tehnologije 3d ispisa - predavanje
TRANSCRIPT
Dr.sc. Davor Antonić
TEHNOLOGIJE
3D ISPISA
Stanje i
perspektive
Sadržaj
• Uvod
• Tehnologije 3D ispisa
• Projekt RepRap
• 3D pisač MendelMaxPRO
2
UVOD
• Princip rada
• Primjene
• Povijesni razvoj
3
Princip rada
• Predmeti se stvaraju principom aditivne izrade, tj. dodavanjem materijala – ušteda materijala!
• Vedina klasičnih tehnika obrade temeljeno je na stvaranju predmeta oduzimanjem materijala (tokarenje, glodanje, ...)
4
Princip rada
• Aditivna izrada omoguduje izradu predmeta koje nije mogude ostvariti klasičnim postupcima obrade
• Primjer: kuglični ležaj
5
Princip rada
DizajnPriprema za ispis
Ispis
Stvaranje 3D modela u nekom od CAD alata
Rastavljanje modela na slojeve
Izrada predmeta
Neovisno o tehnologiji ispisa Specifično
6
Princip rada
7
Primjene
• Industrija - brza izrada prototipova, izrada alata (kalupi), proizvodnja, prilagodba i individualizacija proizvoda
CRP Group’s Italian, all-electric “superbike”, Energica
– Printani oklop
http://3dprintingindustry.com/2013/07/22/3d-printing-gives-electric-superbike-energica-more-power/ 8
Primjene
• Hobi / kudna upotreba
– Izrada predmeta za osobnu upotrebu
– Modelarstvo, robotika
http://www.thingiverse.com/thing:32281/
http://www.3ders.org/articles/20120415-young-student-builds-hexapod-robot-with-dimension-3d-printer.html
http://www.digitaltrends.com/cool-tech/the-worlds-first-plane-created-entirely-by-3d-printing-takes-flight/
9
Primjene
• Hobi / kudna upotreba
– Izrada dijelova za 3D pisače
http://www.mikroelektronika.hr/
10
Primjene
• Medicina i stomatologija– Izrada modela dijelova tijela
temeljem CT /RTG snimke -priprema za operacije, protetske zahvate
– Izrada prilagođenih implantata
– Izrada stomatoškog otiska iz CT snimke čeljusti
– Fiksiranje udova
(egzoskelet)
http://www.energyandcapital.com/articles/3d-printing-profits-from-the-health-care-industry/3590
http://blog.solidconcepts.com/evolution-custom-manufacturing/tip-of-the-iceberg/
11
Primjene
• Biologija i kemija
Stvaranje bakterijskih kultura
Ispis katalizatora i reaktanata
http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/10/3d-printing-bacteria-multiple-infections
12
Primjene
• Arhitektura
– Izrada modela građevina
http://solidsmack.com/fabrication/3dmtp-makes-it-easy-to-3d-print-architectural-models/
13
Primjene
• Dizajn i umjetnost
– 3D reprodukcije kipova, ekvivalent grafikama
– Dorada 3D predmeta
– Ispis matematičkih funkcija
http://www.businessinsider.com/will-3d-printing-go-mainstream-2013-1
14
Primjene
• Moda
Haljina rađena po mjeri za Ditu von Teese
– 17 zasebno ispisanih dijelova
– Korišten pisač s najlonskim prahom i laserskom koagulacijom
http://vr-zone.com/articles/3d-printing-crosses-over-to-the-designer-fashion-industry/19201.html?TB_iframe=true&height=650&width=850
15
Primjene
• Edukacija– Pristupačna cijena čini 3D printer dostupnim
obrazovnim ustanovima
– Pruža uvid u proizvodne procese
– Potiče kreativnost
– Uvodi u nove tehnologije
– Omoguduje sticanje znanja iz raznih područja: • Građa pisača: strojarstvo, elektrotehnika, računarstvo,
mehatronika, robotika,
• Upotreba pisača: 3D dizajn, proizvodni procesi, strojarstvo, medicina, kemija, arhitektura, umjetnost, ekonomija
16
Primjene
• Bududnost– Printanje bioloških (organi) i kemijskih struktura
(lijekovi)
– Integracija s nanotehnologijom – 3D ispis postavljanjem pojedinih atoma – novi materijali
Li-ion baterija
– Promjer dizne 30μm
– Širina elektrode 60μm
http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/06/3d-printed-microbattery-grain-sand
17
Povijesni razvoj
Godina
1984. Charles Hull razvio tehnologiju stvaranja fizičkih 3D objekata iz digitalnih podataka.
1986. Charles Hull patentira tehnologiju pod nazivom Stereolitografija. Iste godine osniva tvrtku 3DSystems i razvija prvi komercijalni 3D pisač.
1988. Scott Crump otkriva Fused Deposition Modeling (FDM) tehnologiju koja se koristi u današnjim stolnim pisačima.
1989. Scott Crump osniva tvrtku Stratasys.
1992. Stratasys prodaje prvi printer koji koristi FDM tehnologiju i štiti naziv FDM.
1993. MIT patentira „3D tehnologiju ispisa” baziranu na 2D inkjet tehnologiji
1995. Studenti i njihov mentor s MIT-a osnivaju tvrtku Z Corporation i dobivaju ekskluzivnu licencu od MIT-a za korištenje tehnologije. 2012. je tvrtka 3D Systems preuzela Z Corporation.
1995.-2004. Razvijaju se nove tehnologije ispisa, pojavljuju novi modeli. Cijena uređaja i dalje >30.000$
2004. Adrian Bowyer pokrede RepRap projekt 18
TEHNOLOGIJE ISPISA
19
Pregled tehnologija
Tehnologija Opis Materijali
Fused Deposition Modeling (FDM) ili Fused Filament Fabrication (FFF)
Istiskivanje (rastaljenog) materijala kroz ispisnu diznu.
Različite vrste termoplastika (ABS, PLA), guma, plastelin, silikon, čokolada, ...
Powder-bed and inkjet-head 3D printing
Na sloj praha inkjet glavom nanosi se vezivo i boja
Različite vrste praha i materijala za impregnaciju
Direct metal laser sintering (DMLS) iliSelective laser melting (SLM) ili Selective laser sintering (SLS)
Tanki sloj praha selektivno se tali laserskom zrakom
Različiti metali i plastike
Electron-beam melting (EBM)
Slična prethodnoj tehnologiji, umjesto lasera koristi se snopelektrona.
Različiti metali i plastike
20
Pregled tehnologija
• FDM / FFF i EBF3 jedine omoguduju izradu zatvorenih šupljih struktura.
21
Tehnologija Opis Materijali
Electron-Beam Freeform Fabrication (EBF3)
Materijal se nanosi metalnom žicom. Spoj žice i prethodnog sloja tali se elektronskim snopom (NASA).
Različiti metali
Stereolitography (SLA) Laserska zraka skrutnjava tekudi foto-polimer.
Polimeri
Laminated-object manufacturing (LOM)
Tanki listovi materijala izrezuju se mehaničkim rezačem ili laserom i međusobno lijepe
Papir, plastika, metalne folije
Fused Filament Fabrication (FFF)
22
Powder-bed and inkjet-head 3D printing
23
Selective laser sintering (SLS)Electron-beam melting (EBM)
24
Electron-Beam Freeform Fabrication (EBF3)
25
Stereolitography (SLA)
26
Laminated-object manufacturing (LOM)
27
PROJEKT REPRAP
28
• REPlicating RApid Prototyper
• Projekt je 2005. godine pokrenuo Adrian Bowyer, profesor stojarstva na Sveučilištu Bath u Engleskoj
• Osnovna ideja projekta je razviti 3D pisač koji može ispisati vedinu svojih dijelova
• Open source projekt – sve ideje se brzo objavljuju da se spriječi patentiranje
• Glavni dizajni pisača nazvani po poznatim genetičarima
• Koristi Fused Filament Fabrication (FFF) tehnologiju. Naziv izmišljen unutar RepRap projekta zbog zaštidenog imena Fused Deposition Modeling (FDM).
29
RepRap Darwin
30
RepRap Mendel
31
RepRap Prusa Mendel
32
RepRap Huxley
33
RepRap MendelMax 1.5
34
RepRap MendelMax 2.0
35
3D PISAČ MENDELMAXPRO
36
37
Dizajn
• Razvili smo ga na bazi pisača MendelMax 1.5+• Unapređenja:
– Poboljšana krutost nosača pogonskih elemenata (redizajn 90% plastičnih dijelova)
– U izvornom dizajnu vodilice i vijci za pogon Z-osi nisu bili paralelni. Zupčasti remeni nisu bili paralelni s pogonjenom osi.
– Vijci korišteni za pogon Z-osi zamijenjeni trapeznim navojnim vretenima
– Navojna vretena fiksirana u gornjoj točki– Senzori krajnjeg položaja fiksirani na nosače. Senzor Z-osi
omoguduje precizno podešavanje– Ugradnjom Al profila povedana krutost radnog stola– Fiksiran na podlogu, što povedava krutost i smanjuje
vibracije 38
Tehnički podaci
39
Radni volumen: 20 x 20 x 16 cm
Vertikalna razlučivost: 0,1 – 0,4 mm
Promjer niti: 3 mm
Promjer dizne: 0,5 mm
Hlađenje sloja: Aktivno (ventilator s regulacijom brzine vrtnje)
Preciznost pozicioniranja: XY osi: 12,5 mikronaZ os: 0,6 mikrona
Brzina rada: XY os: 500 mm/s pozicioniranje, 150 mm/s izradaZ os: 5 mm/s
Prosječna potrošnja: 80W (PLA), 120W (ABS)
Softver
• Dizajn 3D objekta– Mogude je koristiti bilo koji program za 3D
modeliranje koji dizajn može pohraniti u standardnom STL formatu
– FreeCAD (http://www.freecadweb.org/)
• Priprema modela za ispis– Rastavljanje 3D modela na slojeve uz definiranja
parametara izrade sloja
– Slic3r (http://slic3r.org/)
• Kontrola pisača– Pronterface (http://reprap.org/wiki/Printrun) 40
Materijali
• PLA (PoLylactic Acid): biorazgradiv, proizveden polimerizacijom kukuruznog škroba, osjetljiv na povišenu temperaturu i vlagu, krut
41
Materijali
• ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) – ekološki manje prihvatljiv od PLA, u odnosu na PLA veda čvrstoda, elastičnost, bolje podnosi povišenu temperaturu i vlagu. Kod ispisa zahtijeva više temperature glave i radnog stola, podložan deformacijama.
42
• Drvo – čestice drva (40%) pomiješane s polimernim vezivom. Ispisani predmet na izgled, opip i miris pruža osjedaj drveta. Temperatura ispisa određuje boju.
43
• Kamen – čestice kamena pomiješane s polimernim vezivom. Ispisani predmet na izgled, opip i miris pruža osjedaj kamena. Temperatura ispisa određuje finodu površine.
44
• FlexPLA – elastični PLA, svojstva slična gumi
• Polistiren
• Najlon
• BendLay – prozirni materijal sličan pleksiglasu
• Thermochrome EcoPLA – iznad 29oC postaje proziran
. . .
• Novi materijali pojavljuju se svakodnevno
45
ZAKLJUČAK
46
• 3D pisači sada su na razini kao kad su se u području klasičnog 2D ispisa pojavili dostupni tintni pisači.
• Tako je bilo s vedinom tehnologija koje danas koristimo: računala, pisači, mobilni telefoni, ...
47
Budućnost stolnih pisača
• Pisači s više glava– Ispis više različitih materijala ili više boja
– Uređaji ved postoje
• Masovna proizvodnja– Uzrokovati de pad cijene
• Pad cijene i dostupnost nekih od tehnologija ispisa (kao što je pojavom jeftinih tintnih pisača s vremenom pala cijena laserskih)
• ??? Vidjeti demo ...
48
Korisni linkovi
MendelMaxPRO
• http://www.mikroelektronika.hr
Projekt RepRap
• http://reprap.org/
Korisne informacije
• http://www.3ders.org/
• http://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing
Online usluge 3D ispisa
• http://www.shapeways.com/
• http://i.materialise.com/
49
50
Hvala na pažnji !