Kolmemõõtmeline printimine

See video näitab kera valmistamist FDM-tehnoloogiat kasutades. Kera valmistamiseks kulus pool tundi

Kolmemõõtmeline printimine ehk 3D-printimine on 3D-printeri abil CAD-failist (kavandist) kolmemõõtmelise eseme valmistamine.

Printimisel saadud detaili saab kasutada: prototüübina toote disaini arendamiseks, valuvormide valmistamiseks ning mudelite koostamiseks. Põhiline valmistamismeetod seisneb detailide kasvatamisega kihtide kaupa, uue materjali lisamisega eelnevalt paigaldatud kihile.

Printimismeetodid

3D-printer

Põhiline erinevus detailide valmistamise tehnoloogiate vahel seisneb selles, kuidas materjali kihte üksteise peale paigaldatakse.

Laserpaagutamine

Laserpaagutamistehnoloogia kasutab võimast laserit, mis sulatab plasti, metalli, keraamika või klaasi pulbri kihthaaval, vastavalt detaili läbilõikele, terviklikuks mudeliks.

Stereolitograafia

Stereolitograafia

Esimene tootmisse antud 3D-printer töötas stereolitograafia meetodil. Selle leiutas 1984. aastal Charles Hull, kasutab printimise toormaterjalina vedelat polümeeri, mis tahkub teatud lainepikkusega valguse käes. Valgusallikana kasutatakse laserit, ning soovitud detail saadakse kihthaaval materjali tahkestamisega vastavalt mudeli läbilõikele. Kuna materjal muutub tahkeks ainult laseri fookuses, siis pärast ülejäänud vedela polümeeri eemaldamist jääb alles soovitud detail. Detaili valmistamise aeg sõltub detaili suurusest ja keerukusest, kuid üldiselt pole see kauem kui üks päev. Valmistatud detail on piisavalt vastupidav ning seda saab edasi töödelda teiste masinatega. Sellist tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt valuvormide valmistamiseks.

Sulatatud sadestumise vormimine

FDM-tehnoloogia põhimõte. 1 – otsik, 2 – paigaldatud materjal, 3 – liikuv alus

FDM-tehnoloogia puhul valmistatakse detail sulatatud plasti paigaldamisega läbi peene otsiku, kihthaaval, järgides soovitud mudeli läbilõikeid. See tehnoloogia on peamine, mida kasutatakse kiirprototüüpimises, kuna toormaterjal on suhteliselt odav ning mudeli valmistamise aeg on lühike.

Elektronkiirega sulatamine

EBM tehnoloogia puhul kasutatakse toormaterjalina metallsulami pulbrit, mis sulatatakse terviklikuks detailiks vaakumi all. Erinevus laserpaagutamistehnoloogiast seisneb selles, et laseri asemel kasutatakse elektronkiirt. Samuti on valmistatud detailid vastupidavamad. Kuna see tehnoloogia võimaldab kasutada toormaterjalina titaani sulameid, kasutatakse seda laialdaselt meditsiinitööstuses proteeside valmistamiseks.

Laserpaagutamine

SLS (Selective Laser Sintering) ehk laserpaagutamine on levinud 3D-printimise tehnoloogia. Eseme valmistamiseks laotatakse esmalt printimisalusele õhuke kiht printimispulbrit. Seejärel paagutatakse (ei toimu pulbri täielikku sulamist) laseriga pulbrisse eseme esimese kihi kontuur. Nüüd kantakse printimisalusele uus kiht printimispulbrit ning protsessi korratakse eseme valmimiseni. Printimise lõpus raputatakse jääkpulber esemest välja. Järele jäänud pulbrit saab uuesti kasutada. Kaasaegsed SLS 3D-printerid suudavad toota esemeid paljudest erinevatest pulber-materjalidest, näiteks polüstüreenist, nailonist, keraamikast, terasest, titaanist, alumiiniumist ja isegi hõbedast.

Multi-jet-mudeldus

On olemas ka MJM-mudeldus (multi-jet modelling). Esemed ehitatakse üles järjestikuste pulbrikihtide abil. Tindipritsi pea piserdab sideainet, mis liimib ainult vajalikud terakesed kokku. Mõned MJM-printerid, nagu näiteks ZCorpi ZPrinter 650, suudavad piserdada nelja erinevat värvi sideainet, võimaldades luua kuni 600x540 punktitihedusega värvilisi esemeid.

Kasutusvaldkonnad

3D-printeriga valmistatud tudengivormeli sisselaskekollektori osad Tallinna Tehnikaülikoolis

Kolmemõõtmelist printimist kasutatakse kiirprototüüpimiseks peaaegu kõigis tööstusharudes: alates ehte- ja meditsiinitööstusest, lõpetades kosmosetööstusega. Kolmemõõtmeline printimine on kasutust leidnud ka arheoloogias väärtuslikest esemetest koopiate valmistamisel. Antud juhul tehakse algsest esemest 3D-skanneriga mudel arvutisse ning seejärel prinditakse mudelist koopia. Kriminoloogias on eelnevalt kirjeldatud tehnoloogiat kasutatud kannatada saanud asitõendite taastamiseks. 2015. aasta detsembris kasutas austraallasest neurokirurg Ralph Mobbs 3D-printerit oma patsiendi Drage Josevski kaelalülist proteesi tegemiseks, kuna neurokirurg tahtis luuvähi tekitatud kasvaja käes vaevleva patsiendi elu päästa. Operatsioon õnnestus ning pärast pool aastat kestnud operatsioonijärgsete söömis- ja rääkimishäireid patsient tervenes.

Valmistatud detailide täpsus

Detailide lahutusvõimet kirjeldavad paigaldatava kihi paksus ja selle täpsus valmistatava detaili läbilõike suhtes. Kihtide paksused jäävad 100 mikromeetri suurusjärku ning tasapinnaline täpsus on 50–100 mikromeetri vahel, mis on võrreldav tavalise laserprinteri eraldusvõimega. Prinditud detailide mõõtmed on üldiselt 50×50×50 cm suurusjärgus. Suurimad seni ühes tükis prinditud detailid on mõõtmetega 200×70×95 cm. EADS korporatsioonil on plaanis olnud hakata tootma komposiitmaterjalist lennukidetaile, mis oleks valmistatud kolmemõõtmelise printimise tehnoloogiaid kasutades. Antud juhul oleks mõned detailid kuni 35 m pikad.

Tulevik

3D-printimistehnoloogia kasutamine kunstis (autor Bathseba Grossman)

Sõltumata sellest, kas 3D-printimise tehnoloogiad jõuavad tavakasutajate kodudesse või mitte, on 3D-printeritel suur tulevikupotentsiaal. Järgnevalt on toodud mõned näited tehnoloogia tulevikust.

• Seadmete varuosad – selle asemel, et tellida tootjalt varuosi endi (kui viimased on veel tootmises), saaks neid kohalikus poes või tootja esinduses vastavat faili kasutades lihtsalt ja kiiresti välja printida. See mitte ainult rõõmustaks kauba omanikku, vaid oleks ka üks keskkonnasõbralik tegevus, kuna seadmeid ei visataks välja ainult sellepärast, et teatav pisidetail puudub. 3D-printer võeti kasutusele Rahvusvahelises Kosmosejaamas NASA ja tuldi järeldusele, et kaugetele missioonidele oleks sedalaadi printereid vaja kosmoseaparaadi varuosade tootmiseks. USA sõjavägi on testinud 3D-printimist sõidukite varuosade valmistamisel lahinguväljal.
• Hoonete ehitus – Loughborough' Ülikooli töörühm töötab projekti käigus suurte hoonete komponente välja kohapeal, kusjuures komponendid on erineva tehnilise lahenduse ja termiliste omadustega.
• Asenduselundite loomine – siirdemeditsiini üks võimalikke tulevikumeetodeid. Inglise keeles on olemas vastav termin – bioprinting.
• Kunst – USA kunstnik Bathsheba Grossman kasutab juba 3D-printimist oma töödes. Tulevikumuuseumite ekspositsioonid võiksid olla välja prinditud digikogudest ainuüksi 3D-tehnoloogia rakendamisel.

Kulutõhusus

3D printimine on palju kulutõhusam valik väikeste koguste tootmiseks kui enamus traditsioonilisi meetodeid mis nõuavad kalleid tööriistu, vorme või tervete tooteliinide seadistusi. Eriti väikeste ja keskmiste partiide puhul väheneb vajadus suuremate investeeringute järele kuna materjalikulu on kontrollitav ja raiskamist esineb pigem vähe sest materjali kasutatakse täpselt niipalju kui detaili loomiseks vajalik on. Arvestades asjaolu, et detail prinditakse vastavalt ette antud digitaalsele mudelile ei muuda ka detailide erinevad versioonid tootmist kallimaks, kui siis ainult materjalikulu osas.

Vaata ka

• Laserlõikus
• Toidu 3D-printimine
• Ehitiste 3D-printimine
• Litofaania

Välislingid

• Mis on 3D-printimine?
• Первая ракета, напечатанная на 3D-принтере, готова к запуску в космос. BBC News Русская служба, 8. märts 2023
• https://3dmudel.ee/miks-valida-3d-printimine/