Ang 3D printing cycling ba ang susunod na malaking bagay?

Talaan ng mga Nilalaman:

Ang 3D printing cycling ba ang susunod na malaking bagay?
Ang 3D printing cycling ba ang susunod na malaking bagay?

Video: Ang 3D printing cycling ba ang susunod na malaking bagay?

Video: Ang 3D printing cycling ba ang susunod na malaking bagay?
Video: The Truth About 3D Printed Homes 2024, Marso
Anonim

Mga self-replicating na printer na lumilikha ng mga bagay mula sa mga drawing sa computer? Hindi science fiction, ngunit isang realidad na nakatakdang baguhin ang pagmamanupaktura

Bagama't hindi mo akalain, ang 1986 ay isang mahalagang taon. Binago ng deregulasyon ng London Stock Exchange ang paraan ng pag-iisip natin tungkol sa pera; Binago ng Chernobyl ang paraan ng pag-iisip natin tungkol sa nuclear power; Binago ng Top Gun ang paraan ng pag-iisip namin tungkol sa mga soundtrack ng pelikula, at, para sa mga nagbibigay ng maingat na atensyon, binago ng isang American gentleman na nagngangalang Chuck Hull ang paraan ng pag-iisip namin tungkol sa paggawa.

Sa taong iyon noong ika-11 ng Marso (marahil ay humigit-kumulang isang milyong araw mula noong tradisyonal na pagkakatatag ng Rome), ang Hull ay inisyu ng US patent number 4, 575, 330: 'Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography'. At kaya ipinanganak ang 3D printer.

‘Si Chuck Hull ang taong nagsimula ng lahat,’ sabi ni Phil Kilburn, sales manager sa 3D printing company na 3T RPD. 'Nagtatrabaho siya para sa Xerox noong panahong iyon, at nagkaroon ng ideya na maglagay ng mga tinta sa ibabaw ng bawat isa upang lumikha ng solidong three-dimensional na modelo. Kinuha niya ang prosesong ito at sinimulan ang unang 3D printing company, 3D Systems.’

Imahe
Imahe

Sa simula

Ang orihinal na 3D printer ng Hull ay gumamit ng ultraviolet light para gumuhit ng two-dimensional na hugis sa ibabaw ng vat ng liquid photopolymer, isang substance na nagiging solid kapag nalantad sa ultra-violet rays. Ang prosesong ito ay nangyayari nang paulit-ulit, na bumubuo ng mga 2D na layer upang lumikha ng isang 3D na bagay. Bagama't malayo na ang narating ng mga proseso at materyales na ginagamit sa mga 3D printer mula noon, nananatiling pareho ang mga simulain.

‘Ang mga makinang ginagamit namin ngayon ay gumagamit ng mga laser,’ sabi ng IT manager ng 3T RPD na si Martyn Harris. 'Ang proseso ay napakatalino, ngunit sa pangunahing anyo nito ay napakasimple: kumuha ng pulbos at tunawin ito. Kaya't sa aming mga makina ay mayroon kang kama ng pulbos na materyal, halimbawa nylon, na pinainit sa silid ng printer hanggang sa ibaba lamang ng punto ng pagkatunaw nito. Pagkatapos ay sinusubaybayan ng mga laser ang dalawang-dimensional na mga cross section ng sangkap na nais mong gawin sa ibabaw ng pulbos, na tinutunaw ang isang 2D na layer sa bawat pagkakataon. Kapag na-trace na ang isang layer, bumababa ang kama ng printer, sabihin nating, 120 microns [0.12mm], pagkatapos ay kumakalat ang isang re-coater arm ng isa pang layer ng powdered material sa itaas at magsisimula muli ang proseso, na may mga laser tracing. palabas sa susunod na layer.'

Imahe
Imahe

Ang prosesong ito ay nakabatay sa paraan ng 'sintering', kung saan sa mataas na temperatura ang mga atomo sa mga particle ng pulbos ay nagkakalat sa isa't isa at nagiging solidong piraso. Ngunit hindi sapat na itutok lang ang isang laser sa ilang plastik at asahan ang isang kapaki-pakinabang na bagay na lalabas.

‘Ang una mong gagawin ay gumawa ng 3D CAD [computer-aided design] na modelo ng kung ano ang gusto mong gawin,’ sabi ni Harris.'Pagkatapos, gamit ang pasadyang software, i-pack mo ang mga modelo sa isang virtual na 3D space na sumasalamin sa laki ng printer bed. Mula doon ay ise-save mo ang lahat ng iyong mga file sa STL - stereolithography, o triangulated na mga file - at kapag naihanda mo na ang mga file ay karaniwang hinihiwa mo ang lahat sa anumang kapal na iyong ginagawa. Ang lahat ng mga hiniwang file na iyon ay ipinapadala sa computer na kumokontrol sa printer at pagkatapos ay isang kaso lamang ng pagpindot sa go, at ipi-print ito ng printer. Kabalintunaan, marami sa mga bahagi ng mga printer na ito ay naka-print sa iba pang mga printer dito, kaya sila ay naging self-repeating.’

Si Harris ay kasangkot sa 3T RPD sa nakalipas na 13 taon at, pinakahuli, ay nagtatag ng Race Ware, isang kumpanya ng sangkap ng bisikleta na gumagawa ng mga produkto nito – mula sa plastic na Garmin mounts hanggang sa titanium chain catcher – gamit ang mga printer ng 3T RPD.

‘Napunta ako dito dahil nagpapatakbo ako ng SRM at may pares ng Easton TT bar,’ sabi ni Harris. 'Noong naghanap ako ng bar mount, ang nakita ko lang ay ang nakakatakot na adapter kit, kaya naisipan kong gumawa ng sarili ko. Naisip ko na kung gagawa ako ng isa para sa akin, titingnan ko kung gusto rin ng iba, kaya pumunta ako sa isang TT forum at nagtanong sa paligid. Ang taong ito na tinatawag na Jason Swann ay nagsabi na gusto niya ng isang Garmin, at siya ay isang taga-disenyo ng CAD kaya ibinigay niya sa akin ang disenyo. Tumagal lang kami ng tatlo o apat na buwan bago makarating sa bersyong ibinebenta namin ngayon mula sa unang pag-ulit.’

Imahe
Imahe

Tulad ng ipinahiwatig ni Harris, isa sa mga pangunahing pag-unlad na kasama ng 3D na paggawa ay ang bilis at kadalian kung saan maaaring gawin at mahasa ang mga produkto. Ang pangkalahatang proseso mula sa drawing board hanggang sa natapos na artikulo ay napakabilis kumpara sa mas tradisyunal na pamamaraan – bagaman ang mga oras ng pagbuo ay maaaring tumagal ng anuman mula sa ilang oras hanggang sa isang linggo, depende sa pagiging kumplikado at bilang ng mga produktong ini-print.

‘Hindi tulad ng iba pang proseso ng pagmamanupaktura, gaya ng injection molding, na may 3D printing, walang tooling,’ sabi ni Harris. ‘Ang kailangan ko lang gawin ay gumawa ng CAD model, gumawa ng ilang test run, gumawa ng ilang tweaks at pagkatapos ay kapag masaya ako dito, simulan ang pag-print. Nahihirapan ang mga tao na intindihin ito. Nagtatanong sila kung ano ang lead time at maaari akong sumagot ng, “Dalawa o tatlong linggo,” samantalang nakasanayan na nila na may nagsasabing, “Ito ay magiging handa sa quarter four ng susunod na taon.”’

Rapid prototyping

Siyempre hindi nag-iisa ang 3T RPD at Race Ware; may iba pang mga tagagawa at industriya na kasalukuyang umaani ng mga benepisyo ng 3D printing at naghahanap upang itulak ang mga hangganan nang higit pa. Gumamit ang Audi ng mga robot sa pag-print ng 3D upang lumikha ng RSQ concept car na lumabas sa pelikulang I, Robot; Gumagamit ang mga Formula One team gaya ng Sauber ng 3D printed brake ducts sa kanilang mga sasakyan, at, ang pinakahuli, ang Dutch architect firm na Dus Architects ay nag-anunsyo ng mga planong mag-3D print ng isang buong bahay. Kaya, kung ang lahat ng ito ay magagawa (ang bahay ay diumano'y itatayo sa mga bahagi sa isang anim na metrong mataas na printer na pinangalanang 'KarmerMaker'), ano ang maaaring maging implikasyon para sa mga bisikleta mismo? Isang tao na nag-iisip na alam niya ang pinuno ng pananaliksik at pag-unlad sa Ridley bikes, si Dirk Van den Berk.

‘Nagpi-print kami ng maliliit na bahagi ng prototype sa nakalipas na dalawa o tatlong taon, tulad ng preno para sa Noah Fast fork,’ sabi ni Van den Berk. 'Ngunit sa unang pagkakataon sa taong ito [2013] nag-print kami ng isang buong frame bilang bahagi ng pagbuo ng aming bagong bersyon ng Dean TT bike. Hindi ito sapat na lakas para sumakay o masuri ang stress, ngunit ito ay mahusay para sa aero testing sa wind-tunnel at assembly testing, kung saan mabubuo natin ito gamit ang mga tunay na bahagi upang makita na ang lahat ay akma.’

Imahe
Imahe

Tulad ng Race Ware, ang partikular na uri ng 3D printing na ito – kilala bilang rapid prototyping – ay nagbibigay-daan kay Ridley na gumawa ng mga pagbabago nang mabilis at mura. 'Nagsimula ang Dean sa mga hugis ng tubo upang subukan sa lagusan. Pagkatapos ay gumawa kami ng kumpletong mga frame. Sinusubukan namin ang mga ito, sinusuri, pagkatapos ay bumalik at gumawa ng maliliit na pagbabago. Iyan ang magandang bagay - ang maliliit na pagbabago ay maaaring gawin nang napakabilis. Kailangan mo lamang itulak ang isang pindutan at hintayin ang printer na huminto sa pag-print.

‘Dati ay gagamit ka ng mga computer at software para gumawa ng frame, hanggang sa punto kung saan mo ibibigay ang berdeng ilaw at ang mga gumagawa ng frame ay magsisimulang maggupit ng mga molde. Bagama't hindi murang teknolohiya ang 3D printing, tiyak na mas mura ito kaysa sa pagbubukas ng molde, na makitang may mali sa frame at kailangang magsimulang muli, ' dagdag ni Van de Berk.

Kaya, kung ang mga kumpanyang gaya ng 3T RPD ay maaaring mag-print sa metal at ang mga manufacturer gaya ni Ridley ay nagpi-print na ng buong prototype na bike frame, bakit hindi natin pagsamahin ang dalawa at simulan ang pag-print ng mga rideable bike?

‘Para sa isang kumpletong frame medyo mahirap dahil sa paraan ng pag-load ng isang frame habang nakasakay,’ paliwanag ni Van den Berk. 'Ito ay isang kumplikadong istraktura na kailangang makayanan ang lahat ng uri ng mga stress at strain. Sa carbon, ang paraan ng paggawa mo ng mga layer ay ang nagpapatibay o nagpapatigas sa isang frame sa isang tiyak na direksyon. Sa pag-print, mas mahirap kontrolin ang mga katangian ng

ang materyal at iyon ang nagpapahirap sa paggawa ng frame. Gayunpaman, ang mga bagay ay tiyak na papunta sa direksyong iyon.’

Imahe
Imahe

Economies of scale

Bumalik sa Channel sa Bristol, may isang kumpanya kung saan ang realidad ng mga 3D printed frame ay papalapit na – kahit sa isang bahagi.

Ang Charge Bikes ay nakikipagtulungan sa EADS (European Aeronautic Defense and Space Company) para gawin ang mga unang dropout na naka-print sa produksyon. Ginawa mula sa Ti6Al4V titanium, ang mga dropout ay naka-print sa pasilidad ng EADS bago ipadala sa Taiwan upang i-welded sa mga freezer cross bike ng Charge. Gayunpaman, habang ang pagsubok sa EN at isang nakakapagod na walong buwan sa ilalim ng Charge pro rider na si Chris Metcalfe ay nagpakita na ang mga dropout ay halos kasing-tagumpay ng kanilang mga pinsan na CNC, sila, at ang prosesong kinabibilangan nila, ay walang mga limitasyon.

Sinabi ni Neil Cousins ng Charge, ‘Sa kasalukuyan, ang mga naka-print na dropout ay nagdaragdag ng 20% sa halaga ng isang karaniwang Freezer frame, sa bahagi dahil ang bawat build ay makakagawa lamang ng maximum na 50 dropout dahil sa laki ng printer. Napipilitan din kami sa bilang ng mga printer na naroon – sa kasalukuyan ay tatlong iba pang kumpanya sa UK ang mayroon nito – at ang kadalubhasaan at kasanayang kailangan para magamit ang mga ito.’

Itinuturo ng mga pinsan na walang dahilan kung bakit sa hinaharap ay hindi bumababa ang halaga ng paggawa ng mga naturang piyesa habang tumataas ang mga laki at numero ng makina, ngunit sa ngayon ay makatotohanan siya tungkol sa kung saan patungo ang teknolohiya: 'Kami ay laging gumagawa ng mga plano para sa mga piyesa at kaka-hire lang ng bagong pang-industriyang designer dito. Ang isang bagay na dapat tandaan ay ang maraming mga bahagi ay magiging napakamahal na kailangan nating mag-ingat na huwag gumawa ng isang bagay na uupo sa mga istante ng ating mga distributor sa loob ng maraming taon. Sabi nga, marami sa malalaking manlalaro sa industriya ng bisikleta ang nakipag-ugnayan sa amin at sa EADS para makakuha ng higit pang impormasyon sa teknolohiya, at sa mas maikling termino ay madali kong nakikitang ginagamit ang 3D printing para sa paggawa ng mga bahagi gaya ng mga hub, mech. at mga cassette.'

Race Ware's Martyn Harris ay maaaring isang hakbang sa unahan, na nakipagtulungan sa aerodynamic guru na si Simon Smart para gumawa ng titanium stem. Bagama't malayo sa pagiging tapos, mabibiling item (tinatantya ni Harris na ang kasalukuyang bersyon ay nagkakahalaga sa kanya ng £5, 000, kaya medyo mahirap ang paglipat ng isa), nagsisilbi lamang itong patunayan kung nasaan ang antas ng 3D printing, at kung ano ang aabutin para makarating sa kung saan gustong pumunta ng mga kumpanya gaya ng Race Ware at Charge.

‘Ang susi sa hinaharap ng 3D printing ay ang pag-unawa sa proseso,’ sabi ni Phil Kilburn ng 3T RPD. 'Maraming gawaing misyonero ang kinailangan namin para maniwala ang mga tao sa teknolohiya, upang turuan ang mga tao kung ano ang magagawa at hindi nito magagawa. Kapag naunawaan mo na ang proseso, maaari mo na itong samantalahin. Hindi pa ito nakakarating, ngunit kapag dumating na ito, sasabog ang 3D printing.’

Ang fine print: Paano gumagana ang 3D printing

Imahe
Imahe
  • Gayundin ang paggawa sa plastic, ang 3T RPD ay may serye ng mga makina na nagpi-print ng mga bahaging metal, gaya ng mga titanium chain catcher na ito na kinomisyon ng Race Ware.
  • Ang printer chamber ay pinainit hanggang 70°C, bago ang isang solong fiber laser, na gumagana sa 1, 000°C+, ay sumubaybay sa dalawang dimensional na layer sa isang kama ng titanium powder.
  • Ang maliwanag na puting liwanag na makikita mo ay hindi ang tuldok ng laser, ngunit sa halip ay isang matinding liwanag na ibinubuga habang ang pulbos na titanium ay natunaw.
  • Ang mga chain catcher ay binuo sa 20-micron na mga layer – pagkatapos ma-trace ang bawat layer, ang printer bed ay bumaba ng 0.02mm bago ang isang bagong layer ng powder ay kumalat.
  • Ang mga metal na printer na kama ay malamang na mas maliit kaysa sa mga plastik na printer na kama. Ngunit ang pinakabago sa mga makina ng 3T RPD ay bumubuo na ng 50% na mas mataas kaysa sa mga nauna sa kanila.
  • Ang malaking isyu sa pagpapalaki ng mga printer ay kasama ng mga laser na tumututok. Ang mas maliliit na metal na printer ay gumagamit ng isang laser, samantalang ang mas malaking lugar na mga plastic printer ay dapat gumamit ng dalawa.
  • Ang pagpi-print ng tatlong chain catcher sa titanium ay tumatagal ng humigit-kumulang apat na oras. Hanggang 50 ang maaaring ipit sa printer bed, ngunit ang oras ng pagbuo ay tataas sa humigit-kumulang 12 oras.
  • Kapag natapos na ang pagtatayo, ang mga bahagi ay maaaring alisin halos tulad ng pagkuha ng isang bato mula sa isang tumpok ng buhangin. Karamihan sa natitirang pulbos ay nire-recycle at ibinabalik sa susunod na build.

Inirerekumendang: