Tujuh jenis utama teknologi pencetakan 3D

Pencetakan 3D, juga disebut manufaktur aditif, mencakup beberapa proses yang berbeda. Meskipun berbeda, mereka semua berbagi langkah kunci yang sama. Misalnya, semua pencetakan 3D dimulai dengan model digital, karena ini adalah teknologi berbasis digital. Bagian atau produk pertama kali dirancang menggunakan perangkat lunak CAD atau diperoleh dari perpustakaan digital sebagai file elektronik. Kemudian, perangkat lunak persiapan mengiris file desain menjadi lapisan untuk membuat instruksi jalur untuk diikuti printer 3D.

Mengapa Tujuh Jenis?

Pabrikan aditif dapat dikategorikan berdasarkan produk yang dihasilkannya atau bahan yang digunakannya. ISO telah mengklasifikasikannya menjadi tujuh tipe umum. Namun, tujuh kategori pencetakan 3D ini juga berjuang untuk mencakup meningkatnya jumlah sub -jenis teknis dan teknologi hibrida.

Pencetakan 3D ekstrusi material

Ekstrusi material sesuai dengan namanya: Bahan didorong melalui nosel. Biasanya, bahannya adalah filamen plastik, yang meleleh dan diekstrusi melalui nosel yang dipanaskan. Printer menyimpan materi ke platform build di sepanjang jalur alat yang dihasilkan oleh perangkat lunak. Filamen kemudian mendingin dan menguat untuk membentuk objek yang solid. Ini adalah bentuk paling umum dari pencetakan 3D. Meskipun kedengarannya sederhana, mengingat berbagai bahan yang dapat diekstrusi, termasuk plastik, logam, beton, gel bio, dan berbagai makanan, ini sebenarnya kategori yang sangat luas. Printer 3D dari kisaran jenis ini dari $ 100 hingga puluhan ribu dolar.

 Subtipe Ekstrusi Bahan: Pemodelan Deposisi Lembar (FDM), Pencetakan 3D Konstruksi, Pencetakan 3D Mikro, Pencetakan BIO 3D.
 Bahan: plastik, logam, makanan, beton, dll.
 Akurasi dimensi: ± {{0}}. 5% (batas bawah ± 0,5mm).
 Aplikasi Umum: Prototyping, penutup listrik, pengujian bentuk dan kesesuaian, jig dan perlengkapan, pola casting, bangunan, dll.
 Keuntungan: Metode pencetakan 3D biaya terendah dengan berbagai bahan.
 Kerugian: Umumnya kinerja material yang lebih rendah (kekuatan, daya tahan, dll.) Dan biasanya akurasi dimensi yang lebih rendah.

1. Pemodelan Deposisi Fused (FDM)
 

Bagian FDM dapat dibuat pada berbagai printer 3D menggunakan logam atau plastik

Ada pasar multi miliar dolar untuk printer 3D FDM, dengan ribuan mesin mulai dari model industri dasar hingga kompleks. Mesin FDM juga disebut Fused Filament Fabrication (FFF), yang persis sama dengan teknologi. Seperti semua teknologi pencetakan 3D, FDM dimulai dengan model digital, yang kemudian dikonversi menjadi jalur untuk diikuti oleh printer 3D. Di FDM, Anda memuat gulungan filamen (atau beberapa sekaligus) ke dalam printer 3D, yang memasukkannya ke dalam nozzle ekstruder printer. Printer memanaskan nosel atau nozel ke suhu yang diperlukan untuk melembutkan filamen, memungkinkan lapisan berturut -turut untuk mengikat dan membentuk bagian yang solid.

Saat printer menggerakkan ekstruder di sepanjang koordinat bidang XY yang ditunjuk, ia meletakkan lapisan pertama. Extruder kemudian naik ke ketinggian berikutnya (bidang z), mengulangi lapisan persimpangan demi lapisan sampai objek terbentuk sepenuhnya. Bergantung pada geometri objek, dukungan mungkin diperlukan untuk overhang curam. Ini dihapus setelah dicetak, dengan beberapa bahan yang dapat dilarutkan dalam air atau solusi lainnya.

Printer 3D FDM menawarkan berbagai mesin untuk penggemar, usaha kecil, dan produsen (sumber: Creality, Raise3D, Stratasys).

2. BIOPRINTING 3D

Bioprinting 3D mirip dengan pencetakan 3D tradisional, tetapi bahan yang digunakan secara signifikan berbeda.

Bioprinting 3D, atau pencetakan bio 3D, adalah proses pembuatan aditif yang menggabungkan bahan organik atau biologis, seperti sel hidup dan nutrisi, untuk menciptakan struktur seperti jaringan tiga dimensi alami. Ini dapat menghasilkan apa saja dari jaringan kerangka dan pembuluh darah hingga jaringan hidup. Ini digunakan dalam berbagai penelitian dan aplikasi medis, seperti rekayasa jaringan, pengujian dan pengembangan obat, dan terapi obat regeneratif yang inovatif. Definisi aktual dari bioprinting 3D masih berkembang. Pada dasarnya, ini berfungsi mirip dengan pencetakan 3D FDM dan termasuk dalam kategori ekstrusi material (meskipun ekstrusi bukan satu -satunya metode bioprinting).

Dalam bioprinting 3D, bahan (tinta bio) diekstrusi dari jarum untuk membuat lapisan cetak. Tinta bio terutama terdiri dari zat hidup, seperti sel dalam bahan pembawa. Sebagai contoh, kolagen, gelatin, asam hialuronat, sutra, alginat, atau nanoselulosa menyediakan perancah molekuler untuk pertumbuhan struktural dan dukungan nutrisi.

3. Pencetakan 3D Konstruksi

Pencetakan 3D Konstruksi

Pencetakan 3D konstruksi adalah sub bidang ekstrusi material yang berkembang pesat. Teknik ini melibatkan penggunaan printer 3D yang terlalu besar (biasanya setinggi puluhan meter) untuk mengekstrusi bahan bangunan seperti beton dari nosel. Mesin -mesin ini biasanya berbentuk sistem lengan gantry atau robot. Pencetakan konstruksi 3D sekarang digunakan untuk bangunan perumahan, fitur arsitektur, dan proyek konstruksi mulai dari sumur air hingga dinding. Beberapa peneliti mengatakan itu dapat secara signifikan mengubah industri konstruksi dengan mengurangi kebutuhan tenaga kerja dan limbah konstruksi.

Ada lusinan rumah cetak 3D di AS dan Eropa. Pengembangan teknologi konstruksi 3D sedang berlangsung untuk menggunakan bahan yang ditemukan di bulan dan Mars untuk membangun habitat untuk ekspedisi di masa depan. Mencetak dengan tanah lokal sebagai metode konstruksi yang lebih berkelanjutan juga mendapatkan perhatian.

Pencetakan 3D berbasis resin, atau photopolymerization, menggunakan cahaya untuk menyembuhkan resin cair. Setelah setiap lapisan disembuhkan, platform build sedikit bergeser (0. 01 0. 05 mm), dan prosesnya berulang hingga objek selesai. Objek tersebut kemudian dibersihkan dan dipasok untuk meningkatkan sifat mekaniknya.

Bentuk umum dari proses ini termasuk stereolithography (SLA), Digital Light Processing (DLP), dan Liquid Crystal Display (LCD)/Masked SLA (MSLA). Perbedaan utama antara teknologi ini terletak pada sumber cahaya mereka dan metode curing.

Polimerisasi bucket menggunakan cahaya untuk mengeras lapisan resin fotosensitif demi lapis.

Beberapa produsen printer 3D, terutama yang membuat mesin kelas profesional, telah mengembangkan varian photopolymerization yang unik dan dipatenkan. Oleh karena itu, teknologi bernama yang berbeda terlihat di pasaran. Carbon, produsen printer 3D industri, menggunakan Digital Light Sintesis (DLS) dalam fotopolimerisasi PPN. STRATASYS NAMA TEKNIK PHOTOPOLIMERIZASIONALIZASIONAL (P3), FORMLABS menawarkan stereolithography gaya rendah (LFS), dan Azul 3D pertama kali dikomersialkan photopolymerization PPN dalam bentuk High Area Rapid Printing (HARP). Pasar juga memiliki litografi berbasis manufaktur logam (LMM), proyeksi stereolithography micro (PμSL), dan Digital Composite Manufacturing (DCM), yang memperkenalkan aditif fungsional ke dalam resin cair.

Jenis Teknologi Pencetakan 3D: Stereolithography (SLA), Liquid Crystal Display (LCD), Digital Light Processing (DLP), Micro Stereolithography (μSLA), dll.
Bahan: Photopolymers (castable, transparan, industri, biokompatibel, dll.)
Akurasi dimensi: ± {{0}}. 5% (batas bawah ± 0,15mm atau 5nm dengan μSla)
Aplikasi Umum: Prototipe dan Penggunaan Akhir Suku Cadang Polimer, Perhiasan, Kedokteran Gigi, Produk Konsumen
Keuntungan: Permukaan halus, detail halus

1 Stereolithography (SLA)

Contoh stereolithography (SLA) dari sistem 3D, DWS, dan FormLabs.

Stereolithography (SLA), teknologi pencetakan 3D pertama di dunia, ditemukan oleh Chuck Hull pada tahun 1986. Dia mematenkannya dan menyiapkan sistem 3D untuk mengkomersialkannya. Sekarang, ini digunakan oleh penggemar dan profesional melalui banyak produsen printer 3D.

SLA menggunakan laser untuk memperkuat lapisan resin. Sebagian besar printer SLA menggunakan laser solid-state. Dibandingkan dengan DLP, laser titik SLA membutuhkan waktu lebih lama untuk melacak lapisan objek, sementara DLP mengeraskan seluruh lapisan secara instan dengan flash. Namun, laser SLA dapat menghasilkan cahaya yang lebih kuat, yang dibutuhkan beberapa resin -resin.

Mikro - Stereolithography (μSLA)

Ini dapat mencetak komponen mikro - skala dengan resolusi 2 - 50 mikron. Sebagai perbandingan, rambut manusia rata -rata lebar 75 mikron. Sebagai teknologi "mikro 3D pencetakan", μSLA memaparkan resin cair ke laser ultraviolet. Ini berbeda dalam menggunakan resin khusus, laser kompleks, dan lensa untuk menciptakan titik fokus yang sangat kecil.
 

Nanoscribe dan Microlight3D adalah dua produsen terkemuka dari dua - printer 3D polimerisasi foton (TPP) (Sumber: Nanoscribe, Microlight3D).

Dua - polimerisasi foton (TPP)

2pp, adalah teknologi pencetakan mikro - 3 lain dan bentuk SLA. Menggunakan laser femtosecond berdenyut yang difokuskan pada tempat di tong resin khusus, TPP dapat mencetak bagian sekecil 0. 1 mikron dengan memperkuat resin di tempat itu. TPP membuat voxels kecil (piksel 3D) dan membangun bagian -bagian lapisan demi lapisan. Ini digunakan dalam penelitian, aplikasi medis, dan pembuatan komponen mikro, seperti mikro - elektroda dan sensor optik.
 

2 Digital Light Processing (DLP)

Pencetakan DLP 3D menggunakan proyektor lampu digital untuk mem -flash setiap gambar lapisan ke resin dalam sekali jalan (atau beberapa kali untuk bagian yang lebih besar). Lebih umum daripada SLA, DLP efisien untuk menghasilkan bagian yang lebih besar dalam satu batch, karena waktu paparan masing -masing lapisan seragam terlepas dari jumlah bagian. Gambar untuk setiap lapisan terdiri dari piksel persegi, membentuk voxel persegi panjang. Lampu diproyeksikan ke resin melalui layar LED atau lampu UV, dengan perangkat micromirror digital (DMD) yang mengarahkan lampu ke permukaan build.

Proyektor DLP modern menggunakan ribuan LED berukuran mikrometer sebagai sumber cahaya, dikendalikan secara individual untuk meningkatkan resolusi XY. Printer 3D DLP bervariasi secara signifikan berdasarkan kekuatan sumber cahaya, lensa, kualitas DMD, dan komponen lainnya, dengan harga mulai dari $ 300 hingga lebih dari $ 200, 000.

Dalam pencetakan DLP "Top -Down", sumber cahaya berada di atas printer, bersinar ke PPN resin. Printer ini mem -flash gambar dari atas, menyembuhkan lapisan, dan kemudian merendam lapisan yang disembuhkan kembali ke PPN. Recoater di atas PPN bergerak melintasi resin untuk membentuk lapisan baru saat pelat build lebih rendah. Produsen mengklaim metode ini, yang tidak melawan gravitasi, menghasilkan hasil yang lebih stabil untuk bagian yang lebih besar. Sebaliknya, printer DLP "Bottom - Up" memiliki kapasitas berat terbatas untuk menggantung bagian -bagian dari pelat build. PPN Resin mendukung cetakan selama pencetakan "Top -Down", mengurangi kebutuhan akan struktur dukungan.

Proyeksi Mikro - Stereolithography (PμSL)
 

Sebagai tipe fotopolimerisasi PPN yang unik, PμSL adalah subkategori DLP dan mikro - 3 D - teknologi pencetakan. Ini menggunakan lampu UV dari proyektor untuk menyembuhkan lapisan resin yang diformulasikan secara khusus. Dengan 2 - resolusi mikron dan 5 - micron - lapisan tebal, teknik manufaktur aditif ini berkembang karena biaya rendah, akurasi, kecepatan, dan fleksibilitas material (polimer, biomaterial, keramik). Ini menunjukkan potensi dalam mikrofluida, rekayasa jaringan, aplikasi mikro - optik, dan aplikasi perangkat mikro biomedis.

Litografi - Pembuatan Logam Berbasis (LMM)

DLP lain - Teknologi terkait, LMM membuat bagian logam kecil untuk alat bedah dan komponen mikro -mekanik. Dalam LMM, bubuk logam tersebar dalam resin photopolymer dan secara selektif dipadatkan melalui paparan proyektor biru - cahaya. Setelah dicetak, polimer dihapus, meninggalkan bagian logam yang dibebaskan, yang disinter di tungku. Bahan bahan baku termasuk stainless steel, titanium, tungsten, kuningan, tembaga, perak, dan emas.

Bagian cetak 3D logam mikro yang dibuat menggunakan teknologi LMM pada printer 3D incus.

LCD, atau MSLA, seperti DLP tetapi menggunakan layar LCD alih -alih DMD, membuat printer lebih terjangkau. LCD menentukan gandum cetak, memperbaiki presisi XY. Tidak seperti sumber cahaya tunggal DLP, LCD menggunakan serangkaian emisi. Pencetakan LCD Resin 3D bergeser dari konsumen ke penggunaan industri.

LCD dapat mencetak lebih cepat dari SLA dalam beberapa kasus karena paparan lapisan utuh. Biaya unit LCD yang rendah membuatnya populer untuk printer resin desktop anggaran. Namun, ini juga digunakan secara profesional, dengan beberapa produsen printer 3D industri mendorong batasannya dan mencapai hasil yang mengesankan.

Powder Bed Fusion (PBF) adalah proses pencetakan 3D di mana sumber panas secara selektif melelehkan partikel bubuk (plastik, logam, atau keramik) di area build, membuat objek solid lapisan demi lapisan. Dalam printer PBF 3D, lapisan tipis bubuk tersebar di atas tempat tidur, biasanya melalui pisau, rol, atau wiper. Energi dari laser melelehkan titik -titik spesifik pada lapisan bubuk. Lapisan bubuk lain kemudian disimpan dan menyatu dengan yang sebelumnya. Proses ini berulang hingga seluruh objek dibangun, dengan bubuk yang tidak digunakan mendukung dan melampirkan produk akhir.

Panduan Komprehensif untuk 7 Teknologi Pencetakan 3D Utama dan Aplikasi mereka (SEO Dioptimalkan)

Ketika teknologi aditif manufaktur (pencetakan 3D) terus matang, lebih banyak industri mengadopsi berbagai metode pencetakan untuk memenuhi tuntutan struktur kompleks, bahan kinerja tinggi, dan kustomisasi batch kecil. Artikel ini mengeksplorasi tujuh teknologi pencetakan 3D utama-PBF, SLS, LPBF, EBM, pengaliran material, ded, dan pengikat untuk membantu bisnis dan peneliti memilih dan menerapkan metode yang tepat.

1. Teknologi Bubuk Bed Fusion (PBF)

PBF memungkinkan produksi bagian berkekuatan tinggi, tahan aus, dan tahan lama, umumnya digunakan dalam produk konsumen, alat industri, dan komponen fungsional.

Bahan umum: bubuk plastik, bubuk logam, bubuk keramik
Akurasi dimensi: ± {{0}}. 3% (minimum ± 0,3mm)
Teknologi Perwakilan:
SLS (selektif laser sintering)
LPBF (Laser Bubuk Bed Fusion)
EBM (peleburan balok elektron)

 1.1 Sintering Laser Selektif (SLS)

SLS menggunakan laser untuk bubuk polimer sinter (misalnya, nilon PA12) lapisan demi lapisan, tidak memerlukan struktur pendukung. Ini sangat ideal untuk desain berongga dan kompleks, banyak digunakan dalam bagian fungsional, produksi batch kecil, dan pemodelan medis.

 1.2 Sintering Laser Selektif Mikro (μSLS)

μSLs cocok untuk struktur mikro-logam yang sangat tepat dengan resolusi di bawah 5μm, digunakan dalam produksi komponen mikro elektronik.

 1.3 Laser Powder Bed Fusion (LPBF)

LPBF terutama mencetak komponen logam seperti paduan titanium, baja tahan karat, dan paduan berbasis nikel. Lasernya yang bertenaga tinggi dan lingkungan gas inert memastikan kepadatan bagian dan kinerja mekanis, yang biasa digunakan dalam aplikasi kedirgantaraan, medis, dan industri.

 1.4 Lelucon Balok Elektron (EBM)

EBM menggunakan balok elektron untuk bubuk logam sinter dalam ruang hampa, cocok untuk bahan konduktif dan reflektif seperti tembaga dan titanium. Lingkungan pembangunan suhu tinggi mengurangi stres residual, ideal untuk implan ortopedi dan bilah turbin.

Jetting material menyetor resin atau lilin fotosensitif dengan cara berbasis tetesan, memungkinkan pencetakan resolusi tinggi, multi-bahan, dan penuh warna.
Bahan umum: resin photopolymer, lilin, komposit
Akurasi dimensi: ± 0. 1mm
Subtipe:
M-JET (Jetting Bahan Polimer)
NPJ (Jetting Nanopartikel)
M-JET digunakan dalam prototipe desain otomotif, medis, dan industri dengan output multi-warna, multi-bahan. NPJ menargetkan deposisi yang tepat dari tinta nanopartikel logam dan keramik untuk fabrikasi bagian logam kompleks.

Binder Jetting menggabungkan bedeng bubuk dan teknologi inkjet dengan menyimpan agen pengikat ke tempat tidur bubuk, lapisan demi lapis, untuk membentuk struktur 3D.
Bahan umum: logam, keramik, pasir, polimer
Akurasi dimensi: ± {{0}}. 2mm (logam) atau ± 0.3mm (pasir)
Varian:
Binder Metal Jetting
Jetting pengikat polimer
Binder Sand Binder

Teknologi ini tidak memerlukan struktur pendukung dan menawarkan efisiensi produksi yang tinggi, cocok untuk pembuatan prototipe berwarna dan bagian logam fungsional. Bagian logam biasanya menjalani debinding dan sintering pasca pemrosesan untuk meningkatkan kekuatan mekanik.

DED menggunakan balok laser, busur, atau elektron untuk meleleh dan menyimpan kabel logam atau bubuk, ideal untuk pencetakan struktur besar dan perbaikan komponen.

Bahan: baja tahan karat, paduan titanium, paduan nikel
Akurasi dimensi: ± 0. 1mm
Subtipe Khas:
Laser Ded (L-DED)
Balok elektron ded
WAAM berbasis busur (manufaktur aditif busur kawat)
Semprotan dingin

DED banyak diterapkan dalam dirgantara, energi, dan industri berat untuk perbaikan bagian dan manufaktur skala besar.
 

Lapisan laminasi lembaran lapisan kertas, polimer, atau lembaran logam dan menggunakan laser atau alat pemotong untuk dibentuk, ideal untuk produksi cepat prototipe non-fungsional.
Bahan umum: kertas, polimer, foil logam
Akurasi dimensi: ± 0. 1mm
Keuntungan: Kombinasi multi-bahan, produksi cepat

Kerugian: limbah material tinggi, presisi yang lebih rendah

Dikembangkan oleh HP, MJF menggabungkan deposisi bubuk dengan penerapan agen yang menyatu dan merinci, kemudian menggunakan pemanasan inframerah untuk pencairan material selektif.

Bahan: Termoplastik seperti nilon dan polypropylene
Aplikasi: Suku Cadang Industri, Prototipe Fungsional, Perangkat Medis
Keuntungan: pencetakan cepat, tidak ada struktur pendukung, bubuk yang dapat didaur ulang

Cold Spray: Bonds Bubuk Logam Tanpa Pemanasan, Ideal Untuk Pabrikan Aditif Cepat.
DED Molten: Deposit logam cair (misalnya, aluminium), berpotensi menggunakan bahan daur ulang.
Pabrikan aditif berbasis komposit (CBAM/SLCOM): Menggabungkan serat karbon atau serat kaca untuk bagian struktural berkekuatan tinggi.
VLM (pembuatan litografi viskos): memungkinkan kombinasi multi-bahan pada film transparan dengan struktur pendukung yang mudah dilepas.

Kesimpulan

Pencetakan 3D membentuk kembali lanskap manufaktur, menawarkan fleksibilitas yang tak tertandingi dan merancang kebebasan dari produksi massal hingga kustomisasi yang dipersonalisasi. Dengan memahami tujuh proses pembuatan aditif utama ini, bisnis dan insinyur dapat memilih solusi pencetakan 3D yang paling cocok berdasarkan kebutuhan material, kompleksitas struktural, dan anggaran.