1970-luvun lopulta lähtien on keksitty useita 3D-tulostusprosesseja. Tulostimet olivat alun perin suuria, kalliita ja erittäin rajoitettuja sen suhteen, mitä niillä pystyi tuottamaan.
Nyt on saatavilla suuri määrä additiivisia prosesseja. Tärkeimmät erot prosessien välillä ovat tavassa, jolla kerrokset kerrostetaan osien luomiseksi, ja käytetyissä materiaaleissa. Jotkin menetelmät sulattavat tai pehmentävät materiaalia kerrosten tuottamiseksi, esimerkiksi selektiivinen lasersulatus (SLM) tai suora metallin lasersintraus (DMLS), selektiivinen lasersintraus (SLS), sulatettu laskeumamallinnus (FDM) tai sulatettu filamenttivalmistus (FFF), kun taas toiset kovettavat nestemäisiä materiaaleja erilaisilla hienostuneilla tekniikoilla, kuten stereolitografialla (SLA). Laminoitujen kappaleiden valmistuksessa (LOM) ohuet kerrokset leikataan muotoonsa ja liitetään toisiinsa (esim. paperi, polymeeri, metalli). Partikkelipinnoitus mustesuihkutekniikkaa käyttäen tulostaa materiaalikerroksia yksittäisten pisaroiden muodossa. Jokainen kiinteän musteen pisara kuumasulatusmateriaalista tulostaa itse asiassa yhden hiukkasen tai yhden esineen. Värilliset kuumasulatusmusteet tulostavat yksittäisiä CMYK-pisaroita päällekkäin tuottaakseen yksivärisen esineen, jossa 1-3 kerrosta on sulatettu yhteen. Monimutkaiset 3D-mallit tulostetaan monilla päällekkäisillä pisaroilla, jotka on sulatettu yhteen kerroksiksi viipaloidun CAD-tiedoston mukaisesti. Mustesuihkutekniikan ansiosta 3D-mallit voivat olla kiinteitä tai avoimia solurakenteita 3D-tulostimen mustesuihkutulostuskonfiguraation määrittelemällä tavalla. Kullakin menetelmällä on omat etunsa ja haittansa, minkä vuoksi jotkut yritykset tarjoavat valinnanvaraa jauheen ja polymeerin välillä esineen rakentamiseen käytettävän materiaalin osalta. Toiset taas käyttävät joskus rakennusmateriaalina tavallista, kaupan hyllyltä saatavaa liikepaperia kestävän prototyypin tuottamiseksi. Tärkeimmät näkökohdat koneen valinnassa ovat yleensä nopeus, 3D-tulostimen kustannukset, tulostetun prototyypin kustannukset, materiaalien valinta ja kustannukset sekä väriominaisuudet.
Tulostimet, jotka toimivat suoraan metallien kanssa, ovat yleensä kalliita. Halvemmilla tulostimilla voidaan kuitenkin tehdä muotti, jota käytetään sitten metalliosien valmistamiseen.
| Tyyppi | Tekniikat | Materiaalit |
|---|---|---|
| Mustesuihkutekniikka | Pisaratekniikka tai jatkuvatoiminen (yksi- tai monisuutin) partikkelipinnoitus | Hot-melt-materiaalit (vaha, lämpömuovit, metalliseokset) |
| Materiaalien ekstruusio | Sulatettu laskeumamallinnus (FDM) tai sulatettu filamenttivalmistus (FFF) ja sulatettu pellettivalmistus tai sulatettu hiukkasvalmistus | Kestomuovit, eutektiset metallit, syötävät materiaalit, kumit, mallinnussavi, muovailuvaha |
| Robovalaminen tai MIG-hitsaus 3D-tulostus tai suoramustekirjoitus (DIW) tai metallin (EAM) ja keramiikan (EAC) ekstruusiopohjainen additiivinen valmistus | Metalli-sideainesekoitukset (mukaan lukien metallisavi ja jalometallisavi), keraamiset sideaineseokset (mukaan lukien keraaminen savi ja keraamiset lietteet), kermetti, metallimatriisikomposiitti, keraamiset matriisikomposiitit, metalli (MIG-hitsaus) | |
| Komposiittikuitufabrikointi (CFF) | Nailonista tai nailonista, jossa on lyhyitä hiilikuituja + vahvistus Hiilellä, Kevlarilla, Lasi ja lasi korkean lämpötilan kuitua varten | |
| Valopolymeroitu | Stereolitografia (SLA) | Fotopolymeeri (mukaan lukien esikeraamiset polymeerit) |
| Digitaalinen valonkäsittely (DLP) | Fotopolymeeri | |
| Jatkuva nestemäinen rajapintatuotanto (CLIP) | Fotopolymeeri + termisesti aktivoituva kemia | |
| Jauhepeti | Jauhepeti ja mustesuihkupäähän perustuva 3D-tulostustekniikka (3DP) | Lähes mikä tahansa metalliseos, jauhemaiset polymeerit, kipsi |
| Elektronisuihkusulatus (EBM) | Lähes mikä tahansa metalliseos, mukaan lukien titaaniseokset | |
| Selektiivinen lasersulatus (SLM) | Titaaniseokset, kobolttikromiseokset, ruostumaton teräs, Alumiini | |
| Selektiivinen lämpösintraus (SHS) | Lämpömuovipulverit | |
| Selektiivinen lasersintraus (SLS) | Lämpömuovit, metallijauheet, keraamiset jauheet | |
| Suora metallin lasersintraus (DMLS) | Lähes mikä tahansa metalliseos | |
| Laminoidut | Laminoidun esineen valmistus (LOM) | Paper, metallikalvo, muovikalvo |
| Pulverisyöttö | Suuntautuva energiasijoitus | Lähes mikä tahansa metalliseos |
| Lanka | Elektronisuihkulla vapaamuotoinen valmistus (EBF3) | Lähes mikä tahansa metalliseos |
Mustesuihkutekniikka Muokkaa
Nestemäistä materiaalia sisältävä suutin voidaan vetää imukykyisen pinnan yli materiaalin poistamiseksi, sähköstaattisesti vetää suuremmasta suihkuaukosta, paineistettu virtaamaan materiaalia tai nesteen paine voi nousta lyhyiden nestepurkausten aikaansaamiseksi suihkuna tai yksittäisinä pisaroina. Täytekynä, jossa on kärki, on esimerkki siivilöivästä materiaalista. Letku on esimerkki virtaavasta nesteestä. Pumpun lyhyt purskaus on esimerkki pisaran tai suihkun ulosheittämisestä.
Suuttimet voidaan valmistaa mistä tahansa materiaalista ja ne voivat olla yksisuuttimia, joissa on yksi nestekammio, tai monisuuttimia, joissa on yksi tai useampi nestekammio. Nykypäivän mustesuihkutulostintuotteet voivat olla mitä tahansa variaatioita näistä mustesuihkutyyleistä.
Mustesuihkujen mustemateriaalin on vain oltava riittävän alhaisen viskositeetin omaavaa, jotta neste pääsee kulkemaan suuttimen aukon läpi. Materiaalit voidaan sulattaa nestemäisiksi. Näitä kutsutaan kuumasulatusmusteiksi. Kaikissa tapauksissa mustesuihkumusteiden on oltava kolmiulotteisia tulostuspinnalla, jotta 3D-objektin Z-korkeuskomponentti saadaan aikaan.
Mustesuihkujen edelläkävijä oli Teletype, joka esitteli sähköstaattisesti vetävän Inktronic-televisiotulostimen vuonna 1966. Tulostimessa oli 40 suihkua, jotka tarjosivat läpimurtonopeuden 120 merkkiä sekunnissa.
Jatkuvatoimiset mustesuihkut olivat suosittuja 1950-1960-luvuilla ennen kuin Drop-On-Demand-mustesuihkut keksittiin vuonna 1972. Jatkuvatoimiset kolmiulotteiset musteet olivat vahapohjaisia ja matalan lämpötilan metalliseoksia. Näillä kuumasulatusmusteilla tulostamalla saatiin aikaan aakkosnumeerisia merkkejä, jotka olivat kiinteitä ja kolmiulotteisia, mutta kukaan ei tunnistanut niitä kolmiulotteiseksi tulostukseksi. Vuonna 1971 nuori insinööri Johannes Gottwald patentoi nestemäisen metallin tallentimen, joka tulosti suuria merkkejä metalliin opasteita varten, mutta Teletype Corp jätti keksinnön huomiotta. Pistekirjoitusta tulostettiin vahamusteilla, mutta sitä ei koskaan kaupallistettu 1960-luvulla.
Drop-On-Demand (DOD) -mustesuihkut keksittiin vuonna 1972, ja niissä käytettiin pietsosähköistä ”puristustekniikkaa”, jolla pumpattiin yksi pisara per puristus. Näissä varhaisissa DOD-suihkuissa käytettiin vain vesipohjaisia musteita. Mustesuihkuputkessa kokeiltiin useita suuttimen muotoja, halkaisijoita ja useita suuttimen reikiä. Yhden suuttimen mustesuihkuja kutsuttiin ”Alpha-suihkuiksi” Exxon Office Systems -yhtiössä, jossa tulostusta tutkivat monet varhaiset keksijät, jotka oli palkattu parantamaan tulostusta. Alpha-suihku hylättiin, koska se oli liian monimutkainen. Tämä ryhmä suunnitteli ja otti käyttöön monisuihkutulostuspäät.
Pieni yritys New Hampshiressa, R.H. Research, jonka omisti Robert Howard, tutki tulostusta vuosina 1982-1983 ja päätti, että yksisuutinmustesuihku oli mahdollinen, ja hän otti sitten yhteyttä Exxonin keksijään, joka nimesi Al Hockin hyvänä valintana tähän hankkeeseen. Al Hock kutsui Tom Peerin ja Dave Lutzin mukaansa New Hampshireen tutkimaan tätä uutta yritystä, ja he ottivat työtarjouksen vastaan. Dave Lutz otti yhteyttä kahteen edelleen Exxonissa työskentelevään suihkukoneyrittäjään, Jim ja Kathy McMahoniin, ja hekin hyväksyivät tarjouksen tulla perustajiksi tähän yritykseen, jonka nimeksi myöhemmin tuli Howtek, Inc. Muutamassa kuukaudessa uuden Howtek-tiimin valmistamat Alpha-suihkukoneet toimivat hienosti. Howtekin johto päätti mustesuihkutestien tulosten perusteella vaihtaa lasisuuttimet Tefzeliin. Tefzelin ansiosta mustesuihku pystyi toimimaan korkeissa lämpötiloissa uusien Thermoplastic Hot-melt -musteiden kanssa, eikä suuttimen rakenteessa esiintynyt tärinää, joka olisi aiheuttanut hajapisaroita. Jokainen puristus tuotti yhden pisaran taajuusalueella o 1-16 000 pisaraa sekunnissa. Suuttimet olivat valmistettavissa, ja Pixelmaster oli syntynyt. Jokaisessa tulostuspäässä oli 32 yksittäistä mustesuihkusuutinta, jotka tulostivat 4 väriä (8 suihkua per väri) CMYK. Mekanismi oli 121 kierrosta minuutissa pyörivä tulostuspää, joka sijoitti tasakokoisia ja -muotoisia pisaroita tarkasti paikalleen grafiikkateollisuuden subtraktiivisena väri- ja kuvatulostuksena. Tämä CMYK-kerroksia tulostavien kuumasulatusmusteiden tekniikka oli Richard Helinskin 3D-patentin edeltäjä. Muutamaa vuotta myöhemmin (1993) patentin lisensoi ensin Sanders Prototype, Inc. (nimetty uudelleen Solidscape, Inc:ksi), joka valmisti alan ensimmäisen pöytätyöpöydän Rapid Prototype -tulostimen, Modelmaker 6 Pron. Tässä tulostimessa ja uudemmissa tuotteissa käytetään näitä Howtek-tyylisiä mustesuihkuja ja kestomuovimusteita. Lämpömuovilla tulostetut mallit soveltuivat erinomaisesti investointivaluun, eikä niissä ollut tuhkaa palamisen aikana. Thermoplastic-mustepisaratulostus on tarkkaa ja täsmällistä, ja se antaa korkealaatuisia pintakäsittelymalleja, jotka ovat suosittuja koruntekijöiden ja yksityiskohtaisesti herkkien CAD-suunnittelijoiden keskuudessa. Howtekin mustesuihkut, jotka on suunniteltu tulostamaan sivu 4 minuutissa, tulostivat nyt joissakin tapauksissa 4 päivää putkeen. Ensimmäinen tulostin myytiin vuonna 1993 Hitchner Corporations, Metal Casting Technology R&D -ryhmälle, jossa tulostetaan golfmailojen päitä ja autojen moottoreiden osia.
Materiaalin suulakepuristaminenEdit
Skeemaattinen esitys estruusiopäällystysmenetelmästä; muovista koostuva hehkulanka (filamentti) a) johdetaan lämmitetyn liikkuvan pään b) läpi, joka sulattaa ja suulakepuristamalla sen kerros kerrokselta kerrokseen haluttuun muotoon c). Liikkuva alusta e) laskeutuu alas jokaisen kerroksen laskeutumisen jälkeen. Tämänkaltaisessa tekniikassa tarvitaan ylimääräisiä pystysuoria tukirakenteita d), jotka tukevat ulkonevia osia
Timelapse-video robottimallin (Make-lehden logo) tulostamisesta FDM-tekniikalla RepRapPro Fisher -tulostimella.
Fused filament fabrication (FFF), joka tunnetaan myös tavaramerkkitermillä fused deposition modeling (FDM), juontaa juurensa automaattisesta polymeerifolion kuumailmahitsausjärjestelmästä, kuumaliimauksesta ja automaattisesta tiivisteen pinnoituksesta. S. Scott Crump kehitti tätä periaatetta 1980-luvun lopulla, ja Stratasys toi sen markkinoille vuonna 1990. Sen jälkeen, kun tämän teknologian patentti oli vanhentunut, kehittyi laaja avoimen lähdekoodin kehitysyhteisö, ja tämäntyyppistä 3D-tulostinta hyödyntäviä kaupallisia ja DIY-vaihtoehtoja ilmestyi nimellä RepRap-projekti (lyhenne sanoista self-replicating rapid prototyper). Tämän seurauksena tämän teknologian hinta on laskenut kaksi kertaluokkaa sen luomisen jälkeen, ja siitä on tullut yleisin 3D-tulostuksen muoto.
Fused deposition modeling -menetelmässä malli tai osa valmistetaan pursottamalla pieniä materiaalihelmiä tai -virtoja, jotka kovettuvat välittömästi muodostaen kerroksia. Termoplastisesta tai muusta matalan sulamispisteen materiaalista tai seoksesta valmistettu filamentti syötetään ekstruusiosuuttimen päähän (3D-tulostimen ekstruuderi), jossa filamentti kuumennetaan sulamislämpötilaansa ja ekstruudoidaan rakennuspöydälle. Viime aikoina on kehitetty fused pellet deposition (tai fused particle deposition) -menetelmä, jossa muovihiukkaset tai -rakeet korvaavat filamentin käytön tarpeen. Suuttimen pää lämmittää materiaalin ja kytkee virtauksen päälle ja pois. Ekstruusiopään liikuttamiseen ja virtauksen säätämiseen käytetään tyypillisesti askelmoottoreita tai servomoottoreita. Tulostimessa on yleensä 3 liikeakselia. Tietokoneavusteisen valmistuksen (CAM) ohjelmistopakettia käytetään luomaan G-koodi, joka lähetetään mikrokontrollerille, joka ohjaa moottoreita.
Muovi on yleisin materiaali tällaisessa tulostuksessa. Erilaisia polymeerejä voidaan käyttää, mukaan lukien akryylinitriilibutadieenistyreeni (ABS), polykarbonaatti (PC), polymaitohappo (PLA), suuritiheyksinen polyeteeni (HDPE), PC/ABS, polyfenyylisulfoni (PPSU) ja iskunkestävä polystyreeni (HIPS). Yleensä polymeeri on neitseellisistä hartseista valmistetun filamentin muodossa. Avoimen lähdekoodin yhteisöllä on useita hankkeita, joiden tarkoituksena on jalostaa kuluttajan jälkeistä muovijätettä filamentiksi. Niihin liittyy koneita, joita käytetään muovimateriaalin silppuamiseen ja suulakepuristamiseen filamentiksi, kuten kierrätysrobotteja. Lisäksi prosessissa käytetään fluoripolymeerejä, kuten PTFE-putkia, koska materiaali kestää korkeita lämpötiloja. Tämä kyky on erityisen hyödyllinen filamenttien siirtämisessä.
3D-lasitulostin, joka laskee sulaa lasia
Metallia ja lasia voidaan molempia käyttää myös kolmiulotteiseen tulostukseen, vaikkakin ne ovat paljon kalliimpia ja niitä käytetään yleensä taideteoksiin. WAAM:n (wire arc additive manufacturing) kehittyminen on kuitenkin alentanut metallin kolmiulotteisen tulostuksen kustannuksia.
FDM rajoittaa jonkin verran valmistettavien muotojen vaihtelua. Esimerkiksi FDM:llä ei yleensä voida valmistaa tippukivimäisiä rakenteita, koska ne eivät olisi tuettuja rakentamisen aikana. Muuten rakenteeseen on suunniteltava ohut tuki, joka voidaan katkaista pois viimeistelyn aikana. Yleensä ohjelmisto, joka muuntaa 3D-mallin joukoksi litteitä kerroksia, jota kutsutaan sliceriksi, huolehtii näiden tukien lisäämisestä ja joistakin muista resursseista, jotka mahdollistavat tällaisten muotojen valmistamisen.
Jauhepedin fuusioEdit
Rakeiden sitomisen kaavamainen esitys: liikkuva pää a) sitoo valikoivasti (pudottamalla liimaa tai lasersintraamalla) jauhepedin pinnan e); liikkuva alusta f) laskee asteittain sängyn alas, ja jähmettynyt kappale d) lepää sitomattoman jauheen sisällä. Uutta jauhetta lisätään sänkyyn jatkuvasti jauhesäiliöstä c) tasausmekanismin avulla b)
Toinen 3D-tulostusmenetelmä on materiaalien valikoiva sulattaminen rakeisessa sängyssä. Tekniikassa sulatetaan osia kerroksesta ja siirrytään sitten työalueella ylöspäin, lisätään toinen kerros rakeista ja toistetaan prosessi, kunnes kappale on rakentunut. Prosessi käyttää sulattamatonta materiaalia tukemaan valmistettavan kappaleen ylityksiä ja ohuita seinämiä, mikä vähentää kappaleen väliaikaisten aputukien tarvetta. Esimerkiksi valikoivassa lämpösintrauksessa terminen tulostuspää käyttää lämpöä jauhemaisen kestomuovin kerroksiin; kun kerros on valmis, jauhepeti siirtyy alaspäin, ja automaattinen rulla lisää uuden materiaalikerroksen, joka sintrataan mallin seuraavan poikkileikkauksen muodostamiseksi; kun käytetään vähemmän intensiivistä termistä tulostuspäätä laserin sijasta, tämä on halvempi ratkaisu kuin laserin käyttäminen, ja se voidaan skaalata työpöydän kokoon.
Selektiivisen lasersintrauksen (SLS) kehittivät ja patentoivat tohtori Carl Deckard ja tohtori Joseph Beaman Teksasin yliopistossa Austinissa 1980-luvun puolivälissä DARPA:n tukemana. R. F. Housholder patentoi samankaltaisen prosessin, jota ei kuitenkaan kaupallistettu vuonna 1979.
Selektiivinen lasersulatus (SLM) ei käytä sintrausta pulverirakeiden sulattamiseen, vaan sulattaa pulverin täydellisesti käyttämällä suurienergistä laseria luodakseen täysin tiiviitä materiaaleja kerroksittain, joilla on samankaltaiset mekaaniset ominaisuudet kuin tavanomaisesti valmistetuilla metalleilla.
Elektronisuihkusulatus (EBM) on samantyyppinen additiivinen valmistustekniikka metalliosille (esim. titaaniseokset). EBM:ssä osat valmistetaan sulattamalla metallijauhetta kerros kerrokselta elektronisuihkulla korkeassa tyhjiössä. Materiaalit voivat olla keraamisia tai metallisia. Tämä menetelmä tunnetaan myös nimellä inkjet 3D-tulostusjärjestelmä. Kappaleen valmistamiseksi tulostin rakentaa mallin käyttämällä päätä, joka liikkuu alustan pohjan päällä ja laskeutuu kerros kerrallaan levittämällä kerroksen jauhetta (kipsiä tai hartseja) ja tulostamalla sideainetta kappaleen poikkileikkaukseen mustesuihkumaista prosessia käyttäen. Tätä toistetaan, kunnes jokainen kerros on tulostettu. Tämä tekniikka mahdollistaa täysväristen prototyyppien, ulokkeiden ja elastomeeriosien tulostamisen. Sidottujen jauhepainatusten lujuutta voidaan parantaa vahan tai lämpökovettuneen polymeerin kyllästyksellä.
StereolitografiaEdit
Skeemaattinen esitys fotopolymerisaatiosta; valoa säteilevä laite a) (laser tai DLP) valottaa valikoivasti nestemäisellä fotopolymerisoivalla hartsilla täytetyn säiliön b) läpinäkyvää pohjaa c); jähmettynyttä hartsia d) raahataan asteittain ylöspäin nostoalustalla e)
>Pääasiallisin artikkeli: Stereolitografia
Stereolitografia (SLA) -prosessi perustuu nestemäisten materiaalien valokovettamiseen (fotopolymerisaatioon) kiinteään muotoon; sen patentoi vuonna 1986 Chuck Hull.
Tässä prosessissa nestemäistä polymeeriä sisältävä sammio altistetaan kontrolloidulle valaistukselle (kuten laserille tai digitaaliselle valoprojektorille) turvavalo-olosuhteissa. Yleisimmin altistettu nestemäinen polymeeri kovettuu ristisilloittumalla, joka johtuu akrylaattien hiilihiilisten kaksoissidosten additioreaktiosta. Polymerisaatio tapahtuu, kun fotopolymeerit altistetaan valolle, kun fotopolymeerit sisältävät kromoforeja, muutoin käytetään valoherkkien molekyylien lisäystä reagoimaan liuoksen kanssa polymerisaation aloittamiseksi. Monomeerien polymerisaatio johtaa ristisilloittumiseen, jolloin syntyy polymeeri. Näiden kovalenttisten sidosten kautta liuoksen ominaisuus muuttuu. Tämän jälkeen rakennuslevy siirtyy alaspäin pienin askelin, ja nestemäinen polymeeri altistuu jälleen valolle. Prosessi toistuu, kunnes malli on rakennettu. Tämän jälkeen nestemäinen polymeeri valutetaan sammiosta, jolloin jäljelle jää kiinteä malli. EnvisionTEC Perfactory on esimerkki DLP-pikaprototyyppijärjestelmästä.
Objet PolyJet -järjestelmän kaltaiset mustesuihkutulostinjärjestelmät ruiskuttavat fotopolymeerimateriaaleja rakennusalustalle erittäin ohuina kerroksina (16-30 µm), kunnes osa on valmis. Jokainen fotopolymeerikerros kovetetaan UV-valolla suihkutuksen jälkeen, jolloin saadaan täysin kovettuneita malleja, joita voidaan käsitellä ja käyttää välittömästi ilman jälkikovetusta. Geelimäinen tukimateriaali, joka on suunniteltu tukemaan monimutkaisia geometrioita, poistetaan käsin ja vesisuihkutuksella. Se soveltuu myös elastomeereille. Markkinoilla on saatavilla toisenlainen mustesuihkutulostusjärjestelmä, jolla voidaan tulostaa fotopolymeeriä kerros kerrokselta UV-kovetteen välityksellä silmälasikorjauslinssien valmistukseen. Tällöin ei tarvita tukirakenteita, koska silmälasilinssit eivät tarvitse ylivuotoja. Hollantilainen Luxexcel-yritys on kaupallistanut tämän tekniikan ja tulostusalustan.
Monifotonifotopolymerisaatiossa käytettävällä 3D-mikrovalmistustekniikalla voidaan valmistaa erittäin pieniä piirteitä. Tässä lähestymistavassa käytetään fokusoitua laseria halutun 3D-kohteen jäljittämiseen geelilohkoon. Valoherkistyksen epälineaarisen luonteen vuoksi geeli kovettuu kiinteäksi vain niissä kohdissa, joihin laser oli fokusoitu, kun taas jäljelle jäävä geeli huuhtoutuu pois. Alle 100 nm:n kokoisia piirteitä valmistetaan helposti, samoin kuin monimutkaisia rakenteita, joissa on liikkuvia ja toisiinsa kiinnittyviä osia.
Toisessa lähestymistavassa käytetään synteettistä hartsia, joka jähmettyy LEDien avulla.
Maskikuvaprojisointiin perustuvassa stereolitografiassa 3D-digitaalimalli leikataan vaakasuorien tasojen avulla. Jokainen viipale muunnetaan kaksiulotteiseksi maskikuvaksi. Tämän jälkeen maskikuva projisoidaan valokovetteisen nestemäisen hartsin pinnalle ja valoa projisoidaan hartsiin sen kovettamiseksi kerroksen muotoon. Tekniikkaa on käytetty luomaan esineitä, jotka koostuvat useista eri nopeudella kovettuvista materiaaleista. Tutkimusjärjestelmissä valo heijastetaan alhaaltapäin, jolloin hartsi voidaan levittää nopeasti yhtenäisiksi ohuiksi kerroksiksi, mikä lyhentää tuotantoaikaa tunneista minuutteihin. Kaupallisesti saatavilla olevat laitteet, kuten Objet Connex, levittävät hartsin pienten suuttimien kautta.
Jatkuva nestemäinen rajapintatuotanto (CLIP, Continuous Liquid Interface Production) on toinen additiivisen valmistuksen muoto, jossa käytetään DLP-pohjaista valokuvapolymerointiprosessia sileäpintaisten, erimuotoisten kiinteiden kappaleiden luomiseen. CLIP:n jatkuva prosessi alkaa nestemäisen fotopolymeerihartsin altaasta. Osa altaan pohjasta on läpinäkyvää ultraviolettivalolle (”ikkuna”). Kuten DLP-järjestelmissä ennen sitä, ultraviolettivalonsäde loistaa ikkunan läpi ja valaisee kappaleen tarkan poikkileikkauksen. Valo saa hartsin jähmettymään. Esine nousee riittävän hitaasti, jotta hartsi pääsee virtaamaan sen alle ja pysyy kosketuksissa esineen pohjaan. CLIP eroaa perinteisistä DLP-prosesseista, koska hartsin alla on happea läpäisevä kalvo, joka luo ”kuolleen vyöhykkeen” (pysyvän nestemäisen rajapinnan), joka estää hartsia kiinnittymästä ikkunaan (fotopolymerisaatio estyy ikkunan ja polymerisaattorin välillä).
Stereolitografiasta poiketen tulostusprosessia pidetään perustajiensa mukaan jatkuvana ja huomattavasti nopeampana kuin perinteisiä DLP-prosesseja, mikä mahdollistaa osien valmistamisen minuuteissa tuntien sijasta.
Viime aikoina stereoligrafisten 3D-tulostustekniikoiden käyttöä on kehitetty edelleen mahdollistamaan keraamisten materiaalien additiivinen valmistus. Onnistunut keraamisten materiaalien 3D-tulostus stereolitografian avulla saavutetaan esikeraamisten polymeerien fotopolymerisoinnilla, jolloin saadaan piipohjaisia keraamisia materiaaleja, jotka tunnetaan laajemmin nimellä polymeerijohdannaiset keraamiset materiaalit, mukaan lukien piikarbidi ja piioksikarbidi.
Laskennallinen aksiaalinen litografiaToiminnanto
Laskennallinen aksiaalinen litografia on 3D-tulostustekniikka, joka perustuu laskennallisen tomografian periaatteen kääntämiseen, jotta voidaan luoda tulosteita valohyytelömäiseen hartsiin. Se on kehitetty Berkeleyn Kalifornian yliopiston ja Lawrence Livermoren kansallisen laboratorion välisessä yhteistyössä. Muista 3D-tulostusmenetelmistä poiketen siinä ei rakenneta malleja kerrostamalla materiaalikerroksia, kuten fuusioidussa laskeumamallinnuksessa ja stereolitografiassa, vaan siinä luodaan esineitä käyttämällä sarjaa 2D-kuvia, jotka heijastetaan hartsisylinteriin. Se on tunnettu kyvystään rakentaa esineitä paljon nopeammin kuin muut hartsia käyttävät menetelmät ja kyvystään upottaa esineitä tulosteisiin.
Nestemäinen additiivinen valmistus Muokkaa
Nestemäinen additiivinen valmistus (LAM, Liquid Additive Manufacturing) on additiivinen valmistustekniikka, jossa nestemäistä tai erittäin viskoosia materiaalia (esim. nestemäistä silikonikumia) kerrostetaan rakentamispinnalle esineen luomiseksi, joka sen jälkeen vulkanoidaan lämpöä käyttäen kovettamiseksi. Prosessin loi alun perin Adrian Bowyer, ja sitä kehitettiin saksalaisen RepRapin toimesta.
LaminointiEdit
Joissain tulostimissa voidaan käyttää rakennusmateriaalina paperia, jolloin tulostuskustannukset ovat alhaisemmat. 1990-luvulla jotkut yritykset markkinoivat tulostimia, jotka leikkasivat hiilidioksidilaserilla poikkileikkauksia erityisestä liimalla päällystetystä paperista ja laminoivat ne sitten yhteen.
Vuonna 2005 Mcor Technologies Ltd kehitti toisenlaisen prosessin, jossa käytettiin tavallisia toimistopaperiarkkeja, volframikarbiditerää muodon leikkaamiseen ja valikoivaa liiman laskeutumista ja painetta prototyypin liimaamiseksi yhteen.
Muutamat yritykset myyvät tulostimia, jotka tulostavat laminoituja objekteja ohuita muovi – ja metallilevyjä käyttäen.
Ultrasonic Consolidation (UC) tai Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) on matalan lämpötilan additiivinen valmistus- tai 3D-tulostustekniikka metalleille.
Directed Energy Deposition (DED)Muokkaa
Powder-fed directed-energy depositionMuokkaa
Jauheella ruokittavassa suunnatun energian laskeutumisessa (direct energy deposition, DED)Muokkaa
Powder-fed directed-energy deposition
Jauheella ruokittavassa suunnatun energian laskeutumisessa (engl. Lasersäde kulkee tyypillisesti depositiopään keskikohdan läpi ja se fokusoidaan pieneen pisteeseen yhden tai useamman linssin avulla. Rakentaminen tapahtuu X-Y-pöydällä, jota ohjataan digitaalisesta mallista luodulla työkaluradalla, jolla esine valmistetaan kerros kerrokselta. Pinnoituspäätä siirretään pystysuoraan ylöspäin, kun jokainen kerros valmistuu. Metallijauhe syötetään ja jaetaan pään ympärille tai se voidaan jakaa sisäisen jakoputken avulla ja syöttää suuttimien kautta, jotka on sijoitettu eri kokoonpanoihin laskeutuspään ympärille. Hermeettisesti suljettua kammiota, joka on täytetty inertillä kaasulla tai paikallisella inertillä suojakaasulla, käytetään usein suojaamaan sula-allas ilmakehän hapelta materiaaliominaisuuksien paremman hallinnan varmistamiseksi. Jauheensyöttöinen suunnatun energian prosessi on samankaltainen kuin selektiivinen lasersintraus, mutta metallijauhetta levitetään vain sinne, missä materiaalia lisätään kappaleeseen sillä hetkellä. Prosessi tukee monenlaisia materiaaleja, kuten titaania, ruostumatonta terästä, alumiinia ja muita erikoismateriaaleja sekä komposiitteja ja funktionaalisesti luokiteltuja materiaaleja. Prosessilla voidaan rakentaa kokonaan uusia metalliosia, mutta sillä voidaan myös lisätä materiaalia olemassa oleviin osiin esimerkiksi pinnoitteita, korjauksia ja hybridivalmistussovelluksia varten. Sandia National Labsin kehittämä LENS (Laser Engineered Net Shaping) on yksi esimerkki Powder Fed – Directed Energy Deposition -prosessista metalliosien 3D-tulostukseen tai restaurointiin.
Metallilankaprosessit Muokkaa
Laseriin perustuvissa langansyöttöjärjestelmissä, kuten Laser Metal Deposition-wire (LMD-w), lanka syötetään suuttimen läpi, jonka laser sulattaa käyttämällä suojakaasua suojakaasua joko avoimessa ympäristössä (kaasu ympäröi laserkammion ympärillä olevaa laserkappaletta) tai suljetussa kamarissa. Elektronisäteen vapaamuotoisessa valmistuksessa käytetään elektronisäteen lämmönlähdettä tyhjiökammiossa.