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Che cosa è la stampa 3D?

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Italian (Italiano) translation by Mirko Pizii (you can also view the original English article)

Negli ultimi anni la stampa 3D ha ricevuto molta attenzione, promettendo di rivoluzionare la produzione e ribaltando completamente il modo in cui produciamo elementi. Come con molti emergenti tecnologie dirompenti, un sacco di copertura nella stampa popolare è esagerato, più come un replicatore di Star Trek che i processi effettivi.

Tuttavia, se alcune delle affermazioni più selvagge pan fuori o non, per la stampa 3D designer offrono una prospettiva allettante: la capacità di produrre oggetti senza vincoli di produzione tradizionali, la capacità anche di fabbricare oggetti sulla scrivania senza fabbricazione tradizionale o le competenze ingegneristiche.

4D Dodecahedron in a MakerBot Replicator 2
4D dodecaedro in un MakerBot Replicator 2. Immagine di credito: strumenti creativi attraverso Flickr

Entro la fine di questo articolo sarà stato introdotto alla terminologia della stampa 3D e avere un'idea di quale metodo è migliore per voi. In primo luogo discuteremo le tre tecnologie più comuni e quindi alcune opzioni nella progettazione di un modello.

Tecnologie di stampa 3D

Non sarebbe corretto pensare a stampa 3D come una singola tecnologia. Invece è un insieme di tecnologie, seguendo un'idea condivisa di produzione additiva guidate dal software.

Così che cosa è la produzione di additivi? Molte tecniche di produzione iniziano con un blocco di materiale e selettivamente rimuoverlo finché non ci siamo lasciati con l'oggetto desiderato. Produzione additiva trasforma questo sulla sua testa, iniziando con una tela bianca e aggiungendo solo ciò che è richiesto per l'oggetto finale.

In sé questa produzione additiva è niente di speciale — un bambino costruendo castelli di sabbia sulla spiaggia è usando produzione additiva. È l'aggiunta della tecnologia digitale per un risultato affidabile e preciso che rende speciale la stampa 3D.

3D print consisting of many 2D slices
Stampa composta da molte fette 2D 3D. Immagine di credito: strumenti creativi attraverso Flickr

In genere questo funziona mediante tranciatura di un oggetto che desideriamo creare in sezioni sottili e costruire queste fette uno alla volta, impilati uno su altro. Pensare edificio una piramide come una serie di edifici quadrati, ciascuno inferiore all'ultimo, impilati fino a creare una forma 3D.

FDM: Estrusione filamenti

La prima tecnica che prenderemo in esame è FDM, fuse deposizionali modellazione o FFF, fabbricazione di filamento fuso se vogliamo evitare termini corrispondenti a marchi. Essa si basa su "estrusione" un filamento di materiale, cioè riscaldamento a un punto in cui può essere spremuto attraverso un ugello, producendo un filamento ancora più sottile. Questo ugello è spostato sopra una superficie, disegnare il contorno della sezione che vogliamo creare, poi riempire questa struttura con un modello di materiale.

Perché il materiale è caldo come esso viene estruso, lega a qualsiasi filamento già stabilito, formando una solida fetta di materiale. Una volta completato, l'ugello sposta verso l'alto una piccola quantità e inizia il successivo strato di estrusione.

Part way though an FDM print note the outline and infill pattern
Parte modo però un FDM stampato, nota il modello di struttura e tamponamento. Immagine di credito: Tony Buser via Flickr

Questa è la tecnica che si trova nella maggior parte delle stampanti 3D di hobbista, in genere con il materiale che essendo di plastica ABS o PLA. La tecnica produce un "grano di legno"-come superficie con scanalature lieve fra ogni strato (anche se questo può essere rimosso mediante levigatura, lucidatura o vapori di acetone). Imperfetta taratura di macchine può causare ciocche di filamento sporgente in luoghi o gocce di materiale fuso.

La tecnica può lottare con forme a strapiombo. Dal momento che si sta costruendo sopra lo strato sottostante, nulla a strapiombo viene estruso sul nulla ma aria! Fino a quando non abbiamo bisogno di sbalzo troppo lontano, il materiale sarà sostenere se stesso e non incurvarsi troppo. Tuttavia, macchine commerciali di affrontare il problema con un materiale di supporto che viene estruso da una seconda testa, costruito come un'impalcatura per sostenere eventuali sporgenze che possono essere ancorate o dissolto fuori in seguito. Ci sono che alcuni hobbisti tenta di replicare questo, ma tendono ad essere meno affidabile.

SLA: Impostazione resine

La tecnica successiva, stereolitografia o SLA, si basa su resine fotosensibili, fotopolimeri, materiali che cambiano da liquido a solido quando esposto alla luce (solitamente ultra violet). Esponendo ogni fetta dell'oggetto sulla superficie di un sottile strato di liquido con luce ultravioletta (UV), noi possiamo indurire solo le parti che vogliamo. Questa resina indurita è ripetutamente inondata con un altro sottile strato di liquido e quindi esposti con luce a forma di fetta successiva del modello, di lasciare un'indurito struttura 3D una volta abbiamo sgocciolare il liquido.

Il metodo di esposizione ai raggi UV è diverso: alcune stampanti di SLA utilizzano un laser, dello sterzo sopra la superficie su cui disegnare la fetta, mentre altri usano un proiettore DLP per esporre un intero livello in una sola volta.

Stereolithographic prints from the Form 1 printer
Stereolithographic stampa dalla stampante modulo 1. Immagine di credito: Seth Woodworth via Flickr

SLA più facilmente produce una stampa più agevole, più alta risoluzione, ma tende ad essere più costoso. Ha lo stesso problema di sporgenze e parti tendono a essere costruito su un'impalcatura fatta della resina stessa come oggetto incorporato, rendente necessario un po ' di pulizia levigatura.

Un sacco di "model making" tipo stampe nel mondo professionale della stampa 3D tendono ad utilizzare questa tecnica, e ci sono un sacco di foto-polimeri ora disponibili che imita materiali diversi. Fino a recentemente brevetti limitato questa tecnica per macchine professionali, ma macchine accessibili agli hobbisti sono apparsi negli ultimi anni e con questo, resine più conveniente inoltre sono comparso. Che essendo detto, la tecnica utilizza sostanze chimiche salse brodose con durata limitata, quindi non penso che avrai completamente sostituire FDM nella sfera hobbista.

SLS: Fusione con il laser

Le migliori stampanti 3D ancora utilizzano un laser, ma questa volta a un potere superiore, o di fusione o sinterizzazione polveri insieme (sinterizzazione è quando si riscalda un materiale sufficiente a fondersi con esso, ma non abbastanza per farlo sciogliere completamente in un liquido).

Queste polveri possono essere grado plastica come Nylon o anche metalli, consentono la stampa 3D di parti adatto a macchine di ingegneria. Se vedete un articolo di notizie su squadre di Formula 1 o produttori di razzo utilizzando la stampa 3D, questo sarà il tipo significano. Risoluzione molto alta e molto forte, ma in genere piuttosto costoso.

Questi tipi di macchine sono solitamente utilizzati come un'alternativa alle tradizionali tecniche di ingegneria e, anche se costoso, possono essere più conveniente rispetto alle tecniche tradizionali per pezzi unici o piccole produzioni.

SpaceX SuperDraco rocket engines using parts 3D printed with Inconel superalloy
Motori a razzo SpaceX SuperDraco utilizzando parti 3D stampato con Superlega Inconel. Immagine di credito: SpaceX foto via Flickr

Altre tecnologie di stampa 3D

Queste tre tecnologie sono in alcun modo esaustivo. È possibile ottenere stampanti che depositano gocce di cera, producendo un modello che può essere convertito in uno stampo per metalli (spesso usati per i gioielli). È possibile utilizzare tecnologia simile a una stampante a getto d'inchiostro sopra un catino di polvere, per depositare un raccoglitore e pigmenti, realizzazione di modelli a colori. O una tecnologia molto simile seguita da vetri di fare ceramica (piatti, tazze, ecc.). Ancora di più stampanti 3D specialista possono stabilire di materiali bio-compatibili per stampare tessuti viventi per l'impianto, oggetti su scala nanometrica per fare piccole macchine e macchine giganti costruire sezioni per l'architettura.

Artificial Sandstone 3D sculpture
Artificiale scultura 3D dell'arenaria. Immagine di credito: EdytaZwirecka via Wikipedia

Materiali di stampa 3D

Per la più ampia gamma di materiali, guardare un servizio di stampa 3D con una gamma di macchine, per l'offerta di istanza Shapeway. Stai guardando un numero di materie plastiche, metalli e ceramiche con caratteristiche diverse per soddisfare quello che stai cercando di fare.

Eccellente, si può pensare — non ho bisogno di cura come funziona, come funziona! Ma c'è l'inghippo: guardare ogni materiale che essi offrono e vedrete tutti hanno requisiti differenti spessori minimi, dimensioni del dettaglio di superficie minima, distanze minime, ecc. Si potrebbe trovare che è necessario modificare il vostro disegno per lavorare con il materiale che si sta utilizzando.

Se voi andare nella direzione opposta, ottenendo un hobbista stampante 3D, sei un po' più limitata, ma non tanto quanto ci si potrebbe aspettare. C'è una gamma di filamenti là fuori ora che lavoro su questo tipo di macchina. Ci sono filamenti flessibili, filamenti simil legno, materiali traslucidi e materie plastiche con tutti i tipi di caratteristiche diverse.

Attenzione, però: questi materiali solitamente bisogno un po ' di armeggiare con temperature e possibilmente anche alternative parti nella stampante. Maggior parte delle persone con questi tipi di macchine come ad armeggiare con queste cose, tuttavia.

Modellazione per la stampa 3D

Ci sono due grandi approcci alla modellazione 3D: modellazione di superfici e modellazione solida.

  • Modellazione di superfici in genere rappresenta un oggetto come punti, spigoli e facce.
  • Modellazione solida invece, come suggerisce il nome, mantiene una rappresentazione della parte interna dell'oggetto. Modellazione solida è in genere più difficile per il programmatore di scrivere e più limitante per la finestra di progettazione di modello in e per questo motivo molti modellisti che mira solo per il rendering delle immagini da un modello 3D utilizzerà un pacchetto di modellazione superficiale.

Per la modellazione 3D, o può essere utilizzato, anche se ci sono avvertimenti a quello. Ricordate che il software avrà lo scopo di sezionare il modello in sezioni e deve sapere che è all'interno e all'esterno di tali sezioni. Ovviamente una modellazione pacchetto che rappresenta gli oggetti come solidi sarà inequivocabile che è che, ma la modellazione di superfici possono produrre file dove non è così ovvio.

C'è un approccio molto rigoroso, che si deve prendere per produrre file validi con tale software, abbastanza diverso l'approccio abituale per realizzare un modello per eseguire il rendering. In breve, che il file deve essere "collettore", cioè senza facce che si intersecano, senza facce interne, senza buchi e tutti i vertici saldati non solo molto molto vicino. Il modello avrebbe dovuto essere acqua stretto se ce l'hai fatta da fogli di plastica. Prova a seguire questa guida per maggiori dettagli.

Quindi se non siete già esperti con modellazione di superfici, vi suggerisco di avere un andare con un pacchetto di modellazione solido. Anche se sono meno espressive, c'è meno ad andare male per il tuo primo tentativo!

Io tendo ad usare Solidworks, ma è piuttosto costoso. Per fortuna con l'ascesa del 3D stampa viene una proliferazione corrispondente di liberi pacchetti di modellazione solide. L'azienda che produce AutoCAD, un altro costoso ma molto potente pacchetto 3D, offre pochi pacchetti. Di questi, alcuni dei più utili per questo scopo sono Tinkercad, un pacchetto di CAD base basata su browser e 123D Design, uno strumento non in linea con funzionalità simili.

Il mio strumento gratuito Vai alla è solitamente Trimble Sketchup, che è gratuito per uso non commerciale, ma è necessario un'estensione per ottenere il giusto tipo di file.

Qualsiasi strumento che si utilizza, in genere è necessario finire con uno o più file stl. Si tratta di un formato di file molto semplice, ma ciò che la stampa più 3D strumenti sarò accettare.

Produzione di stampa 3D

Quindi sapete che alcune delle tecnologie, sai che alcuni dei software, forse hai anche fatto un file e si desidera solo per sapere come farlo stampare già! Ci sono alcuni modi si può andare qui: si può investire in una macchina, è possibile utilizzare un servizio di stampa 3D, o potete trovare un posto per utilizzare una stampante 3D. Ognuno ha vantaggi e svantaggi.

L'acquisto di computer può essere piuttosto un investimento, anche se molto meno rispetto al passato. Sarete limitati ad una tecnologia utilizza la macchina, e quindi i materiali uno (o pochi) usato in quanto tecnologia. Supponendo che tu non sei fatto di soldi e sono stati in grado di ottenere una macchina professionale, potrebbe essere necessario approfondire il lato techy della vostra macchina se qualcosa deve essere sostituito o ricalibrato, sebbene molti hobbisti macchine hanno eccellente comunità online per supportare questo.

Tuttavia, detto questo, avrete l'opzione più economica a parte che si vuole fare, così se ottenere agganciato può sfornare pezzi a vostro piacimento. E sarete in grado di scorrere rapidamente parti — se siete come me e si stanno facendo più parti di unirsi insieme, otterrete qualcosa sbagliato la prima volta si rendono!

A model underway on the Ultimaker a popular hobbyist 3D printer
Un modello in corso sulla Ultimaker, una stampante 3D popolare hobbista. Immagine di credito: Maurizio Pesce via Flickr

Un'altra opzione è 3D servizi di stampa, sia online o il tuo 3D locale azienda di stampa. Questo ha il vantaggio di costo non in anticipo (anche se è notevolmente più costoso per parte) e una gamma di tecnologie e materiali disponibili. L'altro aspetto negativo principale al lato il costo è tempo, perché si dovrà attendere per loro di farlo e spedire a voi. Ci sono alcuni grandi servizi là fuori, come Shapeways o iMaterialise, ma guardarsi intorno e trovare la soluzione che ha il miglior equilibrio tra prezzo e velocità per voi.

3D printed parts from Shapeways an online 3D printing service
Parti stampate 3D da Shapeways, un servizio di stampa 3D online. Immagine di credito: Lunatics TV via Flickr

La terza opzione è una casa a metà strada tra questi, ma dipende dal trovare una stampante 3D che è possibile utilizzare localmente. Il movimento maker ha provocato un sacco di spazi maker locali, che possono avere macchine disponibile al costo di entrata e materiale, o anche solo qualcuno che è disposto a scambi di tempo una macchina per competenze per i loro progetti di modellazione 3D. Un'occhiata!

O si può fare quello che faccio e fare tutte queste! Rapidamente modelli sulle proprie macchine di prova, Invia file off per materiali alternativi e farsi coinvolgere con produttori locali e gli studenti a fare le cose.

Conclusione

Così ora sai un po' di terminologia, alcune delle opzioni e il Pro e contro di ciascuno. Andare indietro e 3D stampare qualcosa di interessante. Anche essere sicuri di tenere gli occhi aperti per i futuri tutorial approfondendo alcuni dei dettagli più da vicino. Se avete domande, è possibile pubblicarli nei commenti!

Per il tuo primo passo in stampa 3D, perché non provare a utilizzare un servizio di stampa 3D. Prova il nostro tutorial sulla creazione di un caso di cellulare 3D stampata.

Anteprima immagine di credito: Seth Woodworth via Flickr

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