3D-печать - 3D printing

редактировать
Процесс добавления добавок, использованный для создания трехмерного объекта

Трехмерный принтер

3D-печать, или аддитивное производство, представляет собой построение трехмерного объекта из модели CAD или цифровая 3D-модель. Термин «3D-печать» может относиться к множеству процессов, в которых материал откладывается, соединяется или затвердевает под компьютерным управлением для создания трехмерного объекта, при этом материал складывается вместе. (например, молекулы жидкости или частицы порошка, сливающиеся вместе), обычно слой за слоем.

В 1980-х годах методы 3D-печати считались подходящими только для производства функциональных или эстетических прототипов, и в то время более подходящим термином для этого было прототипирование. По состоянию на 2019 год точность и диапазон материалов 3D-печати увеличились до такой степени, что некоторые процессы 3D-печати считаются жизнеспособными в качестве технологии промышленного производства, при этом термин аддитивное производство может как синоним 3D-печати. Одним из ключевых преимуществ 3D-печати является возможность создания очень сложной формы или геометрии, которая в противном случае было невозможно построить вручную, включая полые детали или детали с внутренними ферменными конструкциями для снижения веса. Моделирование наплавлением, или FDM, наиболее распространенным процессом 3D-печати, используемым с 2020 года.

Содержание

  • 1 Терминология
  • 2 История
    • 2,1 1950
    • 2,2 1970-х годов
    • 2.3 1980-е
    • 2.4 1990-е
    • 2.5 2000 -е
    • 2.6 2010-е
  • 3 Общие принципы
    • 3.1 Моделирование
    • 3.2 Печать
    • 3.3 Отделка
    • 3.4 Материалы
    • 3.5 Мультиматериальная 3D-печать
  • 4 Процессы и принтеры
  • 5 Приложения
  • 6 Юридические аспекты
    • 6.1 Интеллектуальная собственность
    • 6.2 Законодательство и администрация в отношении оружия
    • 6.3 Регулирование в области авиакосмической промышленности
  • 7 Здоровье и безопасность
    • 7.1 Опасности
      • 7.1.1 Выбросы
      • 7.1.2 Прочие
    • 7.2 Контроль за опасностями
    • 7.3 Регулирование здравоохранения
  • 8 Воздействие
    • 8.1 Социальные изменения
    • 8.2 Изменение окружающей среды
  • 9 См. Также
  • 10 Ссылки
  • 11 Дополнительная литература
  • 12 Внешние ссылки

Терминология

Общий термин аддитивное производство (AM) приобрел популярность в 2000-х., вдохновленные темой объединение материалов (любым из способов ). Напротив, термин «субтрактивное производство» появился как ретроним для большого семейства процессов механической обработки с удалением материала в качестве их общего процесса. Термин 3D-печать по-прежнему относился к полимерным технологиям в большинстве умов, а термин AM с большей вероятностью использовался в контексте металлообработки и производства конечных деталей, чем среди энтузиастов полимерной, струйной или стереолитографии. Струйная печать была обозначена знакомой технологией, хотя она была изобретена в 1950 году и плохо изучена из-за своей сложной природы. Самые ранние струйные принтеры использовались в качестве записывающих устройств, а не принтеров. Еще в 1970-х годах термин «рекордер» ассоциировался со струйной печатью. Непрерывная струйная печать позже превратилась в струйную печать по запросу или Drop-On-Demand. Вначале струйные принтеры были одним соплом, а теперь у них есть тысячи сопел для печати за каждый проход по поверхности.

К началу 2010-х термины 3D-печать и аддитивное производство развились в смыслах, альтернативными зонтичными терминалами для аддитивных технологий, которые использовались на популярном языке сообществами производителей потребителей и средств массовой информации информации., а другой используется более формально производителями промышленных конечных деталей, производных машин и организациями по техническим стандартам. До недавнего времени термин «3D-печать» ассоциировался с машинами с низкой ценой или возможностями. 3D-печать и аддитивное производство отражают то, что технологии разделяют добавление или соединение материалов в 3D-рабочей оболочке под автоматическим контролем. Питер Зелински, главный редактор журнала Additive Manufacturing, отмечает в 2017 году, что эти термины по-прежнему часто являются синонимами в повседневном использовании, но некоторые обрабатывающей промышленности проводят различие, согласно которому аддитивное производство включает 3D-печать плюс другие технологии или другие аспекты производственного процесса.

Другие термины, которые использовались как синонимы или гиперонимы, включающее настольное производство, быстрое производство (как динамическое на уровне производства, преемник) быстрого прототипирования ), и производство по запросу (что перекликается с печатью по запросу в 2D-понимании печати). Такое применение прилагательных быстро и по требованию к существительному производству в новинку в 2000-х годах, что свидетельствует о преобладающей ментальной модели долгой индустриальной эры, в которой почти все производственные производства требуют длительного времени выполнения для кропотливой разработки инструмента. Сегодня «вычитание» не заменил термин «механическая обработка», а вместо этого дополняет его, когда требуется термин, охватывающий любой метод удаления. Гибкие инструменты - использование это модульных средств проектирования инструментов, которые производятся методами аддитивного производства или 3D-печати, чтобы обеспечить быстрое прототипирование и реагирование на потребности в инструментах и ​​приспособлениях. В гибкой инструментальной оснастке используется экономичный и высококачественный метод быстрого реагирования на потребности клиентов и рынка, и он может использовать в гидроформовании, штамповке, литье под давлением. и другие производственные процессы.

История

1950

Общая концепция, которые будут представлены в 3D-печати, были впервые Раймондом Ф. Джонсом в его рассказе «Инструменты торговли», опубликовано в ноябрьском выпуске журнала Astounding Science Fiction за 1950 год. В истории он назвал это «молекулярным спреем».

1970-е годы

В 1971 году Йоханнес Ф. Готвальд запатентовал регистратор жидких металлов, US3596285A, устройство для непрерывной струйной печати из металлического материала для формирования металлической конструкции на многоразовой поверхности для немедленного использования или утилизации для печати снова переплавкой.

В патенте говорится: «Используемый здесь термин« печать »не предназначен в ограниченном смысле, но включает написание или формирование других символов, знаков или рисунков с помощью чернил.. Используется «чернила» в том смысле, в котором используется термин «чернила» в котором используется для включения не только красителей. т, но и любых текучих композиций, подходящих для нанесения на поверхность для формирования символов, знаков или интеллектуальных рисунков посредством маркировки ». Предпочтительные чернила к «Клей» типа. Диапазон в продаже составов чернил, которые могли бы удовлетворить требованиям изобретения, в настоящее время неизвестен. Однако подходящая печать в соответствии с изобретением достигнута с использованием проводящего металлического сплава в чернил. "

" Но с точки зрения требований к материалам для таких больших и непрерывных дисплеев, если они потребляются с известными до этого темпами, но увеличиваются в пропорционально увеличении, высокая стоимость серьезно ограничит любое повсеместное использование процесса или устройства, удовлетворяющих вышеуказанным целям. "

" Таким образом, дополнительная цель изобретения - использование материалов в процессе достижения класса. "

" Еще одна цель изобретения состоит в том, чтобы материалы, используемые в таком процессе, были спасены для повторного использования. "

" Согласно другому аспекту изобретения комбинация для письма и т.п. включает носитель для отображения интеллектуального рисунка и приспособление для снятия рисунка с носителя ».

В 1974 году Дэвид Э.Х. Джонс изложил концепцию 3D-печати в своей постоянной колонке Ариадна в журнале l New Scientist.

1980-е

Первые оборудование и материалы для аддитивного производства были разработаны в 1980-х.

В апреле 1980 года Хидео Кодама из Нагоя Муниципальный промышленный Научно-исследовательский институт разработал два аддитивных метода для изготовления трехмерных пластиковых моделей с фотоотверждающимся термореактивным полимером, где область УФ-облучения контролируется шаблоном маски или сканирующим волоконным передатчиком. Он зарегистрировал патент на этот плоттер XYZ, который был опубликован 10 ноября 1981 г. (JP S56-144478 ). Результаты его исследований в виде журнальных статей были опубликованы в апреле и ноябре 1981 года. Однако реакции на серию его публикаций не последовало. Его устройство не было оценено в лаборатории, и его начальник не проявил никакого интереса. Его бюджет на исследования составлял всего 60 000 иен или 545 долларов в год. Получение патентных прав на плоттер XYZ было прекращено, и проект был прекращен.

2 июля 1984 года американский предприниматель Билл Мастерс подал патент на свой автоматизированный производственный процесс и систему (US 4665492 ). Эта заявка на USPTO как первый в истории патент на 3D-печать; Это был первый из трех патентов, принадлежащих Мастерам, которые заложили основу для систем 3D-печати, используемых сегодня.

16 июля 1984 г. Ален Ле Мехоте, Оливье де Витте и Жан Клод Андре зарегистрировал свой патент на процесс стереолитографии. От заявки французских изобретателей отказались французская компания General Electric (ныне Alcatel-Alsthom) и CILAS (Лазерный консорциум). Заявленная причина заключалась в «отсутствии деловой перспективы».

В начале 1984 года Роберт Ховард основал компанию R.H. Research, позже названную Howtek, Inc., для разработки цветного 2D-принтера с использованием термопластичных (термоплавких) пластиковых чернил. Была сформирована команда, часть которой представляет Exxon Office Systems, подразделение Danbury Systems, стартап по производству струйных принтеров, а также некоторые члены группы Howtek, Inc., ставшие популярными фигурами в индустрии 3D-печати. Патент Ричарда Хелински US5136515A, Метод и средства для создания трехмерных изделий путем осаждения частиц, заявка 11.07.1989, выданная 8.04.1992, образовала компанию CAD-Cast, Inc в Нью-Гемпшире, название которой позже было изменено на Visual Impact Corporation (VIC) 22.08.1991. Прототип 3D-принтера VIC для этой компании доступна с видеопрезентацией, демонстрирующей 3D-модель, напечатанную с помощью струйной печати с одним соплом. Другой сотрудник, Герберт Менхеннетт, основал компанию HM Research в Нью-Гэмпшире в 1991 году и представил Howtek, Inc, струйную технологию и термопластические материалы Ройдену Сандерсу из SDI и Биллу Мастерс из производства баллистических частиц (BPM), где он проработал несколько лет. И в 3D-принтере BPM и в 3D-принтере SPI используются струйные принтеры в стиле Howtek, Inc. и материалы в стиле Howtek, Inc. Ройден Сандерс получил лицензию на патент Helinksi до производства Modelmaker 6 Pro в компании Sanders prototype, Inc (SPI) в 1993 году. Джеймс К. МакМахон был нанят Howtek, Inc для помощи в разработке струйной печати, позже он работал в Sanders Prototype и теперь управляет Layer Grown Model Technology, поставщиком услуг 3D, специализирующимся на струйных принтерах с одним соплом Howtek и поддержкой принтеров. Джеймс К. МакМахон работал со Стивеном Золтаном в Exxon и в 1978 году получил патент, который расширил понимание струйных принтеров с одним соплом и помог усовершенствовать струйные устройства Howtek, Inc.

Три недели спустя, в 1984 году, Чак Халл из 3D Systems Corporation подал собственный патент на систему изготовления стереолитографии, в которой слои добавлены путем отверждения фотополимеров с помощью ультрафиолетового света лазерами. Халл определил этот процесс как «систему для создания трехмерных объектов создания структуры поперечного сечения объекта, который должен быть сформирован». Вкладом Халла стал формат файла STL (стереолитография) и стратегии цифрового нарезания и заполнения, общие для многих современных процессов.

В 1986 году Чарльз «Чак» Халл получил патент на свою систему, и его компания, 3D Systems Corporation, выпустила первый коммерческий 3D-принтер SLA-1.

Используемая технология большинства 3D-принтеров на сегодняшний день - особенно модели, ориентированные на любителей и потребителей - это моделирование методом наплавления, специальное применение пластика экструзии, разработанное в 1988 г. году С. Скотт Крамп и коммерциализируется его компанией Stratasys, которая выпустила на рынок свою первую машину FDM в 1992 году.

1990-е годы

Процессы AM для спекания или плавления металлов (например, селективное лазерное спекание, прямое лазерное спекание металла и селективное лазерное плавление) в 1980-х и 1990-х годах обычно носили индивидуальные названия. В то время вся обработка металлов производилась процессами, которые сейчас называются неаддитивными (литье, изготовление, штамповка и механическая обработка ); хотя в этой технологиих было применено много автоматизированная (например, роботизированная сварка и ЧПУ ), идея инструмента или головки, движущихся через трехмерную рабочую область преобразование массы исходного материала в желаемую форму с помощью траектории инструмента было связано в металлообработке процессы, которые удаляли металл (а не добавляли его), такими как CNC фрезерование, CNC EDM и многие другие. Но автоматизированные методы добавления металла, которые позже будут называть аддитивным производством, начали ставить под сомнение это предположение. К середине 1990-х годов в Стэнфордском и Университета Карнеги-Меллона были разработаны новые методы осаждения материалов, включая микролитье и напыление материалов. Жертвенные и вспомогательные материалы также стали распространенными, что создать объекты новой геометрии.

Термин 3D-печать применялся к процессу порошкового слоя с использованием стандартных и нестандартных струйных печатающих головок, разработанных в MIT Эмануэля Сакса в 1993 году и коммерческое использование Soligen Technologies, Extrude Hone Corporation и Z Corporation.

В 1993 году также была основана компания по производству струйных 3D-принтеров, используемая названная Sanders Prototype, Inc, а под названием Solidscape, представляющая высокоточную систему производства полимерной струи с растворимыми опорными структурами (классифицируется как технология «точка-точка»).

В 1995 году Общество Фраунгофера разработало процесс селективного лазерного плавления.

2000-е годы

Срок действия патентов на печать методом моделирования наплавления (FDM) истек в 2009 году.

2010-е годы

По мере развития различных аддитивных процессов стало ясно, что Вскоре удаление металла перестанет быть единственным цехом металлообработки, выполняемым с помощью инструмента или головки, движущихся через трехмерную рабочую область, трансформирующую массу материалов в желаемую форму за слоем. 2010-е годы были первым десятилетием, в котором металлические конечные детали, такие как кронштейны двигателя и большие гайки, будут выращиваться (либо до, либо вместо механической обработки) в производстве, а не в обязательной механической обработки из пруткового материала или пластин. Литье, изготовление, штамповка и механическая обработка по-прежнему более распространены, чем аддитивное производство в металлообработке, но AM сейчас начинает делать значительные успехи, и с преимуществами дизайна для аддитивного производства, он инженерам ясно, что впереди еще много всего.

По мере развития технологий начали предполагать, что 3D-печать может помочь в устойчивом развитии в разных странах.

В 2012 году Filabot разработала систему закрытия петля с пластиком и позволяет любому 3D-принтеру FDM или FFF печатать с более широким спектром пластиков.

В 2014 году Бенджамин С. Кук и Манос М. Тенцерис демонстрируют первую многоматериальную вертикально интегрированную платформу аддитивного производства печатной электроники (VIPRE), которая позволяет 3D-печать функционирующей электроники. до 40 ГГц.

Термин «3D-печать» используемый относился к процессу, при котором связующий материал наносится на слой порошка с помощью головок струйных принтеров слой за слоем. Совсем недавно в популярном жаргоне начали использовать этот термин, чтобы охватить более широкий спектр методов аддитивного производства, таких как аддитивное производство электронным лучом и селективное лазерное плавление. В американских и мировых технических стандартах официальный термин «аддитивное производство» используется в этом более широком смысле.

Наиболее часто используемый процесс 3D-печати (46% по данным на 2018 год) - это технология экструзии материала, называемая моделированием наплавленного осаждения, или FDM. Хотя технология FDM была изобретена после двух других самых популярных технологий, стереолитографии (SLA) и селективного лазерного спекания (SLS), FDM, как правило, является самой недорогой из трех с большим отрывом, что способствует популярности этого процесса.

Общие принципы

Моделирование

CAD модель, используемая для 3D-печати 3D-модели могут быть созданы из 2D-изображений, сделанных в 3D-фотобудке.

3D-печать модели могут быть созданы с помощью пакета для автоматизированного проектирования (CAD), с помощью 3D-сканера или с помощью простой цифровой камеры и программного обеспечения для фотограмметрии. 3D-печатные модели, созданные с помощью САПР, приводят к относительно меньшему количеству ошибок, чем другие методы. Ошибки в моделях для 3D-печати можно выявить и исправить перед печатью. Процесс ручного моделирования подготовки геометрических данных для компьютерной 3D-графики аналогичен пластическому искусству, например, скульптуре. 3D-сканирование - это процесс сбора цифровых данных о форме и внешнем виде реального объекта, создание на его основе цифровой модели.

Модели САПР можно сохранять в формате файлов стереолитографии (STL), фактическом формате файлов САПР для аддитивного производства, в котором хранятся данные, основанные на триангуляции поверхности моделей САПР. STL не предназначен для аддитивного производства, так как он создает файлы больших размеров с оптимизированными по топологии деталями и решетчатыми структурами из-за большого количества задействованных поверхностей. Для решения этой проблемы в 2011 году был представлен новый формат файлов САПР, Формат файлов аддитивного производства (AMF). Он хранит информацию с использованием криволинейных триангуляций.

Печать

Перед печатью 3D-модели из файла STL ее необходимо сначала проверить на наличие ошибок. Большинство приложений CAD выдают ошибки в выходных файлах STL следующих типов:

  1. отверстия ;
  2. обращены к нормали;
  3. самопересечения;
  4. шумовые оболочки;
  5. ошибки коллектора.

Шаг в генерации STL, известный как «ремонт», устраняет такие проблемы в исходноймодели. Как правило, файлы STL, созданные из моделей, полученной с помощью 3D-сканирование, часто больше этих ошибок, поскольку 3D-сканирование часто достигается с помощью двухточечного сбора / отображения. Трехмерная реконструкция часто включает ошибки.

После завершения файла STL должен быть обработан программным устройством, называемым «слайсер», который преобразует модель в серию тонких слоев и создает файл G-код, инструкции, адаптированные для конкретного типа 3D- принтера (FDM-принтеры ). Затем этот файл с G-кодом можно распечатать с помощью клиентского программного обеспечения для 3D-печати (которое загружает G-код и использует его для инструктирования 3D-принтера во время процесса 3D-печати).

Разрешение изображения толщину слоя и разрешение X - Y в точек на дюйм (dpi) или микрометров (мкм). Типичная толщина слоя составляет около 100 мкм (250 DPI ), хотя некоторые машины могут печатать толщину до 16 мкм (1600 DPI). Разрешение X - Y сопоставимо с разрешением лазерных принтеров. Частицы (трехмерные точки) имеют диаметр от 50 до 100 мкм (от 510 до 250 точек на дюйм). Для этого разрешения принтера при указании разрешения сетка 0,01–0,03 мм и длина хорды ≤ 0,016 мм создается выходной файл STL для заданного входного файла модели. Указание более высокого разрешения приводит к увеличению размера файлов без повышения качества печати.

Файл: Hyperboloid Print.ogv Воспроизвести медиа 3:31 Замедленная съемка 80-минутного видео объекта, созданного из PLA с использованием осаждения расплавленного полимера

Построение модели современными методами может использовать любое место от нескольких часов до нескольких часов дней, в зависимости от используемого метода, размера и сложности модели. Системы добавления присадок обычно сокращаются до нескольких часов, хотя оно широко используется в зависимости от типа используемой машины, а также размера и количества производимых моделей.

Чистая обработка

Хотя разрешение принтера достаточно для многих приложений, большей точности, напечатайте немного увеличенную версию желаемого объекта со стандартным разрешением, а удалив материал с помощью более высокого разрешения. - процесс вычитания разрешения.

Многослойная структура всех процессов аддитивного производства неизбежно приводит к ступенчатому эффекту на поверхности деталей, которые изогнуты или наклонены относительно платформы здания. Эффект сильно зависит от ориентации поверхности детали внутри строительного процесса.

Некоторые пригодные для печати полимеры, такие как ABS, позволяют сглаживать и улучшать отделку поверхности с помощью химических паровых процессов на основе ацетон или аналогичные растворители.

Некоторые методы аддитивного производства позволяют использовать несколько материалов в процессе изготовления деталей. Эти методы позволяют печатать двумя цветами и цветовыми комбинациями и не обязательно требуют рисования.

Некоторые методы печати требуют создания внутренних опор для элементов во время строительства. Эти опоры должны быть удалены механически или растворены по завершении печати.

Все коммерческие 3D-принтеры по металлу включают отрезание металлического компонента от металлической подложки после напыления. Новый процесс для 3D-печати GMAW позволяет модифицировать поверхность подложки для удаления алюминия или стали.

материалов

Традиционно 3D-печать ориентирована на полимеры для печати, благодаря простоте производства и обращения с полимерными материалами. Однако этот метод быстро эволюционировал не только для печати различных полимеров, но также и для печати металлов и керамики, что сделало 3D-печать универсальным применением для производства. Послойное трехмерное моделирование - это современная концепция, которая «проистекает из постоянно растущей индустрии САПР, в частности, из области твердотельного моделирования САПР». До того, как в конце 1980-х годов было введено твердотельное моделирование, трехмерные модели создавались с использованием проволочных каркасов и поверхностей, «но во всех случаях слои материалов контролируются принтером и свойствами материала. Трехмерный слой материала контролируется осаждением. скорость устанавливается оператором установленным и сохраняется в компьютерном файле. Первым запатентованным рисунком для печати были чернила горячего расплава для печати с использованием нагретого металлического сплава. См. историю 1970 года выше.

Трехмерная печать из нескольких материалов

Мультиматериал 3DBenchy.

Недостатком многих используемых технологий 3D-печать позволяет печатать только один материал за раз, что ограничивает множество приложений, требующих интеграции разных материалов в один объект. Трехмерная печать из нескольких материалов решает эту проблему, позволяя изготавливать объекты со сложной и неоднородной печатью материалов с помощью одного принтера. Здесь необходимо указать материал для каждого воксель (или элемент пикселя 3D-печати) внутри конечного объема объекта.

Процесс может бытьряжен с трудностями из-за разрозненных и монолитных алгоритмов. Некоторые коммерческие устройства пытались решить эти проблемы, такие как создание переводчика Spec2Fab, но прогресс все еще очень ограничен. Тем не менее, в медицинской промышленности представлена ​​концепция таблеток, напечатанных на 3D-принтере. С помощью этой новой концепции можно комбинировать несколько лекарств, что снизит многие риски. С появлением все большего числа применений трехмерной печати из нескольких затрат на повседневную жизнь и дизайн неизбежно будут.

Металлографические материалы 3D-печати также исследуются. Классифицируя каждый материал, CIMP-3D может систематически выполнять 3D-печать с использованием материалов.

Процессы и принтеры

существует множество различных процессов аддитивного производства, которые могут быть сгруппированы по семи категориям:

Схематическое изображение 3D техника печати, известная как Fused Filament Fabrication; нить а) пластикового материала подается через нагретую движущуюся головку б), которая плавит и выдавливает ее, осаждая ее слой за слоем в желаемой форме в) . Подвижная платформа e) опускается после нанесения каждого слоя. Для этого типа технологии необходимы дополнительные вертикальные опорные конструкции d) для поддержки выступающих частей Файл: таймлапс 3D-печати робота на RepRapPro Fisher. webm Воспроизвести медиа Видео с замедленной съемкой модели робота, напечатанной с использованием FDM

Основные различия между процессами в способах нанесения инструменты для создания деталей и используемых материалов. У каждого метода есть преимущества и недостатки, поэтому некоторые компании вызывают на выбор порошок и полимер в материале, из которого строится объект. Другие иногда используют стандартную коммерческую бумагу в качестве материала для долговечного прототипа. Основными соображениями при выборе машины обычно являются скорость, стоимость 3D-принтера, напечатанного прототипа, выбор и стоимость материалов, а также цветные возможности. Принтеры, которые работают напрямую с металлами, обычно дороги. Однако менее дорогие принтеры могут быть использованы для изготовления пресс-формы, которая используется для изготовления металлических деталей.

ISO / ASTM52900-15 определяет семь категорий процессов аддитивного производства (AM) по своему значению: осаждение энергии, экструзия материала, напыление, плавление слоя порошка, ламинирование листов и фотополимеризация в ванне.

Некоторые методы плавят или размягчают материал для получения слоев. Изготовление плавленых волокон , также известное как Моделирование методом наплавленного осаждения (FDM), модель или деталь изготавливается путем экструзии небольших шариков или потоков материалов, которые немедленно затвердевают с образованием слоев. Нить из термопласта, металлической проволоки или другого материала в сопловую головку для экструзии (экструдер для 3D-принтера ), которая нагревает материал и поворачивает поток. включить и выключить. FDM несколько ограничен в разнообразии форм, которые могут быть изготовлены. Другой метод - соединение частей слоя, а затем движение вверх в рабочей области, добавление еще одного слоя и повторение процесса до тех пор, пока кусок не нарастает. В процессе используется нерасплавленный материал для вспомогательных материалов и тонких стенок, которые уменьшают потребность во временных вспомогательных опорах для деталей. Недавно технология FFF / FDM расширилась до трехмерной печати непосредственно с гранул, чтобы избежать преобразования в волокно. Этот процесс называется производством плавленых частиц (FPF) (или производством плавленых гранул (FGF) и может использовать больше переработанных материалов.

Методы плавления в порошковом слое, или PBF, включая несколько процессов, таких как DMLS, SLS, SLM, MJF и EBM. Процессы сварки в порошковом слое могут установить с множеством материалов, а их гибкость позволяет создать геометрически сложные конструкции, что делает их незаменимыми. Эти методы включают селективное лазерное спекание как с металлами, так и с полимерами, и прямое лазерное спекание металлов. Селективное лазерное плавление не работает использовать спекание для плавления гранул порошка, но полностью расплавить порошок с помощью высокоэнергетического лазера для создания полностью плотных материалов послойным методом, который имеет механические свойства, аналогичные свойстваам обычных металлов. Электронно-лу чевое плавление - аналогичный тип аддитивной технологии производства металлических деталей (например, грамм. титановые сплавы ). EBM производит процесс расплавления металлического порошка слой за слоем электронным лучом в высоком вакууме. Другой метод состоит из системы струйной 3D-печати , которая создает модель по одному слою, распределяя слой порошка (гипс или смол ) и печать связующего в поперечном сечении деталей. с использованием струйной печати. При производстве ламинированных объектов тонкие слои разрезаются по форме и соединяются вместе. В дополнение к которая вышеупомянутым методам HP разработала технологию Multi Jet Fusion (MJF), представляющую собой технологию на основе порошка, но без использования лазера. В матрице для струйной печати применяются термозакрепляющие и детализирующие агенты, которые затем объединяются посредством нагревания для создания твердого слоя.

Схематическое изображение стереолитографии; светоизлучающее устройство а) (лазер или DLP ) избирательно освещает прозрачное пространство с) резервуара, б) заполненного жидкой фотополимеризующейся смолой; затвердевшая смола d) постепенно поднимается подъемной платформой e)

Другие отверждают жидкие методы с использованием других сложных технологий таких как стереолитография. Фотополимеризация в основном используется в стереолитографии для получения твердой части из жидкости. Системы струйных принтеров, такие как система Objet PolyJet, распыляют фотополимерные материалы на лоток для печати ультратонкими слоями (от 16 до 30 мкм) до тех пор, пока деталь не будет готова. Каждый фотополимерный слой отверждается УФ-светом после того, как он нанесен струйной струей, в результате чего получаются полностью отвержденные модели, которые можно обрабатывать и использовать немедленно, без дополнительного отверждения. Сверхмалые детали могут быть изготовлены с помощью технологии трехмерного микропроизводства, используемой в многофотонной фотополимеризации. Из-за нелинейного характера фотовозбуждение гель отверждается до твердого состояния только в тех местах, где был сфокусирован лазер, а оставшийся гель смывается. Легко изготавливаются элементы размером менее 100 нм, а также сложные конструкции с движущимися и взаимосвязанными частями. Еще один подход использует синтетическую смолу, которая затвердевает с помощью светодиодов.

. В стереолитографии на основе проекции изображения по маске трехмерная цифровая модель разрезается набором горизонтальных плоскостей. Каждый срез преобразует в двумерное изображение маски. Изображение маски затемняется на поверхность фотоотверждаемой жидкой смолы, и свет проецируется на смолу, чтобы отвердить ее в слой. Непрерывное образование раздела жидкостей начинается с пула жидкого фотополимера смола. Часть дна бассейна прозрачна для ультрафиолетового света («окно»), что вызывает затвердевание смолы. Поднимается вопрос о нижнем теле объекта. При осаждении направленной энергии с подачей порошка используется мощный лазер для плавления металлического порошка, попадающего в фокус лазерного луча. Процесс направленной энергии с подачей порошка аналогичен селективному лазерному спеканию, но металлический порошок применяется только там, где в этот момент к детали добавляется материал.

По состоянию на декабрь 2017 года на рынке присутствовали системы аддитивного производства. которые варьировались от 99 до 500 000 долларов и использовались в таких отраслях, как аэрокосмическая, архитектурная, автомобильная, оборонная и медицинская, среди многих других. Например, General Electric использует высококачественные 3D-принтеры для изготовления деталей для турбин. Многие из этих систем используются для быстрого создания прототипов до того, как будут применяться методы массового производства. Высшее образование оказалось основным покупателем настольных и профессиональных 3D-принтеров, что в целом рассматривается отраслевыми экспертами как положительный показатель. Библиотеки по всему миру также стали местом размещения небольших 3D-принтеров для образовательных учреждений и сообщества. Ряд проектов и компаний прилагают усилия для разработки доступных 3D-принтеров для домашнего использования. Большая часть этой работы была инициирована и нацелена на сообщество Сделай сам / Создатель / entiast / ранних последователей, с дополнительными связями с академиками и хакерами. сообщества.

Компьютерная аксиальная литография - это метод 3D-печати на основе компьютерных томографических снимков для создания отпечатков на фотоотверждаемой смоле. Он был сотрудничестве в сотрудничестве Калифорнийского университета в Беркли с Ливерморской национальной лабораторией. В отличие от других методов 3D-печати, он не создает других объектов, используя серию 2D-изображений, таких как моделирование методом наплавления и стереолитография, вместо этого он других объектов, используя серию 2D-изображений, проецируемых на цилиндр смола. Он примечателен своей способностью создать объект намного быстрее, чем другие методы с использованием смол.

Жидкое аддитивное производство (LAM) - это технология 3D-печати, при которой осаждается жидкий материал с высокой вязкостью (например, жидкий силиконовый каучук) на строительную поверхность для создания объекта, который вулканизируется с использованием тепла для упрочнения объекта. Первоначально процесс был разработан Адрианом Бойером, а затем был разработан German RepRap.

Приложения

Audi RSQ был создан с помощью быстрого промышленного прототипирования KUKA роботы. A 3D-селфи в масштабе 1:20, напечатанное с использованием гипсовой печати 3D-модель реактивного двигателя 3D-печатная эмалированная керамика 3D-печатная скульптура Египетский фараон представлен по адресу Threeding

В текущих сценариях 3D-печать или аддитивное производство использовалось в производственном, медицинском, промышленном и социально-культурном секторах, что облегчает 3D-печать или аддитивное производство, чтобы стать успешной коммерческой технологией. В последнее время использовалась 3D-печать в секторе производства медицинских изделий, протезов, запасных частей и ремонта. Самое раннее применение аддитивного производства было в области инструментального цеха производственного производства. Например, быстрое прототипирование было одним из самых ранних аддитивных вариантов, и его задача заключалась в сокращении времени выполнения и стоимости разработки новых деталей и устройств, что раньше было только сделано. с помощью субтрактивных инструментальных методов, таких как фрезерование с ЧПУ, токарная обработка и прецизионное шлифование. В 2010-е годы аддитивное производство в большей степени вошло в производство.

Аддитивное производство пищевых продуктов развивается выдавливание пищи, слой за слоем, трехмерные объекты. Подходящими кандидатами являются самые разнообразные продукты, такие как шоколад и конфеты, а также плоские продукты, такие как крекеры, макароны и пицца. НАСА изучает методы, позволяющие создавать продукты питания, напечатанные на 3D-принтере, чтобы ограничить пищевые отходы и продукты, разработанные с учетом диетических космонавтов. В 2018 году итальянский биоинженер Джузеппе Скионти разработал технологию, позволяющую создавать волокнистые аналоги мяса на растительной основе с использованием пользовательского 3D-биопринтера, имитирующего текстуру мяса и питательную ценность.

3D-печать вошла в мир одежды, а модельеры экспериментируют с 3D принтованные бикини, туфли и платья. В коммерческом производстве Nike использует 3D-печать для создания прототипа и производства футбольных кроссовок Vapor Laser Talon 2012 для игроков в американский футбол, а New Balance занимается 3D-производством обуви для спортсменов по индивидуальному заказу. 3D-печать дошла до того, что компании печатают очки потребительского уровня с индивидуальной подгонкой и стилем по запросу (хотя они не могут печатать линзы). Благодаря быстрому создание прототипов возможна индивидуализация очков по запросу.

Ванесса Фридман, модный директор и главный модный критик The New York Times, говорит, что 3D-печать будет иметь большое значение для модных компаний в будущем, особенно если он превращается в инструмент для самостоятельной печати для покупателей. «Есть реальное ощущение, что это не произойдет в ближайшее время, - говорит она, - но это произойдет и кардинально изменится как мы думаем об интеллектуальной собственности, так и о том, как обстоят дела в цепочке поставок». Она контр: «Безусловно, некоторые из конструкций, которые могут использовать бренды, будут кардинально в зависимости от технологий».

В легковых, грузовых и воздушных судах аддитивное производство начинает преобразовывать и то, и другое (1) unibody и фюзеляж проектирование и производство и (2) силовой агрегат проектирование и производство. Например:

  • В начале 2014 года шведский суперкар производитель Koenigsegg анонсировал One: 1, суперкар, в котором используется множество компонентов, напечатанных на 3D-принтере. Urbee - это название первого в мире автомобиля, смонтированного с использованием технологии 3D-печати (кузов и окна автомобиля были «напечатаны»).
  • В 2014 году Local Motors дебютировала в Strati, Функционирующий автомобиль, полностью напечатанный на 3D-принтере с использованием АБС-пластика и углеродного волокна, за исключением трансмиссии. В мае 2015 года Airbus объявил, что его новый Airbus A350 XWB включает более 1000 компонентов, изготовленных с помощью 3D-печати.
  • В 2015 году Royal Air Force Eurofighter Typhoon истребитель летал с печатными деталями. ВВС США начали работать с 3D-принтерами, а ВВС Израиля также приобрели 3D-принтер для печати запасных частей.
  • В 2017 г. GE Aviation сообщила, что использовала дизайн для аддитивного производства для создания вертолетного двигателя с 16 частями вместо 900, что сильно повлияло на снижение сложности цепочек поставок.

Влияние AM на огнестрельное оружие включает два аспекта: новые методы производства огнестрельного оружия своими руками. В 2012 году американская группа Defense Distributed раскрыла планы по разработке рабочего пластмассового 3D-печатного огнестрельного оружия, «которое может быть загружено и воспроизведено любым, у кого есть 3D-принтер». После того, как защита распространяла свои планы, были подняты вопросы относительно влияния 3D-печати и широко распространенной обработки на уровне потребителей ЧПУ на эффективность контроля над огнестрельным оружием.

Использование в хирургии История методов лечения, ориентированных на 3D-печать, началась в середине 1990-х с анатомического моделирования для планирования годов костной реконструктивной хирургии. Имплантаты, подходящие для каждого пациента, были первоначальным продолжением этой работы, что привело к созданию уникальных имплантатов, подход для одного уникального человека. Виртуальное планирование операции и руководство с использованием напечатанных на 3D-принтере персонализированных инструментов с большим успехом применялись во многих областях хирургии, включая полную замену суставов и черепно-челюстно-лицевую реконструкцию. Одним из примеров этого является биорезорбируемая трахиальная шина для лечения новорожденных с трахеобронхомаляцией, разработанная в Мичиганском университете. Использование аддитивного производства для серийного производства ортопедических имплантатов (металлов) также увеличивает из-за способности эффективно создавать поверхностные структуры, способствующие остеоинтеграции. Ожидается, что слуховые аппараты и стоматология коммерческой области будущего развития с использованием технологии пользовательской 3D-печати.

В марте 2014 года хирурги из Суонси использовали 3D-печатные детали, чтобы восстановить лицо мотоциклиста, который серьезно пострадал в дорожно-транспортном происшествии. В мае 2018 года 3D-печать была использована для трансплантации почки, чтобы спасти трехлетнего мальчика. По состоянию на 2012 год технология 3D биопечати изучалась биотехнологическими компаниями и научными кругами для возможного использования в тканевой инженерии, в органах и частях тела с использованием струйной печати. техники. В этом процессе слои живых клеток откладываются на гелевой среде или сахарной матрице и медленно наращиваются трехмерные структуры, включая сосудистые системы. Недавно было создано «сердце на кристалле», которое соответствует свойствам клетки.

В 3D-печати микроструктуры, смоделированные на компьютере, обычно используются для изготовления объектов пространственно изменяемых свойств. Это достигается путем выполнения данного разделения желаемого на более мелкие подъячейки с использованием компьютерного моделирования и последующего заполнения этих микроструктурами во время изготовления. Несколько различных структур-кандидатов с аналогичным поведением сравниваются друг с другом. Расширенные методы оптимизации топологии используются для обеспечения совместимости структур в соседних ячейках. Этот гибкий подход к 3D-изготовлению широко используется в различных дисциплинах от биомедицинских наук, где они используются для создания сложных костных структур и тканей человека, до робототехники, где они используются для создания мягкихотов с подвижными частями.

3D-печать также использовалась исследователями в фармацевтической области. За несколько лет наблюдается всплеск академического последса к доставке лекарств с помощью методов AM. Эта технология предлагает уникальный способ использования материалов в новых рецептурах. Производство AM позволяет использовать материалы и соединения при разработке методов, которые невозможны с помощью обычных методов / методов в фармацевтической области, например таблетирование, литье и т. д. Более того, одним из основных преимуществ 3D-печати, особенно в случае метода моделирования наплавления (FDM), является персонализация лекарственной, которая может быть достигнута таким образом, ориентированная на форму пациента.. Ожидается, что в недалеком будущем 3D-принтеры появятся в больницах и аптеках, чтобы обеспечить производство индивидуализированных рецептур по запросу в соответствии с потребностями пациентов.

В 2018 году технология 3D-печати впервые использовалась для матрицу для иммобилизации клеток при ферментации. В качестве модельного исследования было выбрано производство пропионовой кислоты с помощью Propionibacterium acidipropionici, иммобилизованного на нейлоновых шариках, напечатанных на 3D-принтере. Было показано, что эти напечатанные на 3D-принтере шарики тела прикреплению клеток с высокой скоростью и производством пропионовой системы, что может быть адаптировано для других биопроцессов ферментации.

В 2005 году академические журналы начали сообщать о преступных возможностях. применения технологии 3D-печати. По состоянию на 2017 год отечественная 3D-печать охватывала потребительскую аудиторию, помимо любителей и энтузиастов. Готовые к продаже машины становились все более способными предметами домашнего обихода, например, декоративные предметы. Некоторые практические примеры включают рабочие часы и шестерни, напечатанные для домашних деревообрабатывающих станков, среди прочего. Веб-сайты, связанные с домашней 3D-печатью, как правило, включают в себя царапины, дверные ручки и т. Д.

3D-печать и, в частности, 3D-принтеры с открытым исходным кодом - это новейшие технологии, проникающие в учебные классы. Некоторые авторы заявляют, что 3D-принтеры совершили беспрецедентную «революцию» в STEM образовании. Доказатель возможности таких лабораторий является низкой стоимостью быстрый прототипирования студентов в классе, так и изготовление высококачественного научного оборудования из открытого оборудования проекты, формирующие с открытым исходным кодом. Будущие приложения для 3D-печати могут запускать научного оборудования с открытым исходным кодом.

Последние несколько лет 3D-печать интенсивно использовалась в области культурного наследия для сохранения, восстановления и распространения.. Многие европейцы и музеи Северной Америки приобрели 3D-принтеры и активно воссоздают недостающие части своих реликвий. и археологические памятники, такие как Тиуанако в Боливии. Метрополитен-музей и Британский музей начали использовать свои 3D-принтеры для создания музейных сувениров, которые продаются в музейных магазинах. Другие музеи, такие как Национальный военно-исторический музей и Исторический музей Варны, пошли еще дальше и продают через онлайн-платформу Threeding цифровые модели своих артефактов, созданные с помощью сканеров Artec 3D, в Удобный для 3D-печати формат файлов, который каждый может напечатать на 3D-принтере дома.

3D-печатные мягкие приводы - это растущее применение технологии 3D-печати, которое нашло свое место в приложениях для 3D-печати. Эти мягкие актуаторы разрабатываются для работы с мягкими структурами и особенно в биомедицинских секторах, где взаимодействие между человеком и роботом неизбежно. Большинство мягких приводов изготавливается традиционными методами, которые требуют ручного изготовления устройств, предварительной обработки / сборки и длительных итераций до достижения зрелости изготовления. Вместо утомительных и трудоемких текущих процессов производства исследователи изучают соответствующие производственные подходы для изготовления мягких приводов. Таким образом, вводятся напечатанные на 3D-принтере мягкие приводы, которые революционизируют конструкцию и производство мягких приводов с настраиваемыми геометрическими, функциональными и регулируемыми свойствами в более быстром и недорогом подходе. Они также позволяют объединить все компоненты привода в единую конструкцию, исключая необходимость использования внешних соединений, клея и крепежных элементов. Производство печатных плат включает в себя несколько этапов, которые включают формирование изображения, сверление, нанесение покрытия, нанесение паяльной маски, нанесение номенклатуры и обработку поверхности. Эти шаги включают в себя набор химикатов, таких как агрессивные растворители и кислоты. Печатные платы для 3D-монтажа устраняют необходимость во многих из этих шагов. Полимерные чернила используются для создания новой модели, серебряный полимер используется для следов электричества. Производство печатных плат может быть утомительным современным процессом в зависимости от конструкции. Указанные материалы собираются и отправляются на обработку внутреннего слоя, где изображения печатаются, проявляются и травятся. Ядра травления обычно перфорируются для добавления инструментов для ламинирования. Затем ядро ​​готовятся к ламинированию. Укладка печатной платы создается и отправляется на ламинирование, где слои соединяются. Затем доски измеряются и просверливаются. Многие этапы могут отличаться от этого этапа, однако для простых конструкций проходит процесс нанесения покрытия. Затем внешнее изображение печатается, проявляется и травится. После того, как изображение определено, материал должен быть покрыт паяльной маской для предыдущей пайки. Затем добавляется номенклатура, чтобы компоненты можно было идентифицировать позже. Затем добавляется обработка поверхности. Платы выводятся из панелей в единичную или массивную форму, а затем подвергаются электрическому тестированию. Помимо документов, которые должны быть заполнены, чтобы подтвердить соответствие плит спецификациям, плиты затем упаковываются и отправляются. Преимущества 3D-печати заключаются в том, что окончательный контур состоит из самого начала, не требуется визуализации, перфорации или ламинирования, электрические соединения выполняются с использованием полимера серебра, исключает сверление и нанесение покрытия. Окончательная документация также будет значительно сокращена из-за отсутствия материалов, необходимых для сборки печатной платы. Сложные конструкции, выполнение которых может использоваться при стандартной обработке, можно напечатать на 3D-принтере, что значительно сокращает время производства.

Правовые аспекты

Интеллектуальная собственность

3D-печать существовала десятилетиями в определенных отраслях обрабатывающей промышленности, где действуют настройки режима, включая патенты, промышленные права на дизайн, авторские права и товарные знаки. Тем не менее, не так много юриспруденции, чтобы сказать, как принтеры будут использоваться для личного использования, для некоммерческого распространения или для продажи..

Любой из упомянутых выше режимов может запрещать распространение дизайнов, используемых в 3D-режиме, а также распространение или продажу печатных изделий. Чтобы иметь возможность делать эти вещи, когда речь идет об активной интеллектуальной собственности, человек должен связаться с владельцем и попросить лицензию, которая может иметь условия и цену. Использование стандартных, некоммерческих изобретений, дизайнов или произведений искусства, охраня интеллектуальной собственностью (IP) многие законы о патентах, образцах и авторском праве. Это ограничение может оставить такое частное некоммерческое использование вне сферы прав интеллектуальной собственности.

Патенты охватывают изобретения, включая процессы, машины, производство и составы веществ, и конечный срок действия, который зависит от состава страны, но обычно 20 лет с датой подачи заявок. Следовательно, если тип колеса запатентован, печать, использование или продажа такого колеса может быть нарушением патента.

Авторское право на выражение на материальном, фиксированном носителе и часто длится в течение всего срока службы. автору плюс 70 лет после этого. Если кто-то делает статую, он не сможет распространять рисунки для печати идентичной или похожей статуи.

Функция имеет как художественные (охраняемые авторским правом), так и функциональные (патентоспособные) достоинства, когда вопрос возник в суде США, суды часто признавали, что элемент не охраняется авторским правом, если его нельзя отделить от функциональных предлагаемый товар. В других странах может применяться другой подход, разрешающий, например, регистрировать конфигурацию полезного устройства (в целом) в качестве промышленного образца при том понимании, что в случае несанкционированного копирования только неавторизованное копирование -функциональные характеристики могут быть заявлены в соответствии с законом о промышленном образце, тогда как любые технические характеристики могут быть заявлены только в том случае, если они защищены действующим патентом.

Законодательство об огнестрельном оружии и управление им

Министерство внутренней безопасности США и Объединенный региональный разведывательный центр выпустили меморандум, в котором говорится, что «значительные достижения в трех - возможности трехмерной (3D) печати, наличие бесплатных цифровых файлов для 3D-печати компонентов огнестрельного оружия и трудности с регулированием совместного использования файлов могут представлять риски для общественной безопасности со стороны неквалифицированных искателей оружия, которые получают или производят 3D-печатные пистолеты ", и" предлагаемый закон о запрете 3D-печати оружия может сдерживать, но не может полностью предотвратить его производство. Даже если такая практика запрещена новым законодательством, онлайн-распространение этих файлов для 3D-печати будет так же сложно контролировать, как и любые другие незаконно продаваемые файлы музыки, фильмов или программного обеспечения ». В настоящее время законом не запрещено производство огнестрельного оружия для личного пользования в Соединенных Штатах, при условии, что огнестрельное оружие не производится с целью продажи или передачи и отвечает нескольким основным требованиям. Для производства огнестрельного оружия для продажи или распространения требуется лицензия. Закон запрещает собирать неспортивное полуавтоматическое ружье или дробовик из 10 или более импортных деталей, а также огнестрельное оружие, которое не может быть обнаружено металлодетекторами или рентгеновскими аппаратами. Кроме того, изготовление огнестрельного оружия NFA требует уплаты налогов и предварительного одобрения ATF.

Попытка ограничить распространение планов оружия через Интернет сравнивается с тщетностью предотвращения широкого распространения DeCSS, который включал копирование DVD . После того, как правительство США приказало Defense Distributed отказаться от этих планов, они все еще были широко доступны через Pirate Bay и другие сайты для обмена файлами. Загрузки планов из Великобритании, Германии, Испании и Бразилии были тяжелыми. Некоторые законодатели США предложили правила в отношении 3D-принтеров, чтобы запретить их использование для печатных пистолетов. Сторонники 3D-печати предположили, что такие правила будут бесполезными, могут нанести вред индустрии 3D-печати и нарушить права на свободу слова, а один из первых пионеров 3D-печати профессор Ход Липсон предположил, что вместо этого можно контролировать порох.

На международном уровне, где контроль за огнестрельным оружием, как правило, строже, чем в Соединенных Штатах, некоторые комментаторы заявили, что удар может быть более ощутимым, поскольку альтернативное огнестрельное оружие не так легко получить. Официальные лица в Соединенном Королевстве отметили, что производство оружия, напечатанного на 3D-принтере, было бы незаконным в соответствии с их законами о контроле над оружием. Европол заявил, что преступники имеют доступ к другим источникам оружия, но отметили, что по мере совершенствования технологий риски эффект будет увеличиваться.

Аэрокосмическое регулирование

В США FAA предвидело желание использовать аддитивные технологии производства и рассматривало, как лучше всего регулировать этот процесс. Федеральное управление гражданской авиации обладает юрисдикцией в отношении такого изготовления, поскольку все детали самолета должны изготавливаться в соответствии с производственным разрешением FAA или другими нормативными категориями FAA. В декабре 2016 года FAA одобрило производство 3D-печатной топливной форсунки для двигателя GE LEAP. Поверенный по авиации Джейсон Дикштейн предположил, что аддитивное производство - это всего лишь метод производства, и его следует регулировать, как и любой другой метод производства. Он предположил, что FAA должно сосредоточить внимание на руководстве, объясняющем соответствие, а не на изменении существующих правил, и что существующие правила и руководства позволяют компании «разработать надежную систему качества, которая адекватно отражает нормативные потребности в обеспечении качества».

Здоровье и безопасность

Файл: NIOSH Scientists Investigating Dislution From Office Equipment.webm Воспроизвести мультимедиа Видео об исследовании выбросов принтеров

Исследование проблем здоровья и безопасности при 3D-печати является новым и разрабатывается в связи с недавним распространением 3D-печати устройств. В 2017 году Европейское агентство по безопасности и гигиене труда опубликовало дискуссионный документ о процессах и материалах, задействованных в 3D-печати, потенциальных последствиях этой технологии для безопасности и гигиены труда, а также о способах контроля потенциальных опасностей.

Опасности

Выбросы

Выбросы принтеров с плавленой нитью могут включать большое количество сверхмелкозернистых частиц и летучих органических соединений ( ЛОС). токсичность от выбросов зависит от исходного материала из-за различий в размере, химических свойствах и количестве выбрасываемых частиц. Чрезмерное воздействие ЛОС может привести к раздражению глаз, носа и горла, головной боли, потере координации и тошноте, а некоторые химические выбросы принтеров с плавленой нитью также связаны с астмой.. На основании исследований на животных, углеродные нанотрубки и углеродные нановолокна, которые иногда используются при печати плавленым филаментом, могут вызывать легочные эффекты, включая воспаление, гранулемы и фиброз легких при размере наночастиц. В исследовании Национального института охраны труда (NIOSH) отмечалось, что выбросы частиц от плавленой нити достигли пика через несколько минут после начала печати и вернулись к исходным уровням через 100 минут после завершения печати. Рабочие также могут непреднамеренно переносить материалы за пределы рабочего места на своей обуви, одежде и теле, что может представлять опасность для других лиц.

Лазер спекание и Системы лазерного луча плавления для аддитивного производства в последнее время стали более важными. Институт охраны труда (IFA) совместно с немецкими учреждениями социального страхования от несчастных случаев провел программу измерения вдыхания воздействия опасных веществ при лазерной наплавке и плавлении лазерным лучом с легированными сталями и никелем -, алюминием - и титаном сплавы на основе. Соединения хрома (VI) не были обнаружены в воздухе рабочего места во время процесса обработки материалов, содержащих хром, и критерии оценки соблюдались во время процессов с порошками другого металла. Одна из причин этого заключается в том, что машины обычно работают с герметизацией или пылеудалением для достижения необходимого качества продукта. Поскольку многие этапы работы до и после процесса, включая обращение с порошком или порошкообразными деталями, выполняются вручную или полуавтоматически, существует огромное влияние на степень ингаляционного воздействия, а измеренные значения сильно различаются. Поэтому трудно разработать индивидуальные меры для этих процессов.

Выбросы углеродных наночастиц и процессы с использованием металлических порошков легко воспламеняются и повышают риск пыли взрывы. По крайней мере, один случай серьезной травмы был отмечен в результате взрыва металлических порошков, используемых для печати из плавленых волокон.

Прочие

Дополнительные опасности включают ожоги от горячих поверхностей, таких как лампы и блоки печатающих головок, воздействие лазера или ультрафиолетового излучения, поражение электрическим током, механические травмы в результате удара движущимися частями, а также шум и эргономические опасности. Другие проблемы связаны с воздействием газа и материалов, в частности наноматериалов, обращения с материалами, статического электричества, движущихся частей и давления.

Опасности для здоровья и безопасности также существуют при постобработке, выполняемой для отделки деталей после их печати. Эти действия по последующей обработке могут включать в себя химические ванны, шлифовку, полировку или воздействие пара для улучшения качества поверхности, а также общие методы субтрактивного производства, такие как сверление, фрезерование или токарная обработка для изменения напечатанной геометрии. Любая методика удаления материала с печатной детали может привести к образованию частиц, которые можно вдохнуть или вызвать травму глаз, если не используются надлежащие средства индивидуальной защиты, такие как респираторы или защитные очки. Каустические ванны часто используются для растворения вспомогательного материала, используемого некоторыми 3D-принтерами, что позволяет им печатать более сложные формы. Эти ванны требуют средств индивидуальной защиты, чтобы предотвратить повреждение открытых участков кожи.

Поскольку при трехмерной визуализации объекты создаются путем сплавления материалов, существует риск разделения слоев в некоторых устройствах, созданных с использованием трехмерной визуализации. Например, в январе 2013 года американская компания по производству медицинского оборудования DePuy отозвала свои системы замены коленного и тазобедренного суставов. Устройства были сделаны из слоев металла, и стружка отошла, что могло нанести вред пациенту.

Средства контроля опасностей

Несколько трехмерных принтеров в корпусах на полках 3D-принтеры с установленными пластиковыми крышками и дверцами, предоставленными производителем, которые являются примерами инженерные меры

Меры безопасности включают использование поставляемых производителем крышек и полных корпусов, использование надлежащей вентиляции, удержание рабочих подальше от принтера, использование респираторов, выключение принтера, если он заклинило и использует принтеры и волокна с низким уровнем выбросов. Средства индивидуальной защиты были признаны наименее желательным методом контроля, и было рекомендовано использовать их только для дополнительной защиты в сочетании с утвержденной защитой от выбросов.

Нормы здравоохранения

Хотя не существует пределов профессионального воздействия, специфичных для выбросов 3D-принтеров, для некоторых исходных материалов, используемых в 3D-печати, таких как углеродное нановолокно и углеродные нанотрубки, установлено пределы профессионального воздействия для размера наночастиц.

По состоянию на март 2018 года правительство США установило стандарты выбросов 3D-принтеров только для ограниченного числа соединений. Кроме того, несколько установленных стандартов касаются заводских условий, а не домашних или других условий, в которых могут использоваться принтеры.

Воздействие

Аддитивное производство, начиная с сегодняшнего периода младенчества, требует производственных предприятий чтобы быть гибкими, постоянно совершенствующимися пользователями всех доступных технологий, чтобы оставаться конкурентоспособными. Сторонники аддитивного производства также предсказывают, что эта дуга технологического развития будет противодействовать глобализации, поскольку конечные пользователи будут делать большую часть собственного производства, а не участвовать в торговле, чтобы покупать товары у других людей и корпорации. Однако реальная интеграция новых аддитивных технологий в коммерческое производство - это скорее вопрос дополнения традиционных субтрактивных методов, а не их полного вытеснения.

футуролог Джереми Рифкин утверждал, что 3D-печать знаменует начало третьей промышленной революции, которая пришла на смену производственной линии сборки, которая доминировала в производстве с конца 19 века.

Социальные изменения

Дорожный знак Виндхук, Намибия, реклама 3D-печати, июль 2018 г.

С 1950-х годов ряд писателей и социальных комментаторов довольно глубоко размышляли о социальных и культурных изменениях, которые могут возникнуть в результате появления коммерчески доступных технологий аддитивного производства. В последние годы 3D-печать оказывает значительное влияние на гуманитарный сектор и сектор развития. Его потенциал для облегчения распределенного производства приводит к преимуществам в цепочке поставок и логистике за счет сокращения потребности в транспортировке, складировании и отходах. Кроме того, социальное и экономическое развитие продвигается за счет создания местной производственной экономики.

Другие предполагают, что по мере того, как все больше и больше 3D-принтеров начинают входить в дома людей, традиционные отношения между домом и рабочим местом могут измениться. далее размывается. Точно так же было высказано предположение, что по мере того, как предприятиям становится легче передавать проекты новых объектов по всему миру, потребность в услугах высокоскоростных грузовых перевозок также может уменьшиться. Наконец, учитывая легкость, с которой теперь могут быть воспроизведены определенные объекты, еще предстоит выяснить, будут ли внесены изменения в действующее законодательство об авторском праве, чтобы защитить права интеллектуальной собственности с помощью широко доступной новой технологии.

По мере того, как 3D-принтеры становились все более доступными для потребителей, для поддержки сообщества развивались социальные онлайн-платформы. Сюда входят веб-сайты, которые позволяют пользователям получить доступ к информации, например о том, как построить 3D-принтер, а также социальные форумы, на которых обсуждают, как улучшить качество 3D-печати и обсуждать новости 3D-печати, а также сайты социальных сетей, посвященные обмену 3D-моделями.. RepRap - это вики-сайт, который был создан для хранения всей информации о 3D-печати и превратился в сообщество, стремящееся сделать 3D-печать доступным для всех. Кроме того, существуют другие сайты, такие как Pinshape, Thingiverse и MyMiniFactory, которые изначально были созданы для того, чтобы пользователи могли публиковать 3D-файлы для печати, что позволяет снижение операционных затрат на обмен 3D-файлами. Эти веб-сайты позволили улучшить социальное взаимодействие между пользователями, создав сообщества, посвященные 3D-печати.

Некоторые обращают внимание на сочетание однорангового производства на базе Commons с 3D-печатью и другими недорогими производственными технологиями. Самоусиливающаяся фантазия о системе вечного роста может быть преодолена с развитием экономики масштаба, и здесь общество может сыграть важную роль, способствуя подъему всей производственной структуры на более высокое плато более устойчивой и индивидуальной производительности.. Кроме того, верно, что многие вопросы, проблемы и угрозы возникают из-за демократизации средств производства, особенно в отношении физических. Например, возможность вторичной переработки современных наноматериалов все еще находится под вопросом; производство оружия могло бы упроститься; не говоря уже о последствиях для контрафакции и интеллектуальной собственности. Можно утверждать, что в отличие от промышленной парадигмы, конкурентная динамика основана на экономии за счет масштаба, аналогичное производство на базе общин 3D-печать может развить экономию за счет масштаба. В то время как преимущества опираются на дешевую глобальную транспортировку, экономию на масштабах затрат на инфраструктуру (нематериальные и материальные производственные ресурсы), используя в своих преимуществах возможности использования инструментов. «Некоторые из указанных выше частей мира нуждаются в некоторых из самых передовых технологий», одноранговое производство и 3D-печать на базе Commons могут предложить инструменты для глобального мышления, но действия локально в ответ на потребности.

Ларри Саммерс писал о «разрушительных последствиях» 3D-печати и других технологий (роботов, искусственный интеллект и т. Д.) Для тех, кто выполняет рутинные задачи. По его мнению, «уже сейчас больше мужчин получают страхование по инвалидности, чем выполняет производственную работу на производстве. И все тенденции идут в неправильном направлении, особенно для квалифицированных, способных реализовать искусственный интеллект, заменять белых воротничков, а также количество рабочих в ближайшие годы будет стремительно расти ". Саммерс рекомендует более энергичные совместные усилия по устранению« бесчисленного множества устройств »(например, налоговых убежищ, банковской тайны, отмывания денег и регулирующего арбитража), позволяющих держателям большого состояния «платить» налоги на прибыль и повышать их трудно накопить огромные состояния, не требуя взамен «больших социальных взносов», в том числе: более строгоеение антимонопольных усиление корпоративного управления, усиление финансового регулирования, сокращение «чрезмерной» защиты интеллектуальной собственности. для отмены субсидий финансовой деятельности, ослабление ограничений на использование ресурсов, которые могут привести к увеличению увеличения стоимости недвижимости, увеличить увеличение стоимости инвестиций в развитие технологий - например, в производстве и транспортировке энергии.

Майкл Спенс писал, что «сейчас идет... мощная волна цифровых технологий, которая заменяет рабочую силу во все более сложные задачи. Этот процесс за объем рабочей силы и дезинтермедиации уже некоторое время осуществляется в секторах услуг - расчет ресурсов в банкоматах, онлайн-банке, планировании предприятий, управление взаимоотношениями с клиентами, мобильными платежами и многом другом. Эта революция распространяется на производство товаров, где роботы и 3D-печать вытесняют рабочую силу ». По его мнению, большая часть затрат на цифровые технологии приходится на начальные этапы разработки оборудования (например, 3D-принтеров) и, что более важно, в создании программного обеспечения, которое позволяет машинам выполнять различные задачи. «Как только это будет достигнуто, предельные затраты на оборудование станут относительно низкими (и уменьшаются по мере увеличения масштаба), а предельные затраты на копирование программного обеспечения практически равны нулю. Имея огромный потенциал глобального рынка для амортизации предварительных фиксированных затрат на проектирование и тестирования, стимулы к инвестированию [в цифровые технологии] убедительны ".

Спенс считает, что, в отличие от предшествующих цифровых технологий, которые заставляли компании развертывать малоиспользуемые пулы ценной рабочей силы по всему миру, движущая сила нынешних волна цифровых технологий «это снижение затрат за счет замены рабочей силы». Например, по мере снижения стоимости технологии 3D-печати «легко представить», что производство может стать «исключительно» локальным и индивидуализированным. Более того, производство может происходить в ответ на фактический спрос, а не на ожидаемый или прогнозируемый спрос. Спенс считает, что рабочая сила, какой бы дешевой она ни была, станет менее важным активом для роста и расширения занятости, при этом трудоемкое, ориентированное на процесс производство станет менее эффективным, и что повторная локализация произойдет как в развитых, так и в развивающихся странах. По его мнению, производство не исчезнет, ​​но будет менее трудоемким, и всем странам в конечном итоге потребуется перестроить свои модели роста на основе цифровых технологий и человеческого капитала, поддерживающих их развертывание и расширение. Спенс пишет, что «мир, в который мы входим, - это мир, в котором наиболее мощными глобальными потоками будут идеи и цифровой капитал, а не товары, услуги и традиционный капитал. Адаптация к этому потребует изменений в мышлении, политике, инвестициях (особенно в человеческий капитал). Capital) и, вполне возможно, модели занятости и распределения ".

Наоми Ву считает использование 3D-печати в китайских классах (где механическое запоминание является стандартом) для обучения принципам дизайна и творчества как наиболее захватывающую недавнюю разработку технологии, и в более общем плане рассматривает 3D-печать как следующую революцию настольных издательских систем.

Изменение окружающей среды

Рост аддитивного производства может иметь большое влияние на Окружающая среда. В отличие от традиционного производства, например, при котором детали вырезаются из более крупных блоков материала, аддитивное производство создает продукты слой за слоем и печатает только соответствующие детали, тратя гораздо меньше материала и, таким образом, тратя меньше энергии на производство необходимого сырья.. Создавая только элементарные конструктивные требования к продукции, аддитивное производство также могло бы внести существенный вклад в облегчение, снижение потребления энергии и выбросов парниковых газов транспортных средств и других видов транспорта. Например, тематическое исследование компонента самолета, изготовленного с использованием аддитивного производства, показало, что использование компонента позволяет сэкономить 63% соответствующей энергии и выбросов углекислого газа в течение срока службы продукта. Кроме того, предыдущая оценка жизненного цикла аддитивного производства показала, что внедрение этой технологии может еще больше снизить выбросы углерода выбросы диоксида, поскольку 3D-печать создает локализованное производство, и продукты не нужно будет транспортировать на большие расстояния, чтобы добраться до добраться до их конечного пункта назначения.

Однако продолжение внедрения аддитивного производства имеет некоторые экологические недостатки. Несмотря на то, что аддитивное производство сокращает отходы от субтрактивного производственного процесса до 90%, в процессе аддитивного производства образуются другие отходы, такие как порошки формы материалов, не подавих вторичной переработке. Аддитивное производство еще не достигло своего теоретического материального КПД 97%, но он может приблизиться, поскольку технология дает повышать производительность.

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

.

Последняя правка сделана 2021-07-19 01:05:23
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте