Typer av 3D-skrivare och deras egenskaper

I den tidigare artikeln gjorde vi en slags introduktion till 3D-skrivarnas värld. Nu är det dags att fördjupa sig lite djupare i den här tekniken, att veta mer om hemligheterna som dessa team döljer, såväl som typer av 3D-skrivare som finns. Något viktigt när du ska välja rätt, eftersom de alla har sina fördelar och nackdelar, så det kommer alltid att finnas en som är mer i linje med dina behov.

Typer av 3D-skrivare enligt utskriftsteknik

Typerna av 3D-skrivare är väldigt många, och kan klassificeras efter olika kriterier. Här är några av de viktigaste:

huvudfamiljer

Precis som konventionella skrivare också har flera familjer, skulle 3D-skrivare främst kunna klassificeras i 3 grupper:

tinta: det är inte ett vanligt bläck, utan en pulverblandning som cellulosa eller gips. Skrivaren kommer att bygga modellen från detta konglomerat av damm.

Fördel	Nackdelar
Billig metod att producera i stora volymer.	Mycket ömtåliga bitar som behöver genomgå härdningsbehandlingar.

Laser/LED (optik): är den teknik som används i 3D-hartsskrivare. De innehåller i princip en vätska i en reservoar och utsätts för laserexponering för att stelna hartset och UV-härdning för att härda. Det gör att harts (akrylbaserad fotopolymer) förvandlas till en solid bit med den form som behövs.

Fördel	Nackdelar
Du kan skriva ut mycket komplexa former.	De är dyra.
Mycket hög tryckprecision.	Mer avsedd för industriellt eller professionellt bruk.
Utmärkt ytfinish som kräver liten eller ingen efterbearbetning.	De kan generera giftiga ångor, så de är inte särskilt lämpliga för hem.

Injektion: är de som huvudsakligen använder filament (vanligen termoplast) såsom PLA, ABS, Tuvalu, nylon, etc. Tanken bakom denna familj är att skapa former genom avsättning av smälta lager av dessa material (de kan vara mycket varierande). Resultatet är en robust pjäs, om än långsammare och med mindre precision än lasern.

Fördel	Nackdelar
prisvärda modeller.	De är långsamma.
Rekommenderas för hobbyister, hemmabruk och utbildning.	De bildar modellen i lager, och beroende på filamentets tjocklek kan finishen vara av sämre kvalitet.
Mängder av material att välja mellan.	Vissa delar är beroende av stöd som måste skrivas ut för att hålla delen.
Robusta resultat.	De behöver mer efterbearbetning.
Det finns många märken och modeller att välja mellan.

Vissa speciella 3D-skrivare, såsom betong eller bioprinting, kan vara baserade på en av dessa familjer, men med vissa modifieringar.

När dessa familjer väl är kända kommer vi i följande avsnitt att lära oss mer om var och en av dem och de teknologier som kan finnas.

Harts och/eller optiska 3D-skrivare

den harts och optiska 3D-skrivare De är en av de mest sofistikerade och med bäst resultat i sin finish, men de är också oftast mycket dyrare. Dessutom kommer de också att behöva ytterligare maskiner som tvätt och härdning i vissa fall, eftersom dessa funktioner inte är integrerade i själva skrivaren (eller i de fall där rengöring av delarna i en MSLA är besvärlig).

tvättade: Efter utskrift av 3D-delen behövs en tvättprocess. Men istället för att borsta och sprayrengöra delen kan du ta bort den färdiga delen från byggplattformen och använda tvättmaskinerna. Dessa kommer att fungera som en automatisk biltvätt, med en propeller som roterar magnetiskt inuti och rör om rengöringsvätskan (en tank full med isopropylalkohol -IPA-) inuti den hermetiskt tillslutna kabinen.
Cura: efter rengöring är det också nödvändigt att härda biten, det vill säga exponering för ultravioletta strålar som förändrar polymerens egenskaper och härdar den. För att göra detta tar härdningsstationen bort delen från rengöringsvätskan där den var nedsänkt, torkar den samtidigt som den vrids för att nå alla sidor. När detta är gjort kommer en UV LED-stång att börja härda biten, som om det vore en ugn.

SLA (stereolitografi)

detta stereolitografiteknik det är en ganska gammal metod som har förnyats för 3D-skrivare. Ett ljuskänsligt flytande harts används som härdar på de ställen där laserstrålen träffar. Så här skapas lagren tills den färdiga biten uppnås.

Fördel	Nackdelar
Slät ytfinish.	Hög kostnad.
Kan skriva ut komplexa mönster.	Mindre miljövänligt.
Bäst för små delar.	Behöver härdningsprocess efter tryckning.
Snabb	Du kan inte skriva ut stora delar.
Olika material att välja mellan.	Dessa skrivare är inte de mest hållbara och robusta.
Kompakt och lätt att transportera.

SLS (selektiv lasersintring)

Det är en annan process selektiv lasersintring liknar DLP och SLA, men istället för en vätska kommer ett pulver att användas. Laserstrålen kommer att smälta och vidhäfta dammpartiklarna lager för lager tills den slutliga modellen bildas. Fördelarna med denna metod är att du kan använda många olika material (nylon, metall,...) för att skapa delar som är svåra att skapa med traditionella metoder som formar eller extrudering.

Fördel	Nackdelar
Batchutskrift kan göras på ett enkelt sätt.	Begränsad mängd material.
Tryckpriset är relativt överkomligt.	Det tillåter inte återvinning av materialet.
Behöver inte stöd.	Potentiella hälsorisker.
Mycket detaljerade bitar.	Bitarna är spröda.
Bra för experimentellt bruk.	Efterbehandling är knepigt.
Du kan skriva ut större delar.

DLP (Digital Light Processing)

Denna teknik av digital ljusbehandling är en annan typ av 3D-utskrift som liknar SLA, och använder även ljushärdade flytande fotopolymerer. Skillnaden ligger dock i ljuskällan, som i det här fallet är en digital projektionsduk, med fokus på de punkter där hartset behöver härda, vilket påskyndar utskriftsprocessen jämfört med SLA.

Fördel	Nackdelar
Hög utskriftshastighet.	Osäkra förbrukningsvaror.
Stor precision.	Förbrukningsmaterial har en hög kostnad.
Det kan vara bra för olika användningsområden.
3D-skrivare till låg kostnad.

MSLA (maskerad SLA)

Den är baserad på SLA-teknik och delar många av dess funktioner, men är en typ av maskerad SLA-teknik. Det vill säga att den använder en LED-array som UV-ljuskälla. Med andra ord har den en LCD-skärm genom vilken ljus sänds ut som matchar formen på ett lager, exponerar allt harts på en gång och uppnår högre utskriftshastigheter. Det vill säga, skärmen projicerar skivor eller skivor.

Fördel	Nackdelar
Slät ytfinish.	Hög kostnad.
Kan skriva ut komplexa mönster.	Mindre miljövänligt.
Utskriftshastighet.	Behöver härdningsprocess efter tryckning.
Olika material att välja mellan.	Du kan inte skriva ut stora delar.
Kompakt och lätt att transportera.	Dessa skrivare är inte de mest hållbara och robusta.

DMLS (Direct Metal Laser Sintering) eller DMLS (PolyJet Direct Metal Laser Sintering)

I det här fallet genererar den föremål på ett liknande sätt som SLS, men skillnaden är att pulvret inte smälts utan värms upp av lasern till den punkt där kan smälta ihop på molekylär nivå. På grund av spänningarna är bitarna vanligtvis något spröda, även om de kan utsättas för en efterföljande termisk process för att göra dem mer motståndskraftiga. Denna teknik används i stor utsträckning inom industrin för att tillverka metall- eller legeringsdelar.

Fördel	Nackdelar
Mycket användbar industriellt.	ansikten.
De kan användas för utskrift av metalldelar.	De är vanligtvis stora.
Behöver inte stöd.	Delar kan vara spröda.
Mycket detaljerade bitar.	Den behöver en efterprocess som inkluderar glödgning för att smälta samman metallerna eller andra typer av material.
Du kan skriva ut delar i många olika storlekar.

Extrudering eller deponering (injektion)

När vi talar om familjen av skrivare som använder avsättningstekniker med hjälp av materialextruders kan man skilja mellan följande teknologier:

FDM (Fused Deposition Modelling)

Dessa modelleringstekniker avsättning av smält material för att komponera objektet lager för lager. När en filament värms upp och smälts, passerar den genom en extruder och huvudet rör sig i XY-koordinaterna som anges av filen med tryckmodellen. För den andra dimensionen använd en Z-offset för de på varandra följande lagren.

Fördel	Nackdelar
Stängd.	De är stora maskiner för industrin.
Stort utbud av material att välja mellan.	De är inte billiga.
Finish av bra kvalitet.	De behöver mer underhåll.

FFF (Fused Filament Fabrication)

Skillnader mellan FDM och FFF? Även om det ibland används som en synonym, är FDM en term som hänvisar till en teknik som utvecklades av Stratasys 1989. Däremot har termen FFF likheter, men myntades av skaparna av RepRap 2005.

Med populariseringen av 3D-skrivare och FDM-patentet löper ut 2009, var vägen banad för nya lågkostnadsskrivare med en mycket liknande teknik som kallas FFF:

FDM: stora och slutna maskiner för användning inom teknik och med resultat av hög kvalitet.
FFF: öppna skrivare, billigare och med sämre och mer inkonsekventa resultat för applikationer där delar med mycket specifika egenskaper behövs.

Fördel	Nackdelar
De är billiga.	Grov yta på bitarna.
Filamentet kan återanvändas.	Vridning (deformation) är frekvent. Det vill säga att en del av objektet du skriver ut böjs uppåt på grund av temperaturskillnaden mellan lagren.
De är enkla.	Munstycket tenderar att bli igensatt.
Det finns en mängd olika material att välja mellan.	De tar lång tid att skriva ut.
De är kompakta och lätta att transportera.	Skiktförskjutningsproblem på grund av bristande vidhäftning mellan lagren.
Du kan hitta dem både färdiga och i kit att montera.	Svaghet.
	Sängen eller stödet behöver ofta kalibreras.

Andra typer av avancerade 3D-skrivare

Förutom ovanstående typer av 3D-skrivare, eller utskriftstekniker, finns det andra som kanske inte är populära för hemmabruk, men som är är intressanta för industri eller forskning:

MJF (Multi Jet Fusion) eller MJ (Material Jetting)

En annan 3D-utskriftsteknik som du kan hitta är MJF eller helt enkelt MJ. Som namnet antyder är det en process som använder insprutning av material. De typer av 3D-skrivare som har anammat denna utskriftsmetod är främst avsedda för smyckesindustrin, och uppnår hög kvalitet genom att injicera hundratals små droppar fotopolymer och sedan genomgå en UV-(ultraviolett) ljushärdningsprocess (stelning).

Fördel	Nackdelar
Hög utskriftshastighet.	Det har inte keramiska material kommersiellt tillgängliga för tillfället.
Lämplig för affärsbruk.	Tekniken är inte alltför utbredd.
Hög grad av automatisering under tryck- och efterbearbetningsprocessen.

SLM (selektiv lasersmältning)

Det är en avancerad teknik, med en mycket kraftfull laserkälla, och 3D-skrivare av denna typ har ganska höga priser, så den är avsedd för professionell användning. På sätt och vis liknar de optisk SLS-teknik, selektivt smält samman med laser. Mycket använd i selektivt smälta metallpulver och generera mycket robusta bitar lager för lager, så att du slipper vissa efterföljande behandlingar.

Fördel	Nackdelar
Du kan skriva ut metalldelar med komplexa former.	Begränsad mängd material.
Resultatet är en exakt och robust pjäs.	De är dyra och stora.
Behöver inte stöd.	Dess energiförbrukning är hög.
Lämplig för industriellt bruk.

EBM (elektronstrålesmältning)

teknik elektronstrålefusion det är en additiv tillverkningsprocess mycket lik SLM och djupt rotad i flygindustrin. Den är också kapabel att producera mycket täta och robusta modeller, men skillnaden är att istället för en laser används en elektronstråle för att smälta metallpulvret. Denna teknik för industriellt bruk kan leda till smältning vid temperaturer på 1000ºC.

Fördel	Nackdelar
Du kan skriva ut metalldelar med komplexa former.	Mycket begränsad mängd material, eftersom det för närvarande endast kan användas för vissa metaller som kobolt-krom eller titanlegeringar.
Resultatet är en exakt och robust pjäs.	De är dyra och stora.
Behöver inte stöd.	Dess energiförbrukning är hög.
Lämplig för industriellt bruk.	De behöver kvalificerad personal och skyddsåtgärder för deras användning.

BJ (Binder Jetting)

Det är en annan av de befintliga typerna av 3D-skrivare, med en teknik som används på industriell nivå. I det här fallet, det använd ett pulver som bas för tillverkning av delar, med ett bindemedel för att bilda lager. Det vill säga att den använder pulver av materialet tillsammans med ett slags lim som senare ska tas bort så att bara basmaterialet blir kvar. Dessa typer av skrivare kan använda material som gips, cement, metallpartiklar, sand och till och med polymerer.

Fördel	Nackdelar
Stort utbud av material för att tillverka bitarna.	De kan vara stora i storleken.
Du kan skriva ut stora föremål.	De är dyra.
Behöver inte stöd.	Ej lämplig för hushållsbruk.
Lämplig för industriellt bruk.	Det kan bli nödvändigt att anpassa modellen till varje fall.

Betong eller 3DCP

Det är en typ av tryck som intresserar sig mer och mer för byggbranschen. 3DCP står för 3D Concrete Printing, det vill säga 3D-utskrift av cement. En datorstödd process för att skapa strukturer av cement genom extrudering för att bilda skikt och därmed bygga väggar, hus etc.

Fördel	Nackdelar
De kan bygga strukturer snabbt.	De kan vara stora i storleken.
De är av stort intresse för byggsektorn.	De är dyra och komplexa.
De skulle kunna möjliggöra byggandet av billigare och mer hållbara bostäder.	Varje fall kommer att behöva anpassa 3D-skrivaren specifikt.
En viktig utveckling för koloniseringen av andra planeter.

LOM (Laminated Object Manufacturing)

LOM omfattar vissa typer av 3D-skrivare som används för rullande tillverkning. Till detta används tyger, pappersark, ark eller metallplåtar, plast etc., avsätter ark för ark för lagren och använder ett lim för att sammanfoga dem, förutom att använda industriella skärtekniker för att generera formen, som t.ex. kan vara laserskärning.

Fördel	Nackdelar
De kan bygga robusta strukturer.	De är inte kompakta 3D-skrivare.
Möjlighet att välja mellan mycket olika råvaror.	De är dyra och komplexa.
De kan ha tillämpningar inom flygsektorn eller inom konkurrenssektorn för vissa kompositer.	De behöver kvalificerad personal.

DOD (Drop on Demand)

En annan teknik släpp på begäran använder två "bläckstrålar", en avsätter byggnadsmaterialet för föremålet och den andra ett upplösbart material för stöden. På så sätt bygger den lager för lager, med hjälp av ytterligare verktyg för att forma modellen, till exempel en flugklippare som polerar området under konstruktion. På så sätt uppnår den en perfekt plan yta, varför den används flitigt i industrin där det krävs större precision, som att tillverka formar.

Fördel	Nackdelar
Perfekt för industriellt bruk.	De kan vara stora i storleken.
Stor precision i finish.	De är dyra och komplexa.
De kan skriva ut stora föremål.	De behöver kvalificerad personal.
Behöver inte stöd.	Något begränsat material.

MME (Metal Material Extrusion)

Denna metod är mycket lik FFF eller FDM, det vill säga den består av extrudering av en polymer. Skillnaden är att detta polymer har en hög metallpulverbelastning. Därför, när du skapar formen, kan efterbearbetning (avbindning och sintring) göras för att skapa en solid metalldel.

UAM (Ultrasonic Additive Manufacturing)

Denna andra metod använder metallplåtar som är lager för lager och smälts samman av ultraljud för att blanda ytorna och skapa en fast del.

bioprinting

Slutligen, bland typerna av 3D-skrivare kan en av de mest avancerade och intressanta för medicinskt bruk, bland andra applikationer i branschen, inte saknas. Är om biotryckteknik, som kan baseras på några av de tidigare teknikerna, men med särdrag. Det finns till exempel fall där de är baserade på skiktavsättning, biobläckstrålar (bioink), laserassisterad bioprinting, tryck, mikrosträngsprutning, SLA, direkt cellsträngsprutning, magnetteknik, etc. Allt kommer att bero på vilken användning du vill ge den, eftersom var och en har sina potentiella fördelar och begränsningar.

3D bioprinting har tre grundläggande faser vilka är:

Pre-bioprinting: är processen att skapa en modell, till exempel 3D-modellering med 3D-utskriftsprogram. Men i det här fallet behövs mer komplexa steg för att erhålla nämnda modell, med tester som biopsier, datortomografi, magnetisk resonanstomografi, etc. På så sätt kan du få fram modellen som kommer att skickas till utskrift.
bioprinting: När de olika nödvändiga materialen används, såsom flytande lösningar med celler, matriser, näringsämnen, biobläck etc., och de placeras i tonerkassetten så att skrivaren börjar skapa vävnaden, organet eller föremålet.
Post-bioprinting: det är processen före utskrift, som var fallet med 3D-utskrift, det finns också olika tidigare processer. De kan vara att generera en stabil struktur, vävnadsmognad, kärlbildning etc. I många fall behövs bioreaktorer för detta.

Fördel	Nackdelar
Möjlighet att trycka levande tyger.	Komplexitet.
Det skulle kunna lösa problemet med bristen på organ för transplantation.	Kostnad för denna avancerade utrustning.
Eliminera behovet av djurförsök.	Behov av förbearbetning, förutom efterbearbetning.
Snabbhet och precision.	Fortfarande i experimentstadier.

Typer av 3D-skrivare efter material

Ett annat sätt att katalogisera 3D-skrivare är genom vilken typ av material de kan skriva ut på, även om vissa av de inhemska och industriella 3D-skrivarna accepterar en mängd olika material för utskrift (så länge de har liknande egenskaper, såsom smältpunkt,...), precis som en konventionell skrivare kan använda olika typer av papper.

3D-skrivare av metall

Alla metaller är inte väl lämpade för olika typer av 3D-skrivare. Faktum är att med hjälp av några av teknikerna ovan kan bara ett fåtal hanteras. De vanligaste metallpulver som används i additiv tillverkning är:

Rostfritt stål (olika typer)
Verktygsstål (med olika kolsammansättning)
Titanlegeringar.
Aluminiumlegeringar.
Nickelbaserade superlegeringar, såsom Inconel (en austenitisk Ni-Cr-legering).
Kobolt-krom legeringar.
Kopparbaserade legeringar.
Ädelmetaller (guld, silver, platina,...).
Exotiska metaller (palladium, tantal,...).

3D matskrivare

Källa: REUTERS/Amir Cohen

Det är allt vanligare att hitta 3D-skrivare för att göra mat med hjälp av additiv tillverkningsmetoder. I det här fallet är några av de vanligaste:

Funktionella komponenter (prebiotika, probiotika, mineraler, vitaminer, fettsyror, fytokemikalier och andra antioxidanter).
Fiber.
Fetter
Olika typer av kolhydrater, som mjöl och socker.
Proteiner (animaliska eller vegetabiliska) för att bilda köttliknande texturer.
Hydrogeler, såsom gelatin och alginat.
Choklad.

3D-skrivare av plast

Naturligtvis är ett av de mest använda materialen för 3D-utskrift, speciellt för 3D-skrivare för hemmet polymererna:

Eftersom vi är så populära och många kommer vi att dedikera en artikel speciellt för dem.

Plast som PLA, ABS, PET, PC, etc.
Högpresterande polymerer som PEEK, PEKK, ULTEM, etc.
Syntetiska polyamider av textiltyp som nylon eller nylon.
Vattenlösliga såsom HIPS, PVA, BVOH, etc.
Flexibel som TPE eller TPU, som de i silikonfodral för mobiltelefoner.
Polymerisationsbaserade hartser.

Dessutom, om du ska använda en 3D-skrivare för att skriva ut föremål för användning i mat, såsom koppar, glas, tallrikar, bestick, etc., bör du veta vad livsmedelssäker plast:

PLA, PP, sampolyester, PET, PET-G, HIPS, nylon 6, ABS, ASA och PEI. Om du ska använda dem för att diska i diskmaskin eller tål högre temperaturer, kassera nylon, PLA och PET, eftersom de tenderar att deformeras vid temperaturer mellan 60-70ºC.

Biomaterial

Källa: BloodBusiness.com

Beträffande 3D bioprinting, kan du också hitta ett brett utbud av produkter och material:

syntetiska polymerer.
Poly-L-mjölksyra.
Biomolekyler, såsom DNA.
Biobläck med låg viskositet med celler i suspension (specifika celler eller stamceller). Med hyaluronsyra, kollagen m.m.
Metaller för proteser.
Proteiner.
Kompositer.
Gelatinagaros.
ljuskänsliga material.
Akryl och epoxiharts.
Polybutylentereftalat (PBT)
Polyglykolsyra (PGA)
Polyeter-eterketon (PEEK)
polyuretan
Polyvinylalkohol (PVA)
Polymjölk-samglykolsyra (PLGA)
Chitosan
Andra pastor, hydrogeler och vätskor.

Kompositer och hybrider

Det finns också andra hybridföreningar för 3D-skrivare, även om de tenderar att vara mer exotiska och mycket olika:

PLA-baserad (70% PLA + 30% annat material), såsom trä, bambu, ull, korkfilament, etc.
Kompositer (kolfiber, glasfiber, kevlar, etc.).
Aluminiumoxid (blandning av polymerer och aluminiumpulver).
Keramik. Några exempel är porslin, terrakotta osv.
- Metalloxider: aluminiumoxid, zirkon, kvarts, etc.
- Icke-oxidbaserad: kiselkarbider, aluminiumnitrid, etc.
- Biokeramik: såsom hydroxiapatit (HA), trikalciumfosfat (TCP), etc.
Cementbaserade föreningar, såsom olika typer av murbruk och betong.
Nanomaterial och smarta material.
Och många fler innovativa material som kommer.

Enligt användningsområden

Sist men inte minst kan olika typer av 3D-skrivare också katalogiseras enligt användning vad kommer att ges:

Industriella 3D-skrivare

den industriella 3D-skrivare De är en mycket speciell typ av skrivare. De har vanligtvis avancerad teknik, förutom att de är avsevärt stora i storlek, och kostar tusentals euro. De är designade för användning inom industrin, för att tillverkas snabbt, exakt och i stora kvantiteter. Och de kan användas inom sektorer som flygteknik, elektronik och halvledare, läkemedel, fordon, konstruktion, flyg, motorsport, etc.

mycket industriella 3d-skrivare priser kan svänga från € 4000 till € 300.000 i vissa fall, beroende på storlek, märke, modell, material och egenskaper.

Stora 3D-skrivare

Även om denna typ av stora 3d-skrivare skulle kunna inkluderas inom de industriella, det är sant att det finns vissa modeller som är designade för användning utanför industrin, till exempel vissa skrivare som kan skriva ut stora delar för de tillverkare som behöver det, för små företag, etc. Jag syftar på de modellerna som inte är lika stora och dyra som de industriella, som Anycubic Chiron, Snapmaker 3D, Tronxy X5SA, Tevo Tornado, Creality CR 10S, Dremer DigiLab 3D20, etc.

Billiga 3D-skrivare

Många monteringssatser 3D-skrivare för hemmabruk, eller några projekt med öppen källkod, som Prusa, Lulzbot, Voron, SeeMeCNC, BigFDM, Creality Ender, Ultimaker, etc., samt andra märken som säljer kompakta 3D-skrivare, har också fört 3D-utskrift till många hem. Vad tidigare bara ett fåtal företag hade råd med nu kan prissättas liknande konventionella skrivare.

I allmänhet är dessa skrivare avsedd för privat bruk, till exempel gör-det-själv-entusiaster eller -tillverkare, eller för vissa frilansare som behöver skapa vissa modeller då och då. Men de är inte designade för att skapa stora modeller, varken massivt eller snabbt. Och för det mesta är de gjorda av harts eller plastfilament.

3d penna

Slutligen, för att slutföra denna artikel, ville jag inte lämna mig själv 3D pennor. De är inte en av typerna av 3D-skrivare som sådana, men de har ett gemensamt mål och kan vara väldigt praktiska att skapa några enkla modeller, för barn osv.

Tienen ett mycket billigt pris, och i princip är små pennformade handhållna 3D-skrivare för att göra ritningar med volym. De använder vanligtvis plastfilament som PLA, ABS, etc., och deras funktion är mycket enkel. De ansluts i princip till ett eluttag och värms upp som lödkolvar eller limpistoler. Så här smälter de plasten som kommer att rinna genom spetsen för att skapa ritningen.

Hardwarelibre