3D-utskrift: det du trenger å vite

De er ikke farfarens tusenfrydskriver, eller mors mors prikkmatrise. Faktisk ligner de lite på dagens dokument- eller fotoskrivere, som bare kan trykke i kjedelige gamle to dimensjoner. Som navnet antyder, kan 3D-skrivere bygge tredimensjonale objekter, av forskjellige materialer. De kommer mainstream, dukker opp hos forhandlere som Staples, Best Buy og Home Depot, og du kan kjøpe mange 3D-skrivere og deres forsyninger på Amazon.com og gjennom andre nettsteder. Selv om det fremdeles for det meste finnes i butikkgulv eller i designstudioer, på skoler og samfunnshus, og i hendene på hobbysnekker, blir 3D-skrivere stadig oftere funnet på arbeidsbenker, i reserom og kjøkken - og kanskje i et hjem i nærheten av deg, hvis ikke din egen.

Hva er 3D-utskrift?

På sitt mest grunnleggende er 3D-utskrift en produksjonsprosess der materiale legges ned, lag for lag, for å danne et tredimensjonalt objekt. (Dette anses som en additiv prosess fordi objektet er bygget fra bunnen av, i motsetning til subtraktive prosesser der materiale kuttes, bores, freses eller bearbeides.) Selv om 3D-skrivere bruker en rekke materialer (for eksempel plast eller metall) og teknikker (se "Hvordan fungerer 3D-utskrift?" nedenfor), deler de muligheten til å slå digitale filer som inneholder tredimensjonale data - enten de er laget på et datastyrt design (CAD) eller datamaskinassistert produksjon (CAM) -program, eller fra en 3D-skanner - til fysiske objekter.

Er 3D-utskrift jevn utskrift?

Ja, 3D-utskrift kan betraktes som utskrift, selv om det ikke er som det tradisjonelt er blitt definert. Den aktuelle Websters definisjoner av "trykking" sentrerer om produksjon av trykksaker, publikasjoner eller fotografier, og produserer ved hjelp av inntrykk (påføring av press). Ingen av definisjonene passer virkelig til 3D-utskrift. Men fra et teknologisk perspektiv er 3D-utskrift en utvekst av tradisjonell utskrift, der et lag med materiale (vanligvis blekk) brukes. Vanligvis er det så tynt at det ikke er noen merkbar høyde (selv om det med solid blekkskrivere er det noe tykkere). Hva 3D-utskrift gjør, er å utvide den høyden kraftig ved bruk av flere lag. Så det vil være fornuftig å utvide definisjonen av utskrift til å inkludere fabrikasjon av tredimensjonale objekter på denne måten.

Hvordan fungerer 3D-utskrift?

Mye som tradisjonelle skrivere, bruker 3D-skrivere en rekke teknologier. Den mest kjente er fused deposition modellering (FDM), også kjent som fused filament fabrication (FFF). I den smeltes et glødetråd - sammensatt av akrylnitrilbutadienstyren (ABS), polylactic acid (PLA) eller en annen termoplast - gjennom et oppvarmet ekstruderingsdyse i lag. De første 3D-skriverne som kom på markedet, laget på midten av 1990-tallet av Stratasys med hjelp fra IBM, brukte FDM (et begrep som varemerket av Stratasys), og det samme gjør de fleste 3D-skrivere som er rettet mot forbrukere, hobbyister og skoler.

En annen teknologi som brukes i 3D-utskrift er stereolitografi. I den lyses en UV-laser inn i et kar av ultrafiolett-sensitiv fotopolymer, og sporer gjenstanden som skal opprettes på overflaten. Polymeren stivner uansett hvor strålen berører den, og strålen "skriver ut" objektet lag for lag i henhold til instruksjonene i CAD- eller CAM-filen den arbeider fra.

I en variant av det har du også 3D-lysprosjektor (DLP) 3D-utskrift. Denne metoden utsetter en flytende polymer for lys fra en digital lysbehandlingsprojektor. Dette herder polymeren lag for lag til gjenstanden er bygget, og den gjenværende flytende polymeren tappes av.

Multi-jet modellering er et blekkskriverlignende 3D-utskriftssystem som sprayer et farget, limlignende bindemiddel på suksessive lag med pulver der gjenstanden skal formes. Dette er blant de raskeste metodene, og en av få som støtter flerfarget utskrift.

Det er mulig å endre en standard blekkskriver for å skrive ut med andre materialer enn blekk. Inviterende gjør-det-selv-har bygget eller modifiserte skriverhoder, vanligvis piezoelektriske hoder, for å jobbe med forskjellige materialer - i noen tilfeller kan de trykke ut skriverhodene selv på andre 3D-skrivere! Selskaper som MicroFab Technologies selger skrivehoder som er 3D-kompatible (samt komplette utskriftssystemer).

Selektiv lasersintring (SLS) bruker en høytdrevet laser for å smelte sammen partikler av plast, metall, keramikk eller glass. På slutten av jobben blir det gjenværende materialet resirkulert. Elektronstrålesmelting (EBM) bruker - du gjettet det - en elektronstråle for å smelte metallpulver, lag for lag. Titan brukes ofte sammen med EBM for å syntetisere medisinske implantater, samt flydeler.

Avhengig av teknikken, kan 3D-skrivere bruke en rekke materialer, inkludert, men ikke begrenset til, metaller (rustfritt stål, lodde, aluminium og titan blant dem); plast og polymerer (inkludert kompositter som kombinerer plast med metaller, tre og andre materialer); keramikk; gips; glass; og til og med matvarer som ost, glasur og sjokolade! (Se vår primer for filamenttyper for 3D-skrivere.)

Hvem oppfant 3D-utskrift?

Den første 3D-skriveren, som brukte stereolitografiteknikken, ble opprettet av Charles W. Hull på midten av 1980-tallet. Stereolitografi er stort sett en dyr kommersiell teknikk, med maskiner som ofte koster $ 100 000 eller mer.

I 1986 grunnla Hull 3D Systems, et selskap som i dag selger 3D-skrivere som bruker en rekke teknologier. De spenner fra entry-kit til avanserte kommersielle systemer, og 3D Systems tilbyr også deler-tjenester på forespørsel, mest til forretningsbrukere.

Hva er fordelene med 3D-utskrift?

Med 3D-utskrift har designere muligheten til raskt å gjøre konsepter om til 3D-modeller eller prototyper (også kjent som "rask prototyping"), og implementere raske designendringer. Den lar produsenter produsere produkter på forespørsel i stedet for i store løp, noe som forbedrer lagerstyringen og reduserer lagerplassen. Mennesker på avsidesliggende steder kan fremstille objekter som ellers ville være utilgjengelige for dem.

Fra et praktisk synspunkt kan 3D-utskrift spare penger og materiale kontra subtraktive teknikker, ettersom veldig lite råstoff er bortkastet. Og det lover å endre karakteren av produksjonen, og til slutt la forbrukerne laste ned filer for å skrive ut til og med komplekse 3D-objekter - inkludert for eksempel elektroniske enheter - i sine egne hjem.

Hva kan 3D-skrivere lage?

Designere bruker 3D-skrivere for raskt å lage produktmodeller og prototyper, men de blir i økende grad brukt til å lage endelige produkter også. Blant gjenstandene laget med 3D-skrivere er skodesign, møbler, voksstøp for å lage smykker, verktøy, stativer, gave- og nyhetsartikler og leker. Bilindustrien og luftfartsindustrien bruker 3D-skrivere til å lage deler. Kunstnere kan lage skulpturer, og arkitekter kan fremstille modeller av prosjektene sine. Arkeologer bruker 3D-skrivere for å rekonstruere modeller av skjøre gjenstander, inkludert noen av antikvitetene som de siste årene har blitt ødelagt av ISIS. På samme måte kan paleontologer og deres studenter duplisere dinosaurskjelett og andre fossiler. Sjekk ut galleriet vårt med enkle og praktiske 3D-skriverobjekter.

Leger og medisinske teknikere kan bruke 3D-utskrift for å lage proteser, høreapparater, kunstige tenner og beintransplantasjoner, samt replikere modeller av organer, svulster og andre indre kroppslige strukturer fra CT-skanninger som forberedelse til kirurgi. Et godt eksempel er Project Daniel, som 3D-skriver ut protesearmer og hender for ofre for volden i Sudan. Dessuten utvikles 3D-skrivere som kan legge lag med celler for å lage kunstige organer (som nyrer og blodkar) allerede i FoU-fasen. Det er til og med et sted for 3D-utskrift i rettsmedisiner, for eksempel å gjenskape en kule som er plassert inne i et offer.

Trykt elektronikk er et sett med utskriftsmetoder som gjør det mulig å trykke elektroniske enheter eller kretsløp på fleksibelt materiale som etiketter, tekstiler og papp, ved bruk av elektroniske eller optiske blekk. Det gir meget rimelig fabrikasjon av enheter med lav ytelse. Trykt elektronikk begynner å bli kombinert med 3D-utskrift, noe som muliggjør utskrift av lagdelte kretser eller enheter. En naturlig utvekst av denne potente kombinasjonsboksen er at du en dag kan være i stand til å skrive ut dingser fra 3D-planer i stedet for å kjøpe dem.

Matlaging er en annen måte 3D-skrivere kan brukes på. French Culinary Institute har brukt en åpen kildekode 3D-skriver utviklet ved Cornell University for å tilberede kunstneriske delikatesser, og MIT har laget en 3D-matskriver kalt Cornucopia. Et lite antall restauranter tester prototyper av mat-skriver. NASAs 3D-utskriftsforskning har inkludert mattrykk, for eksempel 3D-trykt pizza.

En håndfull mat-3D-skrivere er blitt kommersielt tilgjengelige. De har en tendens til å fokusere på bestemte matvarer, som sjokolade, eller pannekaker eller kaker.

Hva er 3D-utskriftstjenester?

Du trenger ikke å eie en 3D-skriver for å dra nytte av en. Mange 3D-utskriftstjenester, for eksempel Shapeways og Sculpteo, skriver ut gaver og andre småting på bestilling på sine egne 3D-skrivere, og sender dem deretter til kunden. Kunder kan enten sende inn egne 3D-objektfiler eller velge elementer, de fleste av dem designet av andre brukere av tjenesten, fra en online katalog.

Men 3D-utskriftstjenester er ikke lenger bare spesialister. Store selskaper som Staples og UPS har introdusert 3D-utskriftstjenester, og noen tradisjonelle trykkerier har lagt 3D-utskrift til repertoaret sitt.

Hvor kan jeg få en 3D-skriver?

De fleste 3D-skriverprodusenter selger produktene sine direkte online. Mange e-tailers lagerfører dem nå, inkludert selskaper som kun er online, som Amazon.com, og andre som også har murstein og mørtelbutikker. Noen av de sistnevnte, for eksempel Walmart, Best Buy og Staples, tilbyr dem i butikker så vel som på nettet, men husk å sjekke om tilgjengeligheten på butikkene er på deres nettsteder, da ikke alle utsalgssteder har dem. Flere 3D-skriverbutikker har åpnet i større byer. For eksempel har iMakr butikker i London og New York City.

Noen få forhandlere på nettet er spesialister på 3D-skrivere, for eksempel Dynamism, som selger en rekke 3D-skrivere fra forskjellige merker og også gir kundestøtte.

Hvilken programvare trenger jeg for 3D-utskrift?

Nesten alle 3D-skrivere godtar filer i det som kalles STL-format (oppkalt etter stereolitografi). Denne typen filer kan produseres av de fleste hvilken som helst CAD-programvare, fra dyre kommersielle pakker som AutoCAD til gratis eller åpen kildekode-produkter som Google SketchUp og Blender. For de som ikke er tilbøyelige til å lage sine egne 3D-filer, tilbyr 3D-objektdatabaser som MakerBots Thingiverse mange 3D-objektfiler som kan lastes ned og skrives ut.

De fleste 3D-skrivere har en programvarepakke, enten levert på disk eller tilgjengelig for nedlasting, som inkluderer alt du trenger for å få utskrift. Suitene gir vanligvis et program for å kontrollere skriveren og en tallerken, som, som forberedelse til utskrift, formaterer objektfilen i lag basert på den valgte oppløsningen og andre faktorer. Noen suiter inkluderer et program for å "helbrede" objektfilen ved å rette opp problemer som kan forstyrre jevn utskrift. Programmene kom ut av RepRap open source-bevegelsen, ut av hvilken hobbyist 3D-printing utviklet seg. På noen skrivere kan du velge de enkelte komponentprogrammene du vil laste ned, i stedet for å følge med alt som følger med i suiten.

Hva har fremtiden for 3D-utskrift?

En rekke 3D-skrivere for hjem og små bedrifter er lett tilgjengelige - PCMag har gjennomgått ganske mange av dem - men de blir fremdeles ofte sett på som eksotiske, og ganske kostbare, kontroverser. Forvent at det vil endre seg i løpet av de neste årene, når 3D-skrivere vil bli mer vanlig i hus - å bli funnet på arbeidsbenker, i studioer, hjemmekontorer og til og med på kjøkkenet. Du finner dem kanskje ikke i alle husholdninger, men de vil bli uunnværlige for de menneskene som har dem. For det meste har elementer laget med 3D-skrivere hatt homogent interiør, men vi vil begynne å se mer komplekse kreasjoner som kombinerer flere materialer og kompositter, i tillegg til utskrivbar elektronikk. Med dagens 3D-skrivere kan du skrive ut et nytt deksel hvis du mister TV-fjernkontrollens batterideksel. Med morgendagens, hvis du mister fjernkontrollen, vil du kunne skrive ut en ny fjernkontroll.

3D-utskrift får også fotfeste i det ytre rom. NASA eksperimenterer med 3D-skrivere ombord den internasjonale romstasjonen. Etter hvert kan 3D-skrivere brukes til å skape leveområder på Mars og andre verdener. For å redde Apollo 13-astronautene fra å dø av karbonmonoksid-forsterkning, måtte NASA faktisk finne en måte å passe en firkantet pinne inn i et rundt hull. Hadde det vært en 3D-skriver ombord, kan de ha klart å løse problemet ved å designe og skrive ut en kontakt.

Astronauter kan ikke svinge av Home Depot hvis de trenger å skifte ut en ventil eller widget, men en 3D-skriver kan fremstille en etter behov. På samme måte får vi se 3D-skrivere i Antarktis-baser og andre avsidesliggende jordiske steder, der folk ikke kan vente i seks måneder på neste tilførsel for å erstatte viktige deler eller verktøy.

Medisinske anvendelser av 3D-utskrift slutter ikke med protetikk, høreapparat og tannkroner. (Se "Hva kan 3D-skrivere lage?" Ovenfor for en forhåndsvisning av hva som finnes i verkene.) Erstatningsdeler trenger ikke å være begrenset til det mekaniske.

De siste årene har vi sett en eksplosjon i mangfoldet og bruken av 3D-skrivere. Det ligner på hvor personlig databehandling var rundt 1980. Selv om det er lett nok å se noen av områdene som 3D-utskrift vil forgrene seg til, er andre utenfor vår evne til å forutsi, akkurat som ingen i 1980 kunne ha forestilt seg mye av hva den personlige datamaskinen ville bli til. Det er mulig at 3D-utskrift kanskje ikke har samme innvirkning som PC-en, men den har potensial til å revolusjonere produksjonen, og kanskje viktigere, bringe den i hendene på hverdagslige forbrukere. En ting er imidlertid sikkert: 3D-utskrift er her for å bli.

For mer informasjon, sjekk guiden vår til de 10 beste 3D-skriverne, og litt innsikt fra en tidlig adopter.