Компьютер сызбаларынан нысандар жасайтын өзін-өзі репликациялайтын принтерлер? Ғылыми фантастика емес, өндірісте төңкеріс жасайтын шындық
Сіз ойламағанмен, 1986 жыл шешуші жыл болды. Лондон қор биржасының дерегуляциясы ақшаға деген көзқарасымызды өзгертті; Чернобыль атом энергиясы туралы көзқарасымызды өзгертті; Top Gun фильмнің саундтректеріне деген көзқарасымызды өзгертті, ал мұқият назар аударатындар үшін Чак Халл есімді американдық джентльмен өндіріске деген көзқарасымызды өзгертті.
Сол жылы 11 наурызда (Римнің дәстүрлі негізі қаланған күннен бастап шамамен бір миллион күн өткен) Халл АҚШ патентінің № 4, 575, 330: «Стереолитография арқылы үш өлшемді объектілерді өндіруге арналған аппарат» шығарылды. Осылайша 3D принтер дүниеге келді.
«Бәрін бастаған Чак Халл болды», - дейді 3T RPD 3D басып шығару компаниясының сату жөніндегі менеджері Фил Килберн. «Ол сол кезде Xerox-та жұмыс істеген және қатты үш өлшемді модель жасау үшін сияларды бір-бірінің үстіне қою идеясын ойлап тапты. Ол осы процесті қолға алып, 3D Systems деген алғашқы 3D басып шығару компаниясын бастады.’
Басында
Hull компаниясының түпнұсқа 3D принтері ультракүлгін сәулелер әсер еткенде қатты күйге айналатын зат сұйық фотополимер құтысының бетіне екі өлшемді пішін салу үшін ультракүлгін сәулені пайдаланды. Бұл процесс 3D нысанын жасау үшін 2D қабаттарын құра отырып, қайта-қайта орындалады. Содан бері 3D принтерлерінде қолданылатын процестер мен материалдар ұзақ жолдан өткенімен, негізгі қағидалар өзгеріссіз қалды.
«Біз қазір қолданатын машиналар лазерлерді пайдаланады», - дейді 3T RPD IT менеджері Мартин Харрис. «Процесс өте ақылды, бірақ оның негізгі түрінде бұл өте қарапайым: аздап ұнтақ алып, оны ерітіңіз. Сонымен, біздің машиналарда сізде ұнтақ материалдан жасалған төсек бар, мысалы, нейлон, ол принтердің камерасында балқу температурасынан сәл төмен қызады. Содан кейін лазерлер ұнтақ үстінен шығарғыңыз келетін компоненттің екі өлшемді көлденең қималарын қадағалайды, әр жолы 2D қабатын балқытады. Қабат қадағаланғаннан кейін принтердің төсеніші 120 микрон [0,12 мм] төмен түседі, содан кейін қайта қаптау иіні ұнтақ материалдың тағы бір қабатын үстіңгі жағына жайып жібереді және лазерлермен трассамен процесс қайтадан басталады. келесі қабатты шығарыңыз.'
Бұл процесс «агломерация» әдісіне негізделген, мұнда жоғары температурада ұнтақ бөлшектеріндегі атомдар бір-біріне таралып, қатты бөлікке айналады. Бірақ жай ғана лазерді пластмассаға бағыттап, пайдалы заттың пайда болуын күту жеткіліксіз.
«Алдымен сіз жасағыңыз келетін нәрсенің 3D CAD [компьютерлік дизайн] үлгісін жасау болып табылады, - дейді Харрис.‘Одан кейін тапсырыс беруші бағдарламалық құралды пайдаланып, үлгілерді принтер төсегінің өлшемін көрсететін виртуалды 3D кеңістігіне жинайсыз. Осы жерден сіз барлық файлдарды STL-де сақтайсыз – стереолитография немесе үшбұрышты файлдар – және файлдар дайын болған кезде, олардың барлығын сіз құрып жатқан кез келген қалыңдыққа кесіңіз. Барлық осы кесілген файлдар принтерді басқаратын компьютерге жіберіледі, содан кейін бұл Go түймесін басу ғана, принтер оны басып шығарады. Бір қызығы, бұл принтерлердің көптеген бөліктері осы жердегі басқа принтерлерде басып шығарылады, сондықтан олар өздігінен қайталанатын болды.’
Харрис соңғы 13 жыл бойы 3T RPD компаниясымен жұмыс істейді және соңғы уақытта 3T RPD принтерлерінің көмегімен пластикалық Garmin бекіткіштерінен титан шынжыр ұстағыштарына дейін өнімдерін шығаратын Race Ware велосипед құрамдас компаниясын құрды.
«Мен бұл іске кірістім, себебі менде SRM іске қосылды және Easton TT жолақтары бар», - дейді Харрис. «Мен штангаға орнатуды іздеуге барғанымда, мен таптым, тек қорқынышты адаптер жинағы болды, сондықтан мен өзім жасаймын деп ойладым. Мен оны өзім үшін жасасам, басқа біреудің де оны қалайтынын көремін деп ойладым, сондықтан мен TT форумына кіріп, айналасында сұрадым. Джейсон Сванн есімді жігіт Garmin құрылғысын алғысы келетінін айтты және ол CAD дизайнері болды, сондықтан дизайнды маған берді. Бірінші итерациядан қазір сатылып жатқан нұсқаға жету үшін небәрі үш-төрт ай қажет болды.’
Харрис көрсеткендей, 3D өндірісімен бірге келетін негізгі жетістіктердің бірі - өнімді өндіруге және өңдеуге болатын жылдамдық пен оңайлық. Сурет тақтасынан дайын мақалаға дейінгі жалпы процесс дәстүрлі әдістермен салыстырғанда өте жылдам, дегенмен құрастыру уақыты басып шығарылатын өнімнің күрделілігі мен санына байланысты бірнеше сағаттан бір аптаға дейін созылуы мүмкін.
«Инъекциялық қалыптау сияқты басқа өндіріс процестерінен айырмашылығы, 3D басып шығаруда ешқандай құрал жоқ», - дейді Харрис. «Маған CAD үлгісін жасау, бірнеше сынақты орындау, бірнеше түзетулер жасау, содан кейін мен оған риза болған кезде басып шығаруды бастау керек. Адамдарға оның басын алу қиынға соғады. Олар тапсыру уақыты қанша екенін сұрайды, мен: «Екі-үш апта» деп жауап бере аламын, ал олар біреудің «Келесі жылдың төртінші тоқсанында дайын болады» дегеніне үйреніп қалған.'
Жылдам прототиптеу
Әрине 3T RPD және Race Ware жалғыз емес; Қазіргі уақытта 3D басып шығарудың пайдасын көріп, шекараларды одан әрі ілгерілетуге ұмтылатын басқа өндірушілер мен салалар бар. Audi I, Robot фильмінде пайда болған RSQ концепциясын жасау үшін 3D басып шығару роботтарын пайдаланды; Sauber сияқты Формула 1 командалары көліктерінде 3D басып шығарылған тежегіш түтіктерді пайдаланады және жақында голландиялық Dus Architects сәулет фирмасы бүкіл үйді 3D басып шығару жоспарын жариялады. Сонымен, егер мұның бәрі мүмкін болса (үй «KarmerMaker» деп аталатын алты метр биіктіктегі принтерде бөліктерге бөлінеді), велосипедтердің өздері үшін қандай салдары болуы мүмкін? Өзін білемін деп ойлайтын бір адам Ridley bikes компаниясының зерттеу және дамыту бөлімінің басшысы Дирк Ван ден Берк.
«Соңғы екі-үш жыл ішінде біз Noah Fast шанышқысының тежегіші сияқты шағын прототип компоненттерін басып шығардық», - дейді Ван ден Берк. «Бірақ биыл бірінші рет [2013] біз Dean TT велосипедінің жаңа нұсқасын әзірлеудің бір бөлігі ретінде тұтас кадрды басып шығардық. Ол мінуге немесе стресстік сынақтан өтуге жеткілікті күшті емес, бірақ жел туннельіндегі аэросынақ және құрастыру сынағы үшін тамаша. Мұнда барлығы сәйкес келетінін көру үшін оны нақты құрамдастармен құрастыра аламыз.’
Race Ware сияқты, жылдам прототиптеу деп аталатын 3D басып шығарудың бұл ерекше түрі Ридлиге тез және арзан өзгерістер енгізуге мүмкіндік береді. «Декан туннельде сынау үшін түтік пішіндерінен бастады. Содан кейін біз толық жақтауларды құрастырдық. Біз оларды тексереміз, бағалаймыз, содан кейін кері оралып, шағын өзгерістер енгіземіз. Бұл тамаша нәрсе - шағын өзгерістерді өте жылдам жасауға болады. Тек түймені басып, принтер басып шығаруды тоқтатуды күту керек.
‘Бұрын сіз жасыл шам жанып, жақтау жасаушылар қалыптарды кесе бастағанға дейін жақтауды жасау үшін компьютерлер мен бағдарламалық құралды пайдаланатын едіңіз. 3D басып шығару арзан технология болмаса да, ол пішінді ашып, жақтауда бірдеңені көріп, қайта бастаудан гөрі арзанырақ, - деп толықтырды Ван де Берк.
Ендеше, 3T RPD сияқты компаниялар металда басып шығара алатын болса және Ридли сияқты өндірушілер бүкіл прототипті велосипед жақтауларын басып шығарып жатса, неге біз екеуін біріктіріп, жүруге болатын велосипедтерді басып шығара алмаймыз?
‘Толық кадр үшін бұл өте қиын, өйткені мініп жүрген кезде кадрдың жүктелу тәсілі, - деп түсіндіреді Ван ден Берк. «Бұл барлық кернеулер мен штаммдарға төтеп бере алатын күрделі құрылым. Көміртектің көмегімен қабаттарды жасау тәсілі белгілі бір бағытта жақтауды күшті немесе қатты етеді. Басып шығару арқылықасиеттерін басқару әлдеқайда қиын.
материал және бұл жақтауды жасауды қиындатады. Дегенмен, бәрі осы бағытта жүріп жатқаны сөзсіз.’
Масштаб үнемдеу
Бристолдағы арнаның үстінен 3D басып шығарылған кадрлардың шынайылығы барған сайын жақындап келе жатқан бір компания бар – кем дегенде ішінара.
Charge Bikes EADS (European Aeronautic Defence and Space Company) компаниясымен алғашқы өндірістен басылған оқуды тастап кеткендерді жасау үшін жұмыс істейді. Ti6Al4V титанынан жасалған, оқудан шығарылғандар Charge мұздатқыш кросс велосипедтеріне дәнекерлеу үшін Тайваньға жөнелтілгенге дейін EADS мекемесінде басып шығарылады. Дегенмен, EN тестілеуі және Charge кәсіпқойы Крис Меткалфтың бақылауындағы ауыр сегіз ай сабақты тастап кеткендердің CNC немере ағалары сияқты сәтті екенін көрсетті, бірақ олар және олар қатысатын процесте шектеулер жоқ.
Charge компаниясының Нил Кузинс былай дейді: «Қазіргі уақытта басып шығарылған үзілістер стандартты мұздатқыш жақтауының құнына 20% қосады, өйткені ішінара әрбір құрастыру принтердің өлшеміне байланысты ең көбі 50 шығуды ғана жасай алады. Сондай-ақ бізде ондағы принтерлер саны шектеулі – қазір олар Ұлыбританияда тек үш басқа компанияда бар – және оларды пайдалану үшін қажетті тәжірибе мен дағдылар.’
Кузинс болашақта мұндай бөлшектерді өндіру құнының машина өлшемдері мен саны артқан сайын төмендеуіне ешқандай себеп жоқ екенін атап өтті, бірақ әзірге ол технологияның қайда бара жатқаны туралы нақты: «Біз әрқашан бөлшектерге арналған жоспарлар жасайды және жаңа өнеркәсіптік дизайнерді осында жалдады. Есте сақтау керек нәрсе, көптеген бөлшектердің қымбатқа түсетіні сонша, біз дистрибьюторлар сөрелерінде жылдар бойы отыратын нәрсені жасаудан сақ болуымыз керек. Велосипед индустриясының көптеген ірі ойыншылары технология туралы қосымша ақпарат алу үшін бізбен және EADS-пен байланыста болды және қысқа мерзімде мен 3D басып шығару хабтар, механизмдер сияқты компоненттерді жасау үшін пайдаланылатынын оңай көре аламын. және кассеталар.'
Race Ware-тің Мартин Харрис аэродинамикалық гуру Саймон Смартпен бірлесіп титан діңін жасау үшін бір қадам алда болуы мүмкін. Дайын, сатылатын зат болмаса да (Харристің бағалауы бойынша, қазіргі нұсқасы оған 5 000 фунт стерлингке тұрды, сондықтан біреуін ауыстыру біршама қиын болуы мүмкін), бұл жай ғана 3D басып шығарудың қазіргі уақытта қандай деңгейде екенін және қандай деңгейде екенін дәлелдеуге қызмет етеді. Race Ware және Charge сияқты компаниялар барғысы келетін жерге жету үшін қажет.
«3D басып шығару болашағының кілті - процесті түсіну», - дейді 3T RPD қызметкері Фил Килберн. «Адамдарды технологияға сену, оның не істей алатынын және не істей алмайтынын үйрету үшін бізден көп миссионерлік жұмыс қажет болды. Процесті түсінгеннен кейін ғана оның артықшылығын пайдалана аласыз. Ол әлі жеткен жоқ, бірақ ол жеткенде 3D басып шығару жарылып кетеді.’
Жақсы басып шығару: 3D басып шығару қалай жұмыс істейді
- 3T RPD пластмассадан жасалғанымен қатар металл бөлшектерді басып шығаратын машиналар сериясына ие, мысалы, Race Ware тапсырысы бойынша титан шынжыр ұстағыштары.
- Принтер камерасы 1000°C+ температурада жұмыс істейтін бір талшықты лазер титан ұнтағы қабатындағы екі өлшемді қабаттарды сызып тастамас бұрын, 70°C дейін қызады.
- Ашық ақ жарық лазердің нүктесі емес, ұнтақ титан балқыған кезде шығатын қарқынды жарық.
- Тізбекті ұстағыштар 20 микрондық қабаттарға салынған – әрбір қабат қадағаланғаннан кейін, жаңа ұнтақ қабаты жайылғанша принтер төсегі 0,02 мм-ге төмендейді.
- Металл принтер төсектері пластикалық принтер төсектерінен әлдеқайда кішірек болады. Бірақ ең соңғы 3T RPD машиналары бұрынғыдан 50% жоғары құрастырылған.
- Принтерлерді үлкейтудегі үлкен мәселе фокустау лазерлерімен байланысты. Кішірек металл принтерлер бір лазерді пайдаланады, ал үлкен аумақты пластикалық принтерлер екі лазерді пайдалануы керек.
- Үш шынжыр ұстағышты титаннан басып шығару шамамен төрт сағатты алады. Принтер төсегіне 50-ге дейін сығуға болады, бірақ құрастыру уақыты шамамен 12 сағатқа дейін артады.
- Құрылысы аяқталғаннан кейін бөлшектерді құм үйіндісінен тас алу сияқты алып тастауға болады. Қалған ұнтақтың көп бөлігі қайта өңделеді және келесі құрылымға қайта салынады.
