3D-tulostus on monipuolista, mutta monet ihmettelevät, tulostavatko 3D-tulostimet vain muovia. Tässä artikkelissa tarkastellaan, millaisia materiaaleja 3D-tulostimet voivat käyttää.

Kuluttajien 3D-tulostimissa käytetään pääasiassa muovia, kuten PLA:ta, ABS:ää tai PETG:tä, joita kutsutaan kestomuoveiksi, koska ne pehmenevät ja kovettuvat lämpötilan mukaan. 3D-tulostuksessa voidaan käyttää monia muitakin materiaaleja, kuten SLS- tai DMLS-tekniikkaa metallien 3D-tulostamiseen. 3D-tulostuksessa voidaan käyttää jopa betonia ja vahaa.

Tässä artikkelissa on lisää hyödyllistä tietoa 3D-tulostuksessa käytettävistä materiaaleista, joten jatka lukemista.

Mitä 3D-tulostimet käyttävät musteena?

Jos olet koskaan miettinyt, mitä 3D-tulostimet käyttävät musteena, tässä on yksinkertainen vastaus siihen. 3D-tulostimet käyttävät musteena kolmea perusmateriaalia, jotka ovat;

• Lämpömuovit (filamentti)
• Hartsi
• Jauheet

Näissä materiaaleissa käytetään erityyppisiä 3D-tulostimia tulostamiseen, ja tarkastelemme kutakin näistä materiaaleista jatkossa.

Kestomuovit (filamentti)

Lämpömuovit ovat eräänlaisia polymeerejä, jotka muuttuvat taipuisiksi tai muovattaviksi, kun ne kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan, ja kovettuvat, kun ne jäähtyvät.

3D-tulostuksessa 3D-tulostimet käyttävät "musteena" tai materiaalina filamentteja tai kestomuoveja 3D-esineiden luomiseksi. Sitä käytetään tekniikalla nimeltä Fused Deposition Modeling tai FDM 3D-tulostus.

Se on luultavasti yksinkertaisin 3D-tulostustyyppi, sillä se ei vaadi monimutkaista prosessia, vaan ainoastaan filamentin lämmittämisen.

Suosituin filamenttilanka, jota useimmat ihmiset käyttävät, on PLA eli polymaitohappo. Seuraavaksi suosituimmat filamenttilangat ovat ABS, PETG, TPU ja Nylon.

Saatavilla on kaikenlaisia filamenttityyppejä sekä erilaisia hybrideitä ja värejä, joten 3D-tulostukseen soveltuvien kestomuovien valikoima on todella laaja.

Esimerkkinä voisi olla tämä SainSmart Black ePA-CF Carbon Fiber Filled Nylon Filament Amazonista.

Jotkin filamentit ovat vaikeampia tulostaa kuin toiset, ja niillä on hyvin erilaiset ominaisuudet, jotka voit valita projektisi mukaan.

3D-tulostuksessa kestomuovisilla filamenteilla materiaali syötetään mekaanisesti putken läpi ekstruuderin avulla, joka sitten syötetään kuumennuskammioon, jota kutsutaan kuumennuspääksi.

Kuumennuspää kuumennetaan lämpötilaan, jossa filamentti pehmenee ja voidaan pursottaa suuttimessa olevan pienen reiän läpi, jonka halkaisija on yleensä 0,4 mm.

3D-tulostimesi toimii G-kooditiedostoksi kutsuttujen ohjeiden avulla, jotka kertovat 3D-tulostimelle tarkalleen, missä lämpötilassa sen on oltava, mihin tulostuspäätä on siirrettävä, millä tasolla jäähdytystuulettimien on oltava ja kaikki muut 3D-tulostimen toimintaa ohjaavat ohjeet.

G-kooditiedostot luodaan käsittelemällä STL-tiedostoa, jonka voit helposti ladata Thingiversen kaltaiselta verkkosivustolta. Käsittelyohjelmistoa kutsutaan sliceriksi, ja FDM-tulostuksessa suosituin on Cura.

Tässä on lyhyt video, jossa näytetään filamentin 3D-tulostusprosessi alusta loppuun.

Kirjoitin itse asiassa koko postauksen nimeltä Ultimate 3D Printing Filament & Materials Guide, jossa käydään läpi useita erilaisia filamentteja ja 3D-tulostusmateriaaleja.

Hartsi

Seuraava 3D-tulostimissa käytettävä "muste" on fotopolymeerihartsiksi kutsuttu materiaali, joka on lämpökovettuva neste, joka on valoherkkä ja jähmettyy, kun se altistuu tietyille UV-valon aallonpituuksille (405 nm).

Nämä hartsit eroavat epoksihartseista, joita käytetään yleensä harrastekäyttöön ja vastaaviin projekteihin.

3D-tulostushartseja käytetään 3D-tulostustekniikassa nimeltä SLA eli stereolitografia. Tämä menetelmä tarjoaa käyttäjille paljon suuremman yksityiskohtien ja resoluution tason, koska jokainen kerros muodostetaan.

Yleisiä 3D-tulostushartseja ovat vakiohartsi, nopea hartsi, ABS-tyyppinen hartsi, joustava hartsi, vedellä pestävä hartsi ja sitkeä hartsi.

Kirjoitin syvällisemmän postauksen aiheesta Mitä hartsityyppejä on olemassa 3D-tulostukseen? Parhaat tuotemerkit & Tyypit, joten voit vapaasti tutustua siihen saadaksesi lisätietoja.

SLA-3D-tulostimien toimintaprosessi on seuraava:

• Kun 3D-tulostin on koottu, kaadat hartsin hartsialtaaseen - säiliöön, jossa hartsi on LCD-näytön yläpuolella.
• Rakennuslevy laskeutuu hartsialtaaseen ja muodostaa yhteyden hartsialtaassa olevan kalvokerroksen kanssa.
• Luomasi 3D-tulostustiedosto lähettää ohjeet tietyn kuvan valaisemiseksi, joka luo kerroksen.
• Tämä valokerros kovettaa hartsin.
• Tämän jälkeen rakennuslevy nousee ylös ja luo imupaineen, joka irrottaa hartsialtaan kalvosta luodun kerroksen ja tarttuu rakennuslevyyn.
• Se jatkaa jokaisen kerroksen luomista valaisemalla valokuvaa, kunnes 3D-objekti on luotu.

SLA-3D-tulosteet luodaan periaatteessa ylösalaisin.

SLA-3D-tulostimilla voidaan luoda hämmästyttäviä yksityiskohtia, koska niiden resoluutio on jopa 0,01 mm eli 10 mikronia, mutta tavallinen resoluutio on yleensä 0,05 mm eli 50 mikronia.

FDM-3D-tulostimien vakioresoluutio on yleensä 0,2 mm, mutta joidenkin korkealaatuisten koneiden resoluutio voi olla jopa 0,05 mm.

Turvallisuus on tärkeää hartsin käsittelyssä, koska se on myrkyllistä joutuessaan kosketuksiin ihon kanssa. Hartsia käsiteltäessä on käytettävä nitriilikäsineitä ihokosketuksen välttämiseksi.

Hartsin 3D-tulostuksessa on pidempi prosessi tarvittavan jälkikäsittelyn vuoksi. Kovettumaton hartsi on pestävä pois, hartsimallien 3D-tulostukseen tarvittavat tuet on puhdistettava ja osa on kovetettava ulkoisella UV-valolla 3D-tulostetun kappaleen kovettamiseksi.

Jauheet

3D-tulostuksen harvinaisempi mutta kasvava ala on jauheiden käyttäminen "musteena".

3D-tulostuksessa käytettävät jauheet voivat olla polymeerejä tai jopa metalleja, jotka on pienennetty hienojakoisiksi hiukkasiksi. Käytetyn metallijauheen ominaisuudet ja tulostusprosessi määräävät tulostuksen lopputuloksen.

3D-tulostuksessa voidaan käyttää monenlaisia jauheita, kuten nailonia, ruostumatonta terästä, alumiinia, rautaa, titaania, kobolttikromia ja monia muita.

Inoxia-niminen verkkosivusto myy monenlaisia metallijauheita.

On myös erilaisia tekniikoita, joita voidaan käyttää 3D-tulostuksessa jauheella, kuten SLS (Selective Laser Sintering), EBM (Electron Beam Melting), Binder Jetting & BPE (Bound Powder Extrusion).

Suosituin on sintraustekniikka, joka tunnetaan nimellä Selective Laser Sintering (SLS).

Selektiivinen lasersintrausprosessi tapahtuu seuraavasti:

• Jauhesäiliö täytetään termoplastisella jauheella, joka on tyypillisesti nailonia (pyöreitä ja sileitä hiukkasia).
• Jauheenlevitin (terä tai rulla) levittää jauheen niin, että se muodostaa ohuen ja tasaisen kerroksen rakennusalustalle.
• Laser lämmittää valikoivasti rakennusalueen osia sulattaakseen jauheen määritellyllä tavalla.
• Rakennuslevy liikkuu alaspäin jokaisen kerroksen kohdalla, jolloin jauhe levitetään uudelleen laserilla tapahtuvaa uutta sintrausta varten.
• Tämä prosessi toistetaan, kunnes osa on valmis.
• Lopullinen tulosteesi koteloidaan nailonjauheella päällystettyyn kuoreen, joka voidaan poistaa harjalla.
• Sen jälkeen voit käyttää erityistä järjestelmää, joka käyttää esimerkiksi suuritehoista ilmaa loppujen osien puhdistamiseen.

Tässä on lyhyt video siitä, miltä SLS-prosessi näyttää.

Prosessi tapahtuu sintraamalla jauheesta kiinteitä osia, jotka ovat huokoisempia kuin sulamispiste. Tämä tarkoittaa, että jauhehiukkasia kuumennetaan niin, että pinnat hitsautuvat yhteen. Yksi etu on, että sillä voidaan yhdistää materiaaleja muovien kanssa 3D-tulosteiden tuottamiseksi.

Voit 3D-tulostaa metallijauheilla käyttämällä tekniikoita, kuten DMLS, SLM ja EBM.

Voivatko 3D-tulostimet tulostaa vain muovia?

Vaikka muovi on yleisin 3D-tulostuksessa käytetty materiaali, 3D-tulostimilla voidaan tulostaa muitakin materiaaleja kuin muovia.

Muita materiaaleja, joita voidaan käyttää 3D-tulostuksessa, ovat muun muassa:

• Hartsi
• Jauhe (polymeerit & metallit)
• Grafiitti
• Hiilikuitu
• Titaani
• Alumiini
• Hopea ja kulta
• Suklaa
• Kantasolut
• Rauta
• Puu
• Vaha
• Betoni

FDM-tulostimissa vain osa näistä materiaaleista voidaan lämmittää ja pehmentää eikä polttaa, jotta ne voidaan työntää ulos kuumennuspisteestä. 3D-tulostustekniikoita on monia, jotka laajentavat ihmisten luomien materiaalien käyttömahdollisuuksia.

Tärkein niistä on SLS-3D-tulostimet, jotka käyttävät jauhetta lasersintraustekniikan avulla 3D-tulosteiden tekemiseen.

Hartsi-3D-tulostimia käytetään myös yleisesti koti- ja kaupallisiin tarkoituksiin. Tässä käytetään fotopolymerointiprosessia nestemäisen hartsin jähmettämiseksi UV-valolla, joka sitten kulkee jälkikäsittelyn läpi laadukkaan viimeistelyn saavuttamiseksi.

3D-tulostimilla ei voi tulostaa vain muovia, vaan myös muita materiaaleja riippuen kyseisen 3D-tulostimen tyypistä. Jos haluat tulostaa jotakin edellä luetelluista muista materiaaleista, sinun on hankittava asianmukainen 3D-tulostustekniikka tulostusta varten.

Voiko 3D-tulostimilla tulostaa mitä tahansa materiaalia?

Materiaalit, jotka voidaan pehmentää ja pursottaa suuttimen läpi, tai jauhemaiset metallit voidaan yhdistää toisiinsa muodostaen esineen. 3D-tulostaminen on mahdollista, kunhan materiaali voidaan kerrostaa tai pinota päällekkäin, mutta monet esineet eivät täytä näitä ominaisuuksia. Betoni voidaan tulostaa 3D-tulostamalla, koska se on aluksi pehmeää.

3D-tulostetut talot valmistetaan betonista, joka sekoitetaan ja pursotetaan erittäin suuren suuttimen läpi ja kovettuu jonkin ajan kuluttua.

Ajan myötä 3D-tulostus on tuonut markkinoille runsaasti uusia materiaaleja, kuten betonia, vahaa, suklaata ja jopa biologista materiaalia, kuten kantasoluja.

Tältä näyttää 3D-tulostettu talo.

Voiko rahaa 3D-tulostaa?

Ei, rahaa ei voi 3D-tulostaa 3D-tulostuksen valmistusprosessin vuoksi, samoin kuin rahaan upotetut merkinnät, jotka tekevät rahasta väärentämisen estävän. 3D-tulostimilla luodaan pääasiassa muoviesineitä käyttäen materiaaleja kuten PLA tai ABS, eikä todellakaan voi 3D-tulostaa paperia. On mahdollista 3D-tulostaa metallirahoja.

Rahassa on paljon merkintöjä ja kierteitä, joita 3D-tulostimella ei välttämättä pystytä toistamaan tarkasti. Vaikka 3D-tulostimella pystyttäisiinkin tuottamaan rahaa muistuttavia tulosteita, niitä ei voida käyttää rahana, koska niissä ei ole setelin ainutlaatuisia ominaisuuksia.

Raha tulostetaan paperille, ja useimmat 3D-tulosteet tulostetaan muovista tai jähmettyneestä hartsista. Nämä materiaalit eivät toimi samalla tavalla kuin paperi, eikä niitä voi käsitellä samalla tavalla kuin rahaa.

Tutkimukset osoittavat, että useimpien maailman maiden nykyaikaisessa valuutassa on vähintään kuusi eri tekniikkaa. Mikään 3D-tulostin ei pysty tukemaan kuin yhtä tai kahta näistä menetelmistä, joita tarvitaan setelin tarkkaan tulostamiseen.

Useimmissa maissa, erityisesti Yhdysvalloissa, rakennetaan seteleitä, joissa on viimeisimmät huipputekniikan väärentämisenesto-ominaisuudet, joiden ansiosta 3D-tulostimen on vaikea tulostaa niitä. Tämä on mahdollista vain, jos 3D-tulostimella on tarvittava tekniikka kyseisen setelin tulostamiseen.

3D-tulostimella voidaan yrittää tulostaa vain rahan näköinen kopio, eikä sillä ole oikeaa teknologiaa tai materiaaleja rahan tulostamiseen.

Monet ihmiset valmistavat rekvisiittakolikoita käyttämällä muovimateriaalia, kuten PLA:ta, ja ruiskumaalaavat sen sitten metallivärillä.

Toiset mainitsevat tekniikan, jossa voit luoda 3D-muotin ja käyttää jalometallisavea. Puristaisit saven muotoon ja polttaisit sen sitten metalliksi.

Tässä on YouTuber, joka loi D&D-kolikon, jonka molemmissa päissä on "Kyllä" & "Ei". Hän teki yksinkertaisen suunnitelman CAD-ohjelmistolla ja loi sitten käsikirjoituksen, jossa 3D-tulostettu kolikko pysähtyy, jotta hän voisi lisätä aluslevyn sisälle tehdäkseen siitä raskaamman, ja viimeistelee sitten loput kolikosta.

Tässä on esimerkki Thingiversen 3D-tulostetusta Bitcoin-tiedostosta, jonka voit ladata ja 3D-tulostaa itse.