Διαδικτυακό μάθημα 3D Lab

4. Διαδικασία Τρισδιάστατης Εκτύπωσης

Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι οποιαδήποτε από τις διαδικασίες στις οποίες το υλικό συνδέεται ή στερεοποιείται κάτω από έλεγχο υπολογιστή για να δημιουργήσει ένα τρισδιάστατο αντικείμενο.

Ξεκινώντας με την τρισδιάστατη μοντελοποίηση, είναι δυνατό να δημιουργηθεί μια ακριβής αναπαραγωγή του τελικού προϊόντος χρησιμοποιώντας αυτόματο σύστημα παραγωγής όπως το CAM (Computer-Aided Manufacturing) το οποίο αποτελείται από το “Machine Numerical Control” ή το “Rapid Prototyping”.

Ο υπολογιστικός ψηφιακός έλεγχος (CNC) ή ο απλός αριθμητικός έλεγχος (NC) είναι ο αυτοματοποιημένος έλεγχος εργαλείων μηχανικής κατεργασίας (τρυπάνια, εργαλεία διάτρησης, τόρνοι) με υπολογιστή, στον οποίο μια μηχανή NC τροποποιεί ένα κομμάτι υλικού (μέταλλο, ξύλο, κεραμικό ή σύνθετο) για να το μετατρέψει σε ακριβείς προδιαγραφές. [1] Είναι μια διαδικασία που λειτουργεί με την αφαίρεση του υλικού.

“Το Rapid prototyping είναι μια ομάδα τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την ταχεία κατασκευή ενός μοντέλου κλίμακας ενός φυσικού μέρους ή ενός συνόλου με τη χρήση τρισδιάστατων δεδομένων σχεδίασης με υπολογιστή (CAD). Η κατασκευή του εξαρτήματος ή του συνόλου πραγματοποιείται συνήθως χρησιμοποιώντας τεχνολογία εκτύπωσης 3D ή τεχνολογία “κατασκευής πρόσθετου στρώματος” (additive layer manufacturing). [2] Είναι λοιπόν η αντίθετη διαδικασία καθώς λειτουργεί με την προσθήκη υλικού.

Το Rapid Prototyping είναι η πιο δημοφιλής τεχνική αυτή τη στιγμή, λόγω του χαμηλού κόστους και επειδή δεν είναι απαραίτητη η βαθιά γνώση των τεχνικών πτυχών της διαδικασίας εκτύπωσης.

Εικόνα 4.1 [πηγή]

 

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την εκτύπωση 3D και τους εκτυπωτές, ανατρέξτε στην Ενότητα 1: “Εισαγωγή στην τεχνολογία ψηφιακών πρωτοτύπων”.

 

Είναι χρήσιμο να συνοψίσουμε μια τυπική διαδικασία εκτύπωσης:

Μόλις δημιουργηθεί το ψηφιακό 3D μοντέλο:

Εικόνα 4.2

 

Τα βήματα της ταχείας παραγωγής πρωτοτύπων είναι:

1. Δημιουργία Αρχείου STL:

Πρόκειται για μια προκαταρκτική φάση του πραγματικού πρωτοτύπου και συνίσταται στη δημιουργία του STL και στην επαλήθευσή του. Το αρχείο STL (Standard Triangulation Language To Layer) είναι ένα γραφικό πρότυπο που περιγράφει το αντικείμενο μέσω μιας αποσύνθεσης τριγωνισμού των επιφανειών που το συνθέτουν. Στην πράξη, οι επιφάνειες του αντικειμένου συνδέονται με τριγωνικά στοιχεία. Η αύξηση του αριθμού των τριγώνων βελτιώνει τον ορισμό της επιφάνειας.

Εικόνα 4.3

 

2. Διαχείριση του Αρχείου STL:

Μόλις δημιουργηθεί το αρχείο STL, θα πρέπει να βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχουν σφάλματα. Μόλις πραγματοποιηθεί αυτή η επαλήθευση, μπορεί να γίνει ο τεμαχισμός slicing, δηλαδή να δημιουργηθούν οι “φέτες” που τοποθετούνται η μία πάνω στην άλλη και δίνουν ζωή στο τελικό στερεό. Το Slicing είναι μια κρίσιμη λειτουργία επειδή καθορίζει τα χαρακτηριστικά επιφάνειας του τελικού αντικειμένου. Αυτή η λειτουργία μπορεί να είναι είτε ομοιόμορφη είτε προσαρμοστική όταν το πάχος των φετών είναι μεταβλητό και επιλέγεται ανάλογα με την καμπυλότητα της επιφάνειας, ώστε να προσαρμόζεται καλύτερα η τελική γεωμετρία, μειώνοντας το staircase effect (οι κεκλιμένες επιφάνειες μοιάζουν με σκαλιά).

Εικόνα 4.4

 

3. Εκτύπωση: Κατασκευή του πρωτοτύπου “στρώμα με στρώμα”:

Αποτελείται από την αποστολή του αρχείου STL ή των φετών, ανάλογα με το μοντέλο πρωτότυπου, στο μηχάνημα και την εναπόθεση του στρώματος υλικού με στρώματα μέχρι να φτάσει στο τελικό αντικείμενο.

Εικόνα 4.5. Σχηματική απεικόνιση της Στερεολιθογραφίας: μια συσκευή εκπομπής φωτός α) (ένα λέιζερ ή DLP ) φωτίζει επιλεκτικά τον διαφανή πυθμένα γ) μιας δεξαμενής β) γεμισμένης με μια υγρή ρητίνη φωτο-πολυμερισμού. Η στερεοποιημένη ρητίνη   δ) τραβάει προοδευτικά από πλατφόρμα ανύψωσης ε) [3]

 

 

 

 

 

 

4. Μετεπεξεργασία

Πρόκειται για χειροκίνητες εργασίες, σκοπός των οποίων είναι η αφαίρεση του αντικειμένου από το μηχάνημα και ο καθαρισμός του από το πλεονάζον υλικό. Όπως μπορείτε να δείτε από τη διαδικασία που μόλις περιγράψαμε, στη διαχείριση της φάσης εκτύπωσης δεν είναι απαραίτητο να έχετε υψηλή γνώση των τεχνικών πτυχών της τρισδιάστατης εκτύπωσης, καθώς η διαδικασία ελέγχεται σχεδόν εξ ολοκλήρου από τις μηχανές.

Όσον αφορά τη χρήση τρισδιάστατης μοντελοποίησης, η χρήση τρισδιάστατης εκτύπωσης συνεπάγεται μια σειρά πλεονεκτημάτων στη φάση της παραγωγής.

Μπορούν να συνοψιστούν σε:

  • – μείωση του χρόνου μετακίνησης του πρωτοτύπου
  • – μείωση του κόστους
  • – τη δυνατότητα ανίχνευσης εναλλακτικών λύσεων
  • – ευκολία επαλήθευσης των πραγματικών διαστάσεων
  • – αύξηση της πρόβλεψης σφάλματος
  • – τροποποίηση κατά τη διάρκεια της κατασκευής
  • – διαφορετικά υλικά
  • – οικολογική βιωσιμότητα λόγω της μείωσης των αποβλήτων κατά την κατασκευή πρωτοτύπων
  • – εύκολη επικοινωνία με τη χρήση πραγματικών αντικειμένων

 


Βιβλιογραφικές αναφορές:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_control
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Rapid_prototyping
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Stereolithography