Özünü təkrarlayan printerlər kompüter rəsmlərindən obyektlər yaradır? Elmi fantastika deyil, istehsalda inqilab edəcək reallıq
Düşünməsəniz də, 1986-cı il həlledici il idi. London Fond Birjasının deregulyasiyası pul haqqında düşüncəmizi dəyişdi; Çernobıl nüvə enerjisi haqqında düşüncəmizi dəyişdi; Top Gun film musiqiləri haqqında düşüncə tərzimizi dəyişdi və diqqətli olanlar üçün Chuck Hull adlı amerikalı centlmen istehsal haqqında düşüncəmizi dəyişdi.
Həmin il martın 11-də (Romanın ənənəvi qurulmasından təxminən bir milyon gün sonra) Hull 4, 575, 330 nömrəli ABŞ patenti ilə verildi: 'Stereolitoqrafiya ilə Üçölçülü Obyektlərin istehsalı üçün cihaz'. Beləliklə, 3D printer yarandı.
“Hər şeyi başlayan adam Çak Hull idi,” 3D çap şirkətinin 3T RPD-nin satış meneceri Phil Kilburn deyir. O, həmin vaxt Xerox-da işləyirdi və möhkəm üçölçülü model yaratmaq üçün mürəkkəbləri bir-birinin üstünə qoymaq ideyası ilə çıxış etdi. O, bu prosesi götürdü və ilk 3D çap şirkəti olan 3D Systems-ə başladı.’
Başlanğıcda
Hull-un orijinal 3D printeri ultrabənövşəyi işıqdan istifadə edərək ultrabənövşəyi şüalara məruz qaldıqda bərk hala gələn maye fotopolimer qabının səthi üzərində iki ölçülü forma çəkdi. Bu proses təkrar-təkrar baş verir, 3D obyekti yaratmaq üçün 2D təbəqələri yaradır. O vaxtdan bəri 3D printerlərdə istifadə olunan proseslər və materiallar uzun bir yol keçsə də, əsaslar dəyişməz olaraq qalır.
“İndi istifadə etdiyimiz maşınlar lazerlərdən istifadə edir,” 3T RPD-nin İT meneceri Martyn Harris deyir. “Proses son dərəcə ağıllıdır, lakin əsas formada çox sadədir: bir az toz götürün və əridin. Beləliklə, bizim maşınlarımızda sizdə toz halında olan materialdan, məsələn, neylondan ibarət yataq var, o, printerin kamerasında ərimə nöqtəsindən bir qədər aşağı qızdırılır. Daha sonra lazerlər toz üzərində istehsal etmək istədiyiniz komponentin ikiölçülü kəsiklərini izləyir, hər dəfə 2D təbəqəni əridir. Bir təbəqə izləndikdən sonra printerin yatağı, tutaq ki, 120 mikron [0,12 mm] aşağı düşür, sonra yenidən örtmə qolu üstünə başqa bir toz material qatını yayır və lazerlə izləmə ilə proses yenidən başlayır. növbəti təbəqəni çıxarın.'
Bu proses yüksək temperaturda toz hissəciklərindəki atomların bir-birinə yayılaraq bərk parçaya çevrildiyi "sinterləmə" üsuluna əsaslanır. Amma sadəcə olaraq hansısa plastikə lazer tutmaq və faydalı obyektin ortaya çıxmasını gözləmək kifayət deyil.
Harris deyir.“Sonra, sifarişli proqram təminatından istifadə edərək, siz modelləri printer çarpayısının ölçüsünü əks etdirən virtual 3D məkana yığırsınız. Oradan bütün fayllarınızı STL-də saxlayırsınız - stereolitoqrafiya və ya üçbucaqlı fayllar - və sənədlər hazır olduqdan sonra hamısını tikdiyiniz qalınlığa kəsirsiniz. Bütün bu dilimlənmiş fayllar printeri idarə edən kompüterə göndərilir və sonra bu, sadəcə "go" düyməsini sıxmaqdır və printer onu çap edəcək. Qəribədir ki, bu printerlərin bir çox hissəsi buradakı digər printerlərdə çap olunur, ona görə də onlar öz-özünə təkrarlanırlar.’
Harris son 13 il ərzində 3T RPD ilə məşğul olub və ən son olaraq 3T RPD printerlərindən istifadə edərək plastik Garmin qurğularından titan zəncir tutuculara qədər öz məhsullarını istehsal edən velosiped komponentləri şirkəti olan Race Ware şirkətini təsis edib.
Harris deyir. “Mən bara montajı axtarmağa gedəndə tapa bildiyim tək şey dəhşətli adapter dəsti idi, ona görə də özümü düzəldəcəm deyə düşündüm. Fikirləşdim ki, əgər mənim üçün birini düzəltsəm, başqasının da istəyib-istəmədiyini görəcəyəm, ona görə də bir TT forumuna girdim və ətrafdan soruşdum. Jason Swann adlı bu oğlan Garmin istədiyini söylədi və o, CAD dizayneri idi, ona görə də dizaynı mənə verdi. İlk iterasiyadan indi satdığımız versiyaya keçmək bizə cəmi üç-dörd ay çəkdi.’
Harrisin qeyd etdiyi kimi, 3D istehsalı ilə gələn əsas irəliləyişlərdən biri məhsulların istehsal oluna biləcəyi sürət və asanlıqdır. Rəsm lövhəsindən hazır məqaləyə qədər olan ümumi proses ənənəvi üsullarla müqayisədə olduqca sürətlidir – baxmayaraq ki, çap olunan məhsulların mürəkkəbliyindən və sayından asılı olaraq tikinti vaxtları bir neçə saatdan bir həftəyə qədər vaxt ala bilər.
“İyeksiya ilə qəlibləmə kimi digər istehsal proseslərindən fərqli olaraq, 3D çap ilə heç bir alət yoxdur,” Harris deyir. 'Mənə lazım olan tək şey CAD modelini yaratmaq, bir neçə sınaq işləmək, bir neçə düzəliş etmək və bundan məmnun olanda çap etməyə başlamaqdır. İnsanlar onun ətrafında başlarını götürməkdə çətinlik çəkirlər. Hazırlanma vaxtının nə olduğunu soruşurlar və mən cavab verə bilərəm: “İki və ya üç həftə”, halbuki onlar kiminsə “Gələn ilin dördüncü rübündə hazır olacaq” deməsinə öyrəşiblər.'
Sürətli prototipləmə
Əlbəttə ki, 3T RPD və Race Ware tək deyil; Hal-hazırda 3D çapdan bəhrələnən və sərhədləri daha da genişləndirmək istəyən digər istehsalçılar və sənayelər var. Audi, I, Robot filmində görünən RSQ konsept avtomobilini yaratmaq üçün 3D çap robotlarından istifadə etdi; Sauber kimi Formula 1 komandaları avtomobillərində 3D çaplı əyləc kanallarından istifadə edirlər və ən son olaraq Hollandiya memarlıq firması Dus Architects bütün evi 3D çap etmək planlarını açıqladı. Beləliklə, əgər bütün bunlar mümkün olsa (evin 'KarmerMaker' adlı altı metr hündürlüyündə bir printerdə hissələrə bölünəcəyi iddia edilir), velosipedlərin özləri üçün hansı nəticələr ola bilər? Bildiyini zənn edən bir adam Ridley Bikes şirkətinin tədqiqat və inkişaf şöbəsinin rəhbəri Dirk Van den Berkdir.
“Biz son iki və ya üç il ərzində Noah Fast çəngəlinin əyləci kimi kiçik prototip komponentləri çap edirik” Van den Berk deyir. “Ancaq ilk dəfə bu il [2013] biz Dean TT velosipedinin yeni versiyasının inkişafının bir hissəsi kimi bütün çərçivəni çap etdik. O, minmək və ya stress testindən keçmək üçün kifayət qədər güclü deyil, lakin hər şeyin uyğun olduğunu görmək üçün onu real komponentlərlə qura biləcəyimiz külək tunelində və montaj sınaqlarında aero sınağı üçün əladır.'
Race Ware ilə olduğu kimi, sürətli prototipləmə kimi tanınan bu xüsusi 3D çap növü Ridliyə tez və ucuz qiymətə dəyişikliklər etməyə imkan verir. “Dekan tuneldə sınaqdan keçirmək üçün boru formaları ilə başladı. Sonra tam çərçivələr qurduq. Bunları sınaqdan keçiririk, qiymətləndiririk, sonra geri qayıdıb kiçik dəyişikliklər edirik. Əla şey budur - kiçik dəyişikliklər çox tez edilə bilər. Sadəcə düyməni basıb printerin çapı dayandırmasını gözləməlisiniz.
‘Əvvəllər siz yaşıl işıq yandırdığınız və çərçivə istehsalçıları qəlibləri kəsməyə başlayana qədər çərçivə yaratmaq üçün kompüter və proqram təminatından istifadə edərdiniz. 3D çap ucuz texnologiya olmasa da, bu, qəlib açmaqdan, çərçivədə nəyisə səhv görməkdən və yenidən başlamaqdan daha ucuzdur,” Van de Berk əlavə edir.
Beləliklə, əgər 3T RPD kimi şirkətlər metalda çap edə bilirsə və Ridley kimi istehsalçılar artıq bütün prototip velosiped çərçivələrini çap edirlərsə, niyə biz ikisini bir yerə yığıb sürünən velosipedləri çap etməyə başlaya bilmirik?
“Tam bir çərçivə üçün bu, sürmə zamanı çərçivənin yüklənməsinə görə olduqca çətindir,” Van den Berk izah edir. “Bu, hər cür gərginlik və gərginliklə mübarizə aparmağı bacarmalı olan mürəkkəb bir quruluşdur. Karbonla, təbəqələri yaratmaq üsulu çərçivəni müəyyən bir istiqamətdə güclü və ya sərt edən şeydir. Çap iləxüsusiyyətlərinə nəzarət etmək daha çətindir
material və çərçivə istehsalını çətinləşdirən budur. Bununla belə, işlər şübhəsiz ki, bu istiqamətdə gedir.’
Ölçək qənaəti
Bristolda Kanalın üzərində, 3D çap çərçivələrinin reallığının getdikcə daha da yaxınlaşdığı bir şirkət var – ən azı qismən.
Charge Bikes ilk istehsalatda çap edilmiş buraxılışları yaratmaq üçün EADS (Avropa Aeronavtika Müdafiə və Kosmos Şirkəti) ilə işləyir. Ti6Al4V titandan hazırlanmış, buraxılışlar Charge-nin dondurucu çarpaz velosipedlərinə qaynaq edilmək üçün Tayvana göndərilməzdən əvvəl EADS-in müəssisəsində çap olunur. Bununla belə, EN sınaqları və Charge pro rider Chris Metcalfe-nin rəhbərliyi altında səkkiz ay çəkdiyi əziyyətli səkkiz ay məktəbi tərk edənlərin CNC-də işləyən qohumları qədər uğurlu olduğunu göstərsə də, onlar və onların bir hissəsi olduqları proses məhdudiyyətsiz deyil.
Charge-dən Neil Cousins deyir ki, 'Hazırda çap olunmuş buraxılışlar standart Dondurucu çərçivənin qiymətinə 20% əlavə edir, çünki qismən hər quruluş printerin ölçüsünə görə maksimum 50 buraxılış yarada bilər. Biz həmçinin printerlərin sayı ilə məhdudlaşırıq – hazırda Böyük Britaniyada yalnız üç başqa şirkət var – və onlardan istifadə etmək üçün lazım olan təcrübə və bacarıqlar.’
Cousins qeyd edir ki, gələcəkdə maşın ölçüləri və sayı artdıqca belə hissələrin istehsalının dəyərinin aşağı düşməməsi üçün heç bir səbəb yoxdur, lakin hələlik o, texnologiyanın hara getdiyi barədə realdır: “Biz Həmişə hissələr üçün planlar hazırlayır və burada yeni bir sənaye dizayneri işə götürür. Xatırlamaq lazım olan bir şey odur ki, hissələrin çoxu o qədər bahalı olacaq ki, distribyutorlarımızın rəflərində illərlə oturacaq bir şey etməmək üçün diqqətli olmalıyıq. Bununla belə, velosiped sənayesindəki bir çox böyük oyunçu texnologiya haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün bizimlə və EADS ilə əlaqə saxladı və daha qısa müddətdə 3D çapın mərkəzlər, mexanizmlər kimi komponentlərin istehsalı üçün istifadə edildiyini asanlıqla görə bilərəm. və kasetlər.'
Race Ware-dən Martyn Harris bir addım öndə ola bilər, aerodinamik guru Simon Smart ilə əməkdaşlıq edərək titan gövdəsini düzəldə bilər. Bitmiş, satıla bilən məhsul olmasa da (Harris hesab edir ki, hazırkı versiya ona 5.000 funt-sterlinqə başa gəlib, ona görə də birini dəyişdirmək bir az çətin ola bilər), bu, sadəcə olaraq 3D çapın hazırda hansı səviyyədə olduğunu sübut etməyə xidmət edir. Race Ware və Charge kimi şirkətlərin getmək istədiyi yerə çatmaq üçün vaxt lazım olacaq.
“3D çapın gələcəyinin açarı prosesi başa düşməkdir,” 3T RPD-dən Phil Kilburn deyir. “İnsanları texnologiyaya inandırmaq, insanlara onun nəyi bacarıb, nə edə bilməyəcəyini öyrətmək üçün bizim tərəfimizdən çoxlu missionerlik işi tələb olunur. Yalnız prosesi başa düşdükdən sonra ondan faydalana bilərsiniz. O, hələ tam olaraq ora çatmayıb, lakin baş verəndə 3D çap partlayacaq.'
İncə çap: 3D çap əslində necə işləyir
- Plastikdən tikilməklə yanaşı, 3T RPD metal hissələri çap edən bir sıra maşınlara malikdir, məsələn, Race Ware tərəfindən sifariş edilmiş titan zəncir tutucular.
- 1000°C+-də işləyən tək lifli lazer titan tozundan hazırlanmış yatağın iki ölçülü təbəqələrini izləməzdən əvvəl printer kamerası 70°C-yə qədər qızdırılır.
- Gördüyünüz parlaq ağ işıq lazerin nöqtəsi deyil, toz halında titan əriyəndə yayılan sıx işıqdır.
- Zəncirvari tutucular 20 mikron təbəqələrdə qurulur – hər təbəqənin izi çıxarıldıqdan sonra yeni bir toz təbəqəsi yayılmazdan əvvəl printer yatağı 0,02 mm aşağı düşür.
- Metal printer çarpayıları adətən plastik printer çarpayılarından çox kiçik olur. Lakin 3T RPD-nin ən son maşınları artıq öz sələflərindən 50% yüksəkdir.
- Printerləri böyütməklə bağlı ən böyük problem lazerlərin fokuslanması ilə əlaqədardır. Daha kiçik metal printerlər tək lazerdən istifadə edir, böyük sahəyə malik plastik printerlər isə iki lazerdən istifadə etməlidir.
- Üç zəncir tutucunun titanda çapı təxminən dörd saat çəkir. Yazıçı yatağına 50-yə qədər sıxışdırmaq olar, lakin quraşdırma vaxtı təxminən 12 saata qədər artacaq.
- Quruluş başa çatdıqdan sonra hissələr, demək olar ki, qum yığınından daş götürmək kimi çıxarıla bilər. Qalan tozun çox hissəsi təkrar emal edilir və növbəti quruluşa qaytarılır.
