yhdellä kertaa.

Suurin löytämäni FDM 3D-tulostin on Modix Big-180X, jonka rakennustilavuus on 1800 x 600 x 600mm ja paino 160kg!

Tätä konetta ei voi odottaa saavansa käyttöönsä, joten toistaiseksi meidän on pysyttävä pienemmissä koneissamme.

Kaikki ei ole huono asia, koska meillä on mahdollisuus jakaa mallit pienempiin osiin, tulostaa ne erikseen ja yhdistää ne yhteen liima-aineella, kuten superliimalla tai epoksilla.