თვითგანმეორებადი პრინტერები, რომლებიც ქმნიან ობიექტებს კომპიუტერული ნახატებიდან? არა სამეცნიერო ფანტასტიკა, არამედ რეალობა, რომელიც რევოლუციას მოახდენს წარმოებაში
მიუხედავად იმისა, რომ შეიძლება არ იფიქროთ, 1986 წელი გადამწყვეტი წელი იყო. ლონდონის საფონდო ბირჟის დერეგულაციამ შეცვალა ფულზე ჩვენი აზროვნება; ჩერნობილმა შეცვალა ჩვენი აზროვნება ბირთვულ ენერგიაზე; Top Gun-მა შეცვალა ჩვენი აზროვნება ფილმების საუნდტრეკებზე და მათთვის, ვინც ყურადღებით აქცევს ყურადღებას, ამერიკელმა ჯენტლმენმა, სახელად ჩაკ ჰალი, შეცვალა ჩვენი აზრი წარმოებაზე.
იმ წელს, 11 მარტს (შესაძლოა, რომის ტრადიციული დაარსებიდან დაახლოებით ერთი მილიონი დღე), ჰალმა გაიცა აშშ-ის პატენტი ნომერი 4, 575, 330: „სტერეოლითოგრაფიით სამგანზომილებიანი ობიექტების წარმოების აპარატი“. ასე დაიბადა 3D პრინტერი.
"ჩაკ ჰალი იყო ის ბიჭი, რომელმაც ეს ყველაფერი დაიწყო", - ამბობს ფილ კილბერნი, გაყიდვების მენეჯერი 3D ბეჭდვის კომპანია 3T RPD-ში. ის იმ დროს Xerox-ში მუშაობდა და გაუჩნდა იდეა, რომ მელანი ერთმანეთზე დაედო მყარი სამგანზომილებიანი მოდელის შესაქმნელად. მან მიიღო ეს პროცესი და დაიწყო პირველი 3D ბეჭდვის კომპანია, 3D Systems.'
დასაწყისში
Hull-ის ორიგინალურმა 3D პრინტერმა გამოიყენა ულტრაიისფერი შუქი თხევადი ფოტოპოლიმერის ღუმელის ზედაპირზე ორგანზომილებიანი ფორმის დასახაზად, ნივთიერება, რომელიც მყარდება ულტრაიისფერი სხივების ზემოქმედებისას. ეს პროცესი ისევ და ისევ ხდება, ქმნიან 2D ფენებს 3D ობიექტის შესაქმნელად. მიუხედავად იმისა, რომ 3D პრინტერებში გამოყენებული პროცესები და მასალები მას შემდეგ შორს წავიდა, საფუძვლები იგივე რჩება.
"მანქანები, რომლებსაც ახლა ვიყენებთ, იყენებენ ლაზერებს", - ამბობს 3T RPD-ის IT მენეჯერი მარტინ ჰარისი. პროცესი ძალიან ჭკვიანია, მაგრამ მისი ძირითადი ფორმით ძალიან მარტივია: აიღეთ ფხვნილი და გაადნეთ.ასე რომ, ჩვენს მანქანებში თქვენ გაქვთ ფხვნილი მასალის საწოლი, მაგალითად, ნეილონი, რომელიც თბება პრინტერის კამერაში მისი დნობის წერტილის ქვემოთ. შემდეგ ლაზერები აფიქსირებენ კომპონენტის ორგანზომილებიან ჯვარედინი მონაკვეთებს, რომლის წარმოებაც გსურთ ფხვნილზე, ყოველ ჯერზე დნება 2D ფენა. როგორც კი ფენის მიკვლევა მოხდება, პრინტერის ფსკერი იშლება, ვთქვათ, 120 მიკრონი [0,12 მმ], შემდეგ ხელახლა გადაფარვის მკლავი ავრცელებს ფხვნილის მასალის კიდევ ერთ ფენას ზემოდან და პროცესი თავიდან იწყება, ლაზერის კვალით. გამოიტანე შემდეგი ფენა.'
ეს პროცესი ემყარება "გლოვის" მეთოდს, სადაც მაღალ ტემპერატურაზე ფხვნილის ნაწილაკების ატომები ერთმანეთში დიფუზირდება და მყარ ნაჭერად იქცევა. მაგრამ ეს არ არის საკმარისი მხოლოდ ლაზერის დამიზნება პლასტმასისკენ და სასარგებლო ობიექტის გაჩენის მოლოდინი.
„პირველ რიგში რასაც აკეთებთ არის 3D CAD [კომპიუტერის დახმარებით დიზაინი] მოდელის შექმნა, რისი გაკეთებაც გსურთ“, ამბობს ჰარისი.შემდეგ, შეკვეთილი პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით, თქვენ ათავსებთ მოდელებს ვირტუალურ 3D სივრცეში, რომელიც ასახავს პრინტერის საწოლის ზომას. იქიდან თქვენ ინახავთ ყველა თქვენს ფაილს STL-ში - სტერეოლითოგრაფია, ან სამკუთხა ფაილები - და როდესაც ფაილებს მოამზადებთ, ძირითადად ჭრით მათ ყველა სისქეზე, რომელსაც აშენებთ. ყველა ეს დაჭრილი ფაილი იგზავნება კომპიუტერში, რომელიც აკონტროლებს პრინტერს და შემდეგ უბრალოდ დააჭირეთ go-ს და პრინტერი დაბეჭდავს მას. ბედის ირონიით, ამ პრინტერების ბევრი ნაწილი აქ სხვა პრინტერებზეა დაბეჭდილი, ამიტომ ისინი თვითგანმეორებად იქცნენ.'
Harris ჩართული იყო 3T RPD-ში ბოლო 13 წლის განმავლობაში და, ბოლოს და ბოლოს, დააარსა Race Ware, ველოსიპედის კომპონენტების კომპანია, რომელიც აწარმოებს თავის პროდუქტებს - Garmin პლასტიკური სამაგრებიდან დაწყებული ტიტანის ჯაჭვის დამჭერებით - 3T RPD-ის პრინტერების გამოყენებით.
"შევეშვი ამ საქმეს, რადგან ვმართავ SRM-ს და მაქვს Easton TT ზოლები", - ამბობს ჰარისი. როდესაც ბარის სამაგრის მოსაძებნად წავედი, მხოლოდ რაღაც საშინელი ადაპტერის ნაკრები ვიპოვე, ამიტომ ვიფიქრე, რომ მე თვითონ გავაკეთებდი.მე მივხვდი, რომ თუ მე ვაკეთებდი ერთს, ვნახავდი, ვინმეს უნდოდა თუ არა, ამიტომ შევედი TT ფორუმზე და ვიკითხე. ამ ბიჭმა, სახელად ჯეისონ სვანმა, თქვა, რომ სურდა Garmin-ი და ის იყო CAD დიზაინერი, ამიტომ მან დიზაინი მომცა. სულ რაღაც სამი ან ოთხი თვე დაგვჭირდა პირველი გამეორებიდან იმ ვერსიამდე, რომელსაც ახლა ვყიდით.'
როგორც ჰარისი მიუთითებს, ერთ-ერთი მთავარი მიღწევა, რომელიც მოდის 3D წარმოებასთან არის სიჩქარე და სიმარტივე, რომლითაც შესაძლებელია პროდუქტების წარმოება და დახვეწა. მთლიანი პროცესი დაფის დახატვიდან მზა სტატიამდე უჩვეულოდ სწრაფია უფრო ტრადიციულ მეთოდებთან შედარებით – თუმცა აშენების დრო შეიძლება გაგრძელდეს რამდენიმე საათიდან დაახლოებით ერთ კვირამდე, რაც დამოკიდებულია დაბეჭდილი პროდუქტების სირთულესა და რაოდენობაზე.
"სხვა წარმოების პროცესებისგან განსხვავებით, როგორიცაა ინექციური ჩამოსხმა, 3D ბეჭდვით არ არსებობს ხელსაწყოები", - ამბობს ჰარისი. „ყველაფერი რაც მე უნდა გავაკეთო არის CAD მოდელის შექმნა, რამდენიმე სატესტო გაშვება, რამდენიმე შესწორება და შემდეგ, როცა კმაყოფილი ვიქნები, დავიწყე ბეჭდვა.ადამიანებს უჭირთ თავის გარკვევა. ისინი მეკითხებიან, რა არის დახარჯული დრო და მე შემიძლია ვუპასუხო: „ორი ან სამი კვირა“, მაშინ როცა ისინი მიჩვეულები არიან, რომ ვიღაც ამბობს: „მომავალი წლის მეოთხე მეოთხედში მზად იქნება“.“
სწრაფი პროტოტიპირება
რა თქმა უნდა, 3T RPD და Race Ware მარტო არ არის; არსებობს სხვა მწარმოებლები და ინდუსტრიები, რომლებიც ამჟამად იღებენ სარგებელს 3D ბეჭდვისგან და ცდილობენ საზღვრების კიდევ უფრო წინსვლას. Audi-მ გამოიყენა 3D ბეჭდვითი რობოტები RSQ კონცეპტუალური მანქანის შესაქმნელად, რომელიც გამოჩნდა ფილმში I, Robot; ფორმულა 1-ის გუნდები, როგორიცაა Sauber, იყენებენ 3D დაბეჭდილ სამუხრუჭე არხებს თავიანთ მანქანებზე და, ბოლოს, ჰოლანდიურმა არქიტექტორმა ფირმა Dus Architects-მა გამოაცხადა, რომ გეგმავს 3D დაბეჭდოს მთელი სახლი. ასე რომ, თუ ეს ყველაფერი შესაძლებელია (სახლი, სავარაუდოდ, ნაწილებად აშენდება ექვს მეტრის სიმაღლის პრინტერზე, სახელწოდებით "KarmerMaker"), რა შედეგები შეიძლება მოჰყვეს თავად ველოსიპედებს? ერთი ადამიანი, რომელიც ფიქრობს, რომ იცის, არის Ridley bikes-ის კვლევისა და განვითარების ხელმძღვანელი, დირკ ვან დენ ბერკი.
„ბოლო ორი ან სამი წლის განმავლობაში ვბეჭდავდით მცირე პროტოტიპის კომპონენტებს, როგორიცაა Noah Fast ჩანგლის მუხრუჭები“, - ამბობს ვან დენ ბერკი. მაგრამ პირველად ამ წელს [2013] ჩვენ დავბეჭდეთ მთელი ჩარჩო, როგორც Dean TT ველოსიპედის ჩვენი ახალი ვერსიის შემუშავების ნაწილი. ის არ არის საკმარისად ძლიერი სატარებლად ან სტრესის შესამოწმებლად, მაგრამ შესანიშნავია ქარის გვირაბში აერო ტესტირებისთვის და ასამბლეის ტესტირებისთვის, სადაც შეგვიძლია შევქმნათ ის რეალური კომპონენტებით, რათა დავინახოთ, რომ ყველაფერი ჯდება.'
როგორც Race Ware-ის შემთხვევაში, 3D ბეჭდვის ეს კონკრეტული ტიპი - რომელიც ცნობილია როგორც სწრაფი პროტოტიპი - საშუალებას აძლევს რიდლის ცვლილებები შეიტანოს სწრაფად და იაფად.”დინი დაიწყო მილის ფორმებით, რათა გამოსცადო გვირაბში. შემდეგ ავაშენეთ სრული ჩარჩოები. ჩვენ ვამოწმებთ მათ, ვაფასებთ, შემდეგ ვბრუნდებით და ვაკეთებთ მცირე ცვლილებებს. ეს შესანიშნავია - მცირე ცვლილებები შეიძლება ძალიან სწრაფად განხორციელდეს. თქვენ უბრალოდ უნდა დააჭიროთ ღილაკს და დაელოდოთ პრინტერის ბეჭდვას.
ადრე თქვენ იყენებდით კომპიუტერებს და პროგრამულ უზრუნველყოფას ჩარჩოს შესაქმნელად, იქამდე, სანამ აანთებდით მწვანე შუქს და ჩარჩოების შემქმნელები იწყებდნენ ყალიბების ჭრას. მიუხედავად იმისა, რომ 3D ბეჭდვა არ არის იაფი ტექნოლოგია, ის, რა თქმა უნდა, უფრო იაფია, ვიდრე ფორმის გახსნა, ჩარჩოში რაიმე არასწორი დანახვა და თავიდან დაწყება, - დასძენს ვან დე ბერკი.
ასე რომ, თუ კომპანიებს, როგორიცაა 3T RPD, შეუძლიათ ბეჭდვა მეტალში და მწარმოებლები, როგორიცაა Ridley, უკვე ბეჭდავენ მთლიანი პროტოტიპის ველოსიპედის ჩარჩოებს, რატომ არ შეგვიძლია ორივე ერთად გავაერთიანოთ და დავიწყოთ სატარი ველოსიპედების ბეჭდვა?
"სრული ჩარჩოსთვის ეს საკმაოდ რთულია ტარების დროს ჩარჩოს დატვირთულის გამო", - განმარტავს ვან დენ ბერკი. „ეს არის რთული სტრუქტურა, რომელსაც უნდა შეეძლოს გაუმკლავდეს ყველა სახის სტრესს და დაძაბულობას. ნახშირბადის საშუალებით, ფენების შექმნის გზა არის ის, რაც ქმნის ჩარჩოს ძლიერ ან ხისტად გარკვეული მიმართულებით. ბეჭდვით გაცილებით რთულიათვისებების კონტროლი
მასალა და სწორედ ეს ართულებს ჩარჩოს წარმოებას. თუმცა, რა თქმა უნდა, ყველაფერი ამ მიმართულებით მიდის.'
მასშტაბის ეკონომია
ბრისტოლის არხის უკან, არის ერთი კომპანია, რომლისთვისაც 3D ბეჭდური ჩარჩოების რეალობა სულ უფრო უახლოვდება - ნაწილობრივ მაინც.
Charge Bikes მუშაობდა EADS-თან (ევროპული აერონავტიკის თავდაცვისა და კოსმოსური კომპანია) პირველი პროდუქციის დაბეჭდილი გამოშვების შესაქმნელად. დამზადებულია Ti6Al4V ტიტანისგან, ამოვარდნილები იბეჭდება EADS-ის ობიექტში, სანამ გაიგზავნება ტაივანში Charge-ის საყინულე ჯვარედინი ველოსიპედებში შესადუღებლად. თუმცა, მიუხედავად იმისა, რომ EN ტესტირებამ და დამქანცველმა რვა თვემ Charge-ის პრომო მძღოლის, კრის მეტკალფის ხელმძღვანელობით, აჩვენა, რომ მიტოვებები ისეთივე წარმატებული იყვნენ, როგორც მათი CNC'd ბიძაშვილები, ისინი და პროცესი, რომლის ნაწილიც ისინი არიან, არ არის შეზღუდვების გარეშე.
Charge's Neil Cousins ამბობს: „ამჟამად დაბეჭდილი გამოშვებები 20%-ით მატებს სტანდარტული საყინულე ჩარჩოს ღირებულებას, ნაწილობრივ იმის გამო, რომ თითოეულ კონსტრუქციას შეუძლია მაქსიმუმ 50 ამოღება პრინტერის ზომის გამო.ჩვენ ასევე შეზღუდულები ვართ პრინტერების რაოდენობით - ამჟამად მხოლოდ სამ სხვა კომპანიას აქვს ისინი დიდ ბრიტანეთში - და მათი გამოყენებისთვის საჭირო ექსპერტიზა და უნარები.'
Cousins აღნიშნავს, რომ არ არსებობს მიზეზი იმისა, რომ მომავალში ასეთი ნაწილების წარმოების ღირებულება არ შემცირდება, რადგან მანქანების ზომები და რაოდენობა იზრდება, მაგრამ ამ დროისთვის ის რეალისტურია იმის შესახებ, თუ საით მიდის ტექნოლოგია: „ჩვენ ვართ ყოველთვის ამუშავებს გეგმებს ნაწილებისთვის და ახლახან დავიქირავე აქ ახალი ინდუსტრიული დიზაინერი. ერთი რამ უნდა გვახსოვდეს, რომ ბევრი ნაწილი იქნება იმდენად ძვირი, რომ ჩვენ უნდა ვიყოთ ფრთხილად, რომ არ გავაკეთოთ ისეთი რამ, რაც წლების განმავლობაში იჯდება ჩვენი დისტრიბუტორების თაროებზე. ამის თქმით, ველოსიპედის ინდუსტრიის ბევრი მსხვილი მოთამაშე დაუკავშირდა ჩვენთან და EADS-ს, რათა მეტი ინფორმაცია მიეღო ტექნოლოგიაზე და მოკლევადიან პერსპექტივაში მე ადვილად ვხედავ 3D ბეჭდვას, რომელიც გამოიყენება ისეთი კომპონენტების დასამზადებლად, როგორიცაა ჰაბები, მექანიკა. და კასეტები.'
Race Ware-ის მარტინ ჰარისი შეიძლება იყოს ერთი ნაბიჯით წინ, რომელმაც ითანამშრომლა აეროდინამიკურ გურუსთან Simon Smart-თან ტიტანის ღეროს შესაქმნელად.მიუხედავად იმისა, რომ შორს არის დასრულებული, გაყიდვადი ნივთი (ჰარისის შეფასებით, ამჟამინდელი ვერსია მას 5000 ფუნტი დაუჯდა, ამიტომ მისი შეცვლა შეიძლება ცოტა რთული იყოს), ის უბრალოდ ემსახურება იმის მტკიცებას, თუ რა დონეზეა ამჟამად 3D ბეჭდვა და ასევე რა დონეზეა. საჭირო იქნება იქამდე მისასვლელად, სადაც ისეთ კომპანიებს, როგორიცაა Race Ware და Charge, სურთ წასვლა.
„3D ბეჭდვის მომავლის გასაღები პროცესის გაგებაა“, ამბობს 3T RPD-ის ფილ კილბერნი. „ჩვენი მხრიდან ბევრი მისიონერული შრომა დასჭირდა იმისთვის, რომ ხალხს დაეჯერებინა ტექნოლოგიები, ესწავლებინა ხალხი იმის შესახებ, თუ რისი გაკეთება შეუძლია და არა. მხოლოდ მას შემდეგ რაც გაიგებთ პროცესს, შეგიძლიათ ისარგებლოთ ამით. ის ჯერ არ მიუღწევია იქ, მაგრამ როცა ეს მოხდება, 3D ბეჭდვა აფეთქდება.“
წვრილი ბეჭდვა: როგორ მუშაობს სინამდვილეში 3D ბეჭდვა
- ისევე, როგორც პლასტმასში აშენებს, 3T RPD-ს აქვს მანქანების სერია, რომლებიც ბეჭდავს ლითონის ნაწილებს, როგორიცაა Race Ware-ის მიერ შეკვეთილი ტიტანის ჯაჭვის დამჭერები.
- პრინტერის კამერა თბება 70°C-მდე, სანამ ერთი ბოჭკოვანი ლაზერი, რომელიც მუშაობს 1,000°C+, ორგანზომილებიან ფენებს ტიტანის ფხვნილის საწოლში ამოიღებს.
- კაშკაშა თეთრი შუქი, რომელსაც ხედავთ, არ არის ლაზერის წერტილი, არამედ ინტენსიური შუქი, რომელიც გამოიყოფა დაფხვნილი ტიტანის დნობისას.
- ჯაჭვის დამჭერები აგებულია 20 მიკრონიან ფენებად - ყოველი ფენის მიკვლევის შემდეგ, პრინტერის საწოლი ეცემა 0,02 მმ-ით, სანამ ფხვნილის ახალი ფენა გავრცელდება.
- მეტალის პრინტერის საწოლები, როგორც წესი, ბევრად უფრო მცირეა, ვიდრე პლასტმასის პრინტერის საწოლები. მაგრამ 3T RPD-ის უახლესი აპარატები უკვე აშენებულია 50%-ით უფრო მაღალი ვიდრე მათი წინამორბედები.
- პრინტერების გადიდების დიდი პრობლემა მოდის ფოკუსირებულ ლაზერებთან. პატარა ლითონის პრინტერები იყენებენ ერთ ლაზერს, ხოლო უფრო დიდი ფართობის პლასტმასის პრინტერები უნდა გამოიყენონ ორი.
- 3 ჯაჭვის დამჭერის ტიტანში დაბეჭდვას დაახლოებით ოთხი საათი სჭირდება. პრინტერის საწოლში 50-მდე შეკუმშვა შესაძლებელია, მაგრამ დამზადების დრო დაახლოებით 12 საათამდე გაიზრდება.
- როდესაც მშენებლობა დასრულდება, ნაწილების ამოღება შეიძლება თითქმის ისე, როგორც ქვიშის გროვიდან ქვის ამოღება. დარჩენილი ფხვნილის დიდი ნაწილი გადამუშავდება და იბრუნებს შემდეგ კონსტრუქციაში.
