Kompyuter chizmalaridan ob'ektlar yaratadigan o'z-o'zini takrorlaydigan printerlar? Ilmiy fantastika emas, balki ishlab chiqarishda inqilob qiladigan haqiqat
Siz buni oʻylamagan boʻlsangiz ham, 1986 yil muhim yil boʻldi. London fond birjasining deregulyatsiyasi pul haqidagi fikrimizni o'zgartirdi; Chernobil atom energiyasi haqidagi fikrimizni o'zgartirdi; Top Gun film saundtreklari haqidagi fikrimizni o‘zgartirdi va diqqat bilan qaraydiganlar uchun Chak Xul ismli amerikalik janob ishlab chiqarish haqidagi fikrimizni o‘zgartirdi.
Oʻsha yilning 11-martida (Rimning anʼanaviy asos solinganidan buyon taxminan bir million kun oʻtgan) Hull AQSh patenti № 4, 575, 330: “Stereolitografiya yoʻli bilan uch oʻlchovli obʼyektlarni ishlab chiqarish apparati” bilan chiqarilgan. Shunday qilib, 3D printer paydo bo'ldi.
“Chak Hull hammasini boshlagan yigit edi”, deydi 3T RPD 3D bosib chiqarish kompaniyasining savdo menejeri Fil Kilbern. “U o'sha paytda Xerox kompaniyasida ishlagan va mustahkam uch o'lchamli modelni yaratish uchun siyohlarni bir-birining ustiga qo'yish g'oyasini o'ylab topgan. U bu jarayonni oldi va birinchi 3D bosib chiqarish kompaniyasi 3D Systemsni ishga tushirdi.’
Boshida
Hull original 3D printeri ultrabinafsha nurlar ta'sirida qattiq holga keladigan suyuq fotopolimer idishining yuzasiga ikki o'lchovli shaklni chizish uchun ultrabinafsha nurdan foydalangan. Bu jarayon qayta-qayta sodir bo'lib, 3D ob'ektni yaratish uchun 2D qatlamlarini yaratadi. O'shandan beri 3D printerlarda ishlatiladigan jarayonlar va materiallar uzoq yo'lni bosib o'tgan bo'lsa-da, asosiy printsiplar o'zgarishsiz qoldi.
“Biz foydalanadigan mashinalar lazerlardan foydalanadi”, deydi 3T RPD IT menejeri Martyn Xarris. “Jarayon nihoyatda aqlli, lekin uning asosiy shaklida bu juda oddiy: bir oz kukun olib, eritib yuboring. Shunday qilib, bizning mashinalarimizda siz kukunli materialdan, masalan, neylondan yasalgan to'shakka ega bo'lasiz, u printer kamerasida erish nuqtasidan pastroqqa qizdiriladi. Keyin lazerlar siz ishlab chiqarmoqchi bo'lgan komponentning ikki o'lchovli kesmalarini chang ustida kuzatib boradi va har safar 2D qatlamni eritadi. Qatlam kuzatilgandan so'ng, printerning to'shagi, aytaylik, 120 mikron [0,12 mm] ga tushadi, so'ngra qayta qoplovchi qo'l ustiga kukunli materialning yana bir qatlamini yoyadi va jarayon yana lazer yordamida boshlanadi. keyingi qatlamni chiqaring.'
Bu jarayon «sinterlash» usuliga asoslanadi, bu erda yuqori haroratlarda kukun zarralaridagi atomlar bir-biriga tarqalib, qattiq bo'lakka aylanadi. Lekin shunchaki lazerni qandaydir plastmassaga qaratib, foydali narsa paydo bo‘lishini kutishning o‘zi kifoya emas.
“Birinchi navbatda siz yaratmoqchi boʻlgan narsangizning 3D SAPR [kompyuter yordamida dizayn] modelini yaratasiz”, deydi Xarris.“Keyin, buyurtmachi dasturiy taʼminotdan foydalanib, siz modellarni printer toʻshagining oʻlchamini aks ettiruvchi virtual 3D maydoniga joylaysiz. U yerdan siz barcha fayllaringizni STL-da saqlaysiz - stereolitografiya yoki uchburchak fayllar - va fayllar tayyor bo'lgach, siz ularni har qanday qalinlikda yaratasiz. Barcha kesilgan fayllar printerni boshqaradigan kompyuterga yuboriladi, keyin esa go tugmasini bosish kifoya qiladi va printer uni chop etadi. Ajablanarlisi shundaki, bu printerlarning ko‘p qismlari bu yerda boshqa printerlarda chop etilgan, shuning uchun ular o‘z-o‘zidan takrorlanadi.’
Harris so'nggi 13 yil davomida 3T RPD bilan shug'ullanadi va yaqinda 3T RPD printerlari yordamida o'z mahsulotlarini - plastik Garmin o'rnatgichlaridan tortib titan zanjirli tutqichlargacha - ishlab chiqaradigan velosiped komponentlari bo'yicha Race Ware kompaniyasiga asos soldi.
“Men SRM-ni ishga tushirganim va bir nechta Easton TT barlari borligim uchun bu ishga kirishdim”, deydi Xarris. Men bar o'rnatish uchun borganimda, men faqat dahshatli adapter to'plamini topdim, shuning uchun men o'zimni yasayman deb o'yladim. Agar men o'zim uchun bittasini yasagan bo'lsam, boshqalar ham xohlayaptimi yoki yo'qligini ko'raman deb o'yladim, shuning uchun TT forumiga kirib, atrofdan so'radim. Jeyson Swann ismli yigit Garminni xohlayotganini aytdi va u SAPR dizayneri bo'lgani uchun menga dizaynni berdi. Birinchi iteratsiyadan hozir sotayotgan versiyaga o‘tishimiz uchun bor-yo‘g‘i uch-to‘rt oy kerak bo‘ldi.’
Xarris ta'kidlaganidek, 3D ishlab chiqarish bilan birga keladigan asosiy yutuqlardan biri bu mahsulotlarni ishlab chiqarish va sayqallash tezligi va qulayligidir. Chizma taxtasidan tayyor maqolagacha bo‘lgan umumiy jarayon an’anaviy usullarga nisbatan juda tezdir – garchi chop etilayotgan mahsulotlarning murakkabligi va soniga qarab qurish vaqti bir necha soatdan bir haftagacha davom etishi mumkin.
“Boshqa ishlab chiqarish jarayonlaridan, masalan, inyeksion qoliplashdan farqli oʻlaroq, 3D bosib chiqarishda hech qanday asbob-uskunalar mavjud emas”, deydi Xarris. Men qilishim kerak bo'lgan yagona narsa - SAPR modelini yaratish, bir nechta sinovlarni bajarish, bir nechta o'zgartirishlar qilish va undan mamnun bo'lganimda chop etishni boshlash. Odamlarga boshlarini burish qiyin. Ular yetkazib berish muddati qanchaligini so‘rashadi va men “Ikki yoki uch hafta” deb javob berishim mumkin, holbuki ular kimdir “Keyingi yilning to‘rtinchi choragida tayyor bo‘ladi” deyishiga o‘rganib qolgan.'
Tezkor prototiplash
Albatta 3T RPD va Race Ware yolg'iz emas; Hozirda 3D bosib chiqarishning afzalliklaridan foydalanayotgan va chegaralarni yanada kengaytirishga intilayotgan boshqa ishlab chiqaruvchilar va tarmoqlar mavjud. Audi I, Robot filmida paydo bo'lgan RSQ kontseptual avtomobilini yaratish uchun 3D bosib chiqarish robotlaridan foydalangan; Sauber kabi Formula 1 jamoalari o'z avtomobillarida 3D bosma tormoz kanallaridan foydalanadilar va yaqinda Gollandiyaning Dus Architects me'morchilik firmasi butun uyni 3D bosib chiqarish rejalarini e'lon qildi. Xo'sh, agar bularning barchasi amalga oshirilishi mumkin bo'lsa (uy "KarmerMaker" deb nomlangan olti metr balandlikdagi printerda qismlarga bo'linadi), velosipedlarning o'zi uchun qanday oqibatlarga olib kelishi mumkin? Ridley bikes tadqiqot va ishlanmalar boshlig'i Dirk Van den Berk, o'zini bilaman deb o'ylaydigan kishi.
“Soʻnggi ikki yoki uch yil davomida biz Noah Fast vilkalari uchun tormoz kabi kichik prototip komponentlarini chop etmoqdamiz”, deydi Van den Berk. "Ammo bu yil birinchi marta [2013] biz Dean TT velosipedining yangi versiyasini ishlab chiqishning bir qismi sifatida butun ramkani chop etdik. U haydash yoki stress sinovidan o‘tish uchun yetarli darajada kuchli emas, lekin shamol tunnelida aerosinov va montaj sinovlari uchun juda yaxshi, bu yerda hamma narsa mos kelishini ko‘rish uchun uni haqiqiy komponentlar bilan qurishimiz mumkin.’
Race Ware-da bo'lgani kabi, tezkor prototiplash deb nomlanuvchi ushbu maxsus 3D bosib chiqarish turi Ridliga tez va arzon o'zgartirishlar kiritish imkonini beradi. Dekan tunnelda sinab ko'rish uchun naycha shakllaridan boshladi. Keyin biz to'liq ramkalar qurdik. Biz ularni sinab ko'ramiz, baholaymiz, keyin orqaga qaytib, kichik o'zgarishlar kiritamiz. Bu ajoyib narsa - kichik o'zgarishlar juda tez amalga oshirilishi mumkin. Siz shunchaki tugmani bosishingiz va printer chop etishni to'xtatishni kutishingiz kerak.
‘Ilgari siz yashil chiroq yonib, ramka ishlab chiqaruvchilar qoliplarni kesishni boshlaguningizcha ramka yaratish uchun kompyuterlar va dasturlardan foydalanar edingiz. 3D bosib chiqarish arzon texnologiya bo‘lmasa-da, bu qolipni ochishdan, ramkada nimadir noto‘g‘ri ekanligini ko‘rishdan va boshidan boshlashdan ko‘ra arzonroqdir”, deb qo‘shimcha qiladi Van de Berk.
Demak, agar 3T RPD kabi kompaniyalar metallda chop eta olsa va Ridley kabi ishlab chiqaruvchilar allaqachon butun prototip velosiped romlarini chop etayotgan boʻlsa, nega biz ikkalasini birlashtirib, haydash mumkin boʻlgan velosipedlarni chop eta olmaymiz?
“Toʻliq kadr uchun bu juda qiyin, chunki haydash paytida ramka qanday yuklanadi”, deb tushuntiradi Van den Berk. “Bu murakkab tuzilma bo‘lib, u har qanday zo‘riqish va zo‘riqishlarga bardosh bera oladi. Uglerod yordamida qatlamlarni yaratish usuli ma'lum bir yo'nalishda ramkani mustahkam yoki qattiq qiladi. Chop etish bilanning xususiyatlarini nazorat qilish ancha qiyinlashadi
material va bu ramka ishlab chiqarishni qiyinlashtiradi. Biroq, ishlar albatta shu yo'nalishda ketmoqda.'
Miqyosdagi iqtisodlar
Bristoldagi kanalga qaytsak, 3D bosma kadrlar haqiqati tobora yaqinlashib borayotgan bitta kompaniya bor - hech bo'lmaganda qisman.
Charge Bikes EADS (Yevropa Aeronavtika Mudofaa va Koinot Kompaniyasi) bilan birinchi ishlab chiqarishda chop etilgan ishdan bo'shatilganlarni yaratish uchun ishlamoqda. Ti6Al4V titanidan tayyorlangan bo'lib, tashlab ketilganlar Charge muzlatgichli velosipedlariga payvandlanish uchun Tayvanga jo'natilishdan oldin EADS zavodida chop etiladi. Biroq, EN sinovlari va Charge pro rider Chris Metcalfe boshchiligidagi mashaqqatli sakkiz oy davomida maktabni tashlab ketganlar CNC-da ishlaydigan qarindoshlari kabi muvaffaqiyatli bo'lishlarini ko'rsatgan bo'lsa-da, ular va ular ishtirok etadigan jarayon cheklovlarsiz emas.
Charge’dan Neil Cousins shunday deydi: “Hozirda chop etilgan toʻxtab qolganlar standart muzlatish kamerasining narxiga 20% qoʻshmoqda, chunki qisman har bir qurilma printerning oʻlchamiga qarab atigi 50 ta oʻchirishni keltirib chiqarishi mumkin. Shuningdek, bizda printerlar soni cheklangan – hozirda ular Buyuk Britaniyadagi uchta boshqa kompaniyada mavjud – hamda ulardan foydalanish uchun zarur bo‘lgan tajriba va ko‘nikmalar.’
Cousins ta'kidlashicha, kelajakda bunday qismlarni ishlab chiqarish xarajatlari mashina o'lchamlari va soni ortib borayotgani sababli pasaymasligi uchun hech qanday sabab yo'q, ammo hozircha u texnologiya qayerga ketayotgani haqida aniq: Biz har doim ehtiyot qismlar uchun rejalar bilan keladi va bu erda yangi sanoat dizaynerini yolladi. Esda tutish kerak bo'lgan narsa shundaki, ko'plab qismlar shunchalik qimmatga tushadiki, biz distribyutorlarimizning javonlarida yillar davomida o'tiradigan narsalarni qilishdan ehtiyot bo'lishimiz kerak. Ya'ni, velosiped sanoatining ko'plab yirik o'yinchilari texnologiya haqida ko'proq ma'lumot olish uchun biz va EADS bilan bog'lanishdi va qisqa muddatda men 3D bosib chiqarish markazlar, mexanizmlar kabi komponentlarni yaratishda foydalanilayotganini osongina ko'rishim mumkin. va kassetalar.'
Race Ware-dan Martyn Xarris aerodinamik guru Saymon Smart bilan titan poyasini yasashda hamkorlik qilib, bir qadam oldinda bo'lishi mumkin. Garchi tayyor, sotiladigan buyum bo'lmasa-da (Harrisning hisob-kitoblariga ko'ra, joriy versiya unga 5 000 funt sterlingga tushgan, shuning uchun uni almashtirish biroz qiyin bo'lishi mumkin), bu shunchaki 3D bosib chiqarishning hozirda qanday darajada ekanligini va nima ekanligini isbotlash uchun xizmat qiladi. Race Ware va Charge kabi kompaniyalar bormoqchi bo'lgan joyga borish uchun kerak bo'ladi.
“3D bosib chiqarish kelajagining kaliti bu jarayonni tushunishdir”, deydi 3T RPD’dan Fil Kilbern. “Odamlarni texnologiyaga ishonishga undash, u nimaga qodir va nima qila olmasligini o‘rgatish uchun bizdan ko‘p missionerlik ishlari olib borildi. Jarayonni tushunganingizdan keyingina undan foydalanishingiz mumkin. U hali u erga etib bormadi, lekin bo'lganda, 3D bosib chiqarish portlaydi.’
Yuqori chop etish: 3D chop etish qanday ishlaydi
- 3T RPD plastmassadan ishlab chiqarish bilan bir qatorda Race Ware tomonidan buyurtma qilingan titan zanjirli tutqichlar kabi metall qismlarni chop etuvchi bir qator mashinalarga ega.
- 1000°C+ da ishlaydigan bitta tolali lazer titan kukuni to'shagida ikki o'lchovli qatlamlarni aniqlashdan oldin printer kamerasi 70°C gacha isitiladi.
- Siz koʻrishingiz mumkin boʻlgan yorqin oq yorugʻlik lazer nuqtasi emas, aksincha, kukunli titan eriganida chiqadigan kuchli yorugʻlikdir.
- Zanjirli tutqichlar 20 mikronli qatlamlarda qurilgan - har bir qatlam aniqlangandan so'ng, yangi kukun qatlami yoyilishidan oldin printer to'shagi 0,02 mm ga tushadi.
- Metal printer yotoqlari odatda plastik printer yotoqlariga qaraganda ancha kichikroq. Ammo 3T RPD’ning eng so‘nggi mashinalari o‘zidan oldingilaridan 50% yuqoriroq ishlab chiqarilgan.
- Printerlarni kattalashtirish bilan bogʻliq katta muammo lazerlarni fokuslash bilan bogʻliq. Kichikroq metall printerlar bitta lazerdan foydalanadi, katta maydonli plastik printerlar esa ikkitadan foydalanishi kerak.
- Titandan uchta zanjirli tutqichni chop etish taxminan toʻrt soat davom etadi. Printer to‘shagiga 50 tagacha siqish mumkin, lekin qurish vaqti taxminan 12 soatgacha oshadi.
- Qurilish tugagach, uning qismlari deyarli qum uyumidan tosh olgandek olib tashlanishi mumkin. Qolgan kukunning katta qismi qayta ishlanadi va keyingi qurilishga qaytariladi.
