Hur fungerar 3D-skrivare? Här är lågpunkten för additiv tillverkning

3D-utskrift finns överallt nuförtiden. Människor använder den för att göra allt från produktprototyper till jetmotorer och allt däremellan - men hur fungerar 3D-skrivare, exakt? Hur gör dessa magiska maskiner tredimensionella föremål - av praktiskt taget vilken form som helst - på några timmar? Tja, om du någonsin har varit nyfiken på dessa saker, har du tur. Här är en helt enkel sammanfattning av de fyra vanligaste 3D-utskriftsteknikerna som används idag.

FDM

Filamentavsättningsmodellering, även känd som fused filamenttillverkning, är den vanligaste typen av 3D-utskrift - åtminstone på konsumentsidan. Om du har sett en 3D-skrivare personligen tidigare, är chansen ganska god att det var en FDM-skrivare.

Funktionellt sett fungerar din genomsnittliga FDM-maskin mycket som en limpistol som drivs av en robot (intressant nog, det är faktiskt hur FDM uppfanns tillbaka på 1980-talet!). Fast material går i ena änden, trycks genom ett varmt munstycke, smälter och avsätts i tunna lager. Detta händer om och om igen tills ett tredimensionellt objekt dyker upp. Den enda skillnaden är att istället för lim, dessa

I enklast möjliga termer är FDM 3D-utskrift i princip 2D-utskrift om och om igen. Varje gång ett lager är färdigt, rör sig munstycket upp lite (eller ibland rör sig sängen ner) och nästa lager skrivs ut ovanpå det. Så småningom, efter att hundratals eller till och med tusentals lager har staplats ovanpå varandra, blir resultatet ett 3D-objekt.

SLA/DLP

SLA och DLP är två sidor av samma mynt. SLA (Stereolitografi) och DLP (digital laserprojektion) använder båda ljus för att "växa" föremål i en pool av fotoreaktivt harts. Skillnaden är att SLA fungerar genom att blinka en laser - en liten prick av koncentrerat ljus - över ett givet område för att härda det och skapa ett lager. Däremot härdar DLP-maskiner alla områden av ett lager samtidigt genom att projicera ljus på hartset i form av det lagret.

Oavsett de tekniska specifikationerna fungerar SLA/DLP-maskiner i allmänhet på ett liknande sätt. Till att börja med sänks skrivarens byggplatta ner i en pöl av flytande harts och stannar bara en bråkdel av en millimeter innan den når botten. Den här bottenplattan är för övrigt helt genomskinlig - vilket låter ljuset lysa upp genom botten. När detta händer kommer allt flytande harts som direkt träffas av ljuset att stelna och därigenom bilda det första lagret av ett föremål och smälta samman det med byggplattan. Därefter rör sig byggplattan upp några mikrometer (vilket drar in mer flytande harts under sig), och processen börjar igen. På detta sätt skapas objekt lager för lager, nerifrån och upp.

SLS

SLS-utskrift fungerar väldigt annorlunda än FDM och SLA. För att skapa ett föremål blinkar maskinen med en laser över en bädd av superfint pulver och smälter samman partiklarna till ett tunt, stelnat lager. Maskinen sveper sedan mer pulver över toppen av det lagret (begraver det effektivt) och upprepar processen tills utskriften är klar.

Att trycka föremål på detta sätt har ett antal distinkta fördelar. Den arbetar med ett brett utbud av material, kan skriva ut stora överhäng och spännvidder utan att använda stödmaterial, och delarna den producerar är av extremt hög kvalitet. SLS-skrivare kan göra föremål som är nästan lika bra som delar skapade genom formsprutning, fräsning och andra traditionella tillverkningsprocesser.

Den enda nackdelen? SLS-skrivare är oerhört dyra jämfört med deras FDM och SLA/DLP motsvarigheter. Detta beror på att högenergilasrar som kan smälta samman superfina partiklar är, ja, ganska dyra till att börja med. Generellt sett kostar även de billigaste SLS-skrivarna uppemot $200 000 dollar - och högre ände kan lätt kosta miljoner. Som sagt, det finns en handfull företag arbetar för närvarande med demokratisera denna teknik och göra det mer tillgängligt, så det finns en chans att SLS-skrivare kan vara tillgängliga för hobbyister och konsumenter inom en inte så avlägsen framtid.

Polyjet

Tänk på polyjet utskrift som en magnifik hybrid mellan FDM, SLA-utskrift och normal 2D-bläckstråleskrivare. Dessa maskiner sprutar ut små droppar av fotoreaktivt harts på en byggyta och härdar (härdar) den sedan omedelbart med ultraviolett ljus. Denna process upprepas sedan hundratals (om inte tusentals) gånger för att skapa objekt lager för lager. Den stora skillnaden är att till skillnad från FDM-skrivare kan polyjetmaskiner deponera material från flera munstycken (därav namnet) samtidigt - vilket ger dem en mängd fördelar.

Förmodligen är den största fördelen med polyjet att objekt kan skapas med ett brett utbud av olika färger, gradienter och mönster. Många polyjet-maskiner kan också skriva ut med flera material samtidigt. Till exempel, om du behövde en sladdlös borrmaskin hölje med en nylonkropp och ett gummigrepp, kan en tillräckligt avancerad polyjetmaskin potentiellt tillverka det föremålet i en utskriftssession. Utöver det kan polyjet-skrivare också ha extremt höga upplösningar - så mycket att det ofta är svårt att säga att ett objekt som producerats i en avancerad polyjet-maskin 3D-utskrivs.

Vad kan du göra med en 3D-skrivare hemma, frågar du dig? Här, kolla in några av de bästa och användbara idéer för 3d-utskrift.

Redaktörens rekommendationer

• Behöver du en sista minuten Halloween-dräkt? Kolla in dessa 3D-utskrivbara bilder
• 3D-utskrift låter sjukhus göra respiratorersättningar med vanlig utrustning
• 3D-utskriftsteknik producerar små, mycket detaljerade objekt på några sekunder
• 3D-printad kopia av Michelangelos David-staty är mindre än 1 mm hög
• Smart topologi betyder att denna 3D-printade polymer är tillräckligt tuff för att stoppa en kula

Uppgradera din livsstilDigitala trender hjälper läsare att hålla koll på den snabba teknikvärlden med alla de senaste nyheterna, roliga produktrecensioner, insiktsfulla redaktioner och unika smygtittar.