הדפסת תלת מימד: מה שאתה צריך לדעת

הם לא מדפסת גלגל החיננית של סבא שלך, או מטריצת הנקודות של אמא שלך. למעשה, הם דומים מעט למדפסות המסמכים או הצילומים של ימינו, שיכולים להדפיס רק בשני מימדים ישנים ומשעממים. כפי ששמם מרמז, מדפסות תלת מימד יכולות לבנות חפצים תלת מימדיים, מתוך מגוון חומרים. הם הולכים במיינסטרים, מופיעים אצל קמעונאים כמו Staples, Best Buy ו- Home Depot, ותוכלו לקנות מספר מדפסות תלת מימד והאספקה ​​שלהן באמזון.com ודרך חנויות מקוונות אחרות. אף על פי שעדיין נמצא בעיקר ברצפות חנויות או באולפני עיצוב, בבתי ספר ובמרכזים קהילתיים, ובידי חובבים, מדפסות תלת מימד נמצאות יותר ויותר על ספסלי עבודה, בחדרי חדרים ובמטבחים - ואולי בבית קרוב אליך, אם לא משלך.

מהי הדפסת תלת מימד?

בהדפסה הבסיסית ביותר, הדפסת תלת מימד היא תהליך ייצור בו מונחים חומר, שכבה אחר שכבה, ליצירת אובייקט תלת מימדי. (זה נחשב כתהליך תוסף מכיוון שהאובייקט בנוי מאפס, בניגוד לתהליכי חיסור בהם חותכים, נקדחים, טוחנים או מעובדים חומר.) למרות שמדפסות תלת מימד מעסיקות מגוון חומרים (כמו פלסטיק או מתכת) וטכניקות (ראה "כיצד פועלת הדפסת תלת מימד?" בהמשך), הם חולקים את היכולת להפוך קבצים דיגיטליים המכילים נתונים תלת מימדיים - בין אם נוצרו בתכנון בעזרת מחשב (CAD) או בייצור בעזרת מחשב (CAM), או מסורק תלת-ממדי - לאובייקטים פיזיים.

האם הדפסת תלת מימד היא אפילו הדפסה?

כן, הדפסת תלת מימד יכולה להיחשב כהדפסה, אם כי לא כפי שהיא הוגדרה באופן מסורתי. ההגדרות הרלוונטיות של וובסטר למרכז "הדפסה" עוסקות בייצור חומר מודפס, פרסומים או צילומים והפקה באמצעות רושם (יישום לחץ). אף אחת מההגדרות לא ממש מתאימה להדפסת תלת מימד. אך מנקודת מבט טכנולוגית, הדפסת תלת ממד היא התפתחות של הדפסה מסורתית, בה מורחים שכבה של חומר (בדרך כלל דיו). בדרך כלל הוא כל כך דק שאין גובה בולט (אם כי עם מדפסות דיו מוצקות, הוא מעט עבה יותר). מה שהדפסת תלת מימד עושה היא להאריך את הגובה הזה מאוד באמצעות יישום של שכבות מרובות. לכן יהיה הגיוני להרחיב את ההגדרה של הדפסה כך שתכלול ייצור של חפצים תלת מימד באופן זה.

איך הדפסת תלת מימד עובדת?

בדומה למדפסות המסורתיות, מדפסות התלת מימד משתמשות במגוון טכנולוגיות. הנפוץ ביותר הוא דוגמנות בתצהיר התמזגות (FDM), הידוע גם בשם ייצור נימה התמזגה (FFF). בתוכה נמס נימה - המורכבת מסטירן-אקרילוניטריל בוטאדיאן (ABS), חומצה פולי-לטית (PLA) או תרמופלסטית אחרת - ומונחת באמצעות זרבובית שחול מחוממת בשכבות. מדפסות התלת מימד הראשונות שהגיעו לשוק, שנעשו באמצע שנות התשעים על ידי Stratasys בעזרת IBM, השתמשו ב- FDM (מונח המסומן על ידי Stratasys), וכך גם מרבית מדפסות התלת מימד המיועדות לצרכנים, חובבים ובתי ספר.

טכנולוגיה נוספת המשמשת בהדפסת תלת מימד היא סטריאוליטוגרפיה. בתוכו מבריק לייזר UV לבור של פוטופולימר רגיש אולטרה סגול, תוך התחקות אחר האובייקט שייווצר על פני השטח שלו. הפולימר מתמצק בכל מקום בו הקורה נוגעת בו, והקרן "מדפיסה" את האובייקט שכבה אחר שכבה לפי ההוראות בקובץ CAD או CAM ממנו היא עובדת.

בווריאציה לכך יש לך גם הדפסת תלת מימד של מקרן אור דיגיטלי (DLP). שיטה זו חושפת פולימר נוזלי לאור ממקרן לעיבוד אור דיגיטלי. זה מקשה את הפולימר שכבה אחר שכבה עד לבניית העצם, והפולימר הנוזלי שנותר מתנקז.

דוגמנות מולטי-סילון היא מערכת הדפסת תלת מימד דמויי הזרקת דיו, המרססת קלסר צבעוני, דבק דבק, על שכבות אבקה רצופות בהן ייווצר האובייקט. זו בין השיטות המהירות ביותר, ואחת הבודדות שתומכת בהדפסה ססגונית.

אפשר לשנות הזרקת דיו רגילה להדפסה עם חומרים שאינם דיו. יזמי עשה זאת בעצמך יוזמים בנה או משודך ראשי הדפסה, בדרך כלל ראשים פיוזואלקטריים, כדי לעבוד עם חומרים שונים - במקרים מסוימים מדפיסים את ראשי ההדפסה עצמם על מדפסות תלת מימד אחרות! חברות כמו MicroFab Technologies מוכרות ראשי הדפסה בעלי יכולת תלת מימד (כמו גם מערכות הדפסה שלמות).

סינטור לייזר סלקטיבי (SLS) משתמש בלייזר בעל עוצמה גבוהה כדי למזג חלקיקי פלסטיק, מתכת, קרמיקה או זכוכית. בסיום העבודה מוחזר החומר שנותר. התכה של קרן אלקטרונים (EBM) משתמשת - ניחשתם נכון - בקורה אלקטרונית להמסת אבקת מתכת, שכבה אחר שכבה. טיטניום משמש לעיתים קרובות עם EBM לסינתזה של שתלים רפואיים, כמו גם חלקי מטוסים.

בהתאם לטכניקה, מדפסות תלת מימד יכולות להשתמש במגוון חומרים, כולל אך לא רק מתכות (נירוסטה, הלחמה, אלומיניום וטיטניום ביניהן); פלסטיק ופולימרים (כולל מרוכבים המשלבים פלסטיק עם מתכות, עץ וחומרים אחרים); קרמיקה; טיח; זכוכית; ואפילו אוכלים כמו גבינה, ציפוי ושוקולד! (ראה פריימר שלנו בנושא סוגי נימה תלת ממדית.)

מי המציא הדפסת תלת מימד?

מדפסת התלת מימד הראשונה, שהשתמשה בטכניקת הסטריאוליטוגרפיה, נוצרה על ידי צ'רלס וו האל באמצע שנות השמונים. Stereolithography היא במידה רבה טכניקה מסחרית יקרה, כאשר מכונות בדרך כלל עולות 100, 000 $ ומעלה.

בשנת 1986 הקים האל את 3D Systems, חברה המוכרת כיום מדפסות תלת מימד המשתמשות במגוון טכנולוגיות. הם נעים בין ערכות ברמת כניסה למערכות מסחריות מתקדמות, ומערכות תלת מימד מספקות גם שירותי חלקים לפי דרישה, לרוב למשתמשים עסקיים.

מה היתרונות של הדפסת תלת מימד?

בעזרת הדפסת תלת מימד, למעצבים יש את היכולת להפוך מושגים במהירות לדגמי תלת-ממד או אבות-טיפוס (המכונים "אבות-טיפוס מהירים"), וליישם שינויים מהירים בעיצוב. זה מאפשר ליצרנים לייצר מוצרים לפי דרישה ולא בריצות גדולות, לשפר את ניהול המלאי ולהפחית את שטח המחסן. אנשים במיקומים מרוחקים יכולים לייצר חפצים שאחרים לא היו נגישים אליהם.

מבחינה מעשית, הדפסת תלת מימד יכולה לחסוך כסף וחומר לעומת טכניקות חיסור, מכיוון שמעט חומר גלם מבוזבז. זה מבטיח לשנות את אופי הייצור, ובסופו של דבר לאפשר לצרכנים להוריד קבצים להדפסת אפילו אובייקטים תלת-ממדיים מורכבים - כולל, למשל, מכשירי אלקטרוניקה - בבתיהם.

מה יכולות מדפסות תלת מימד לעשות?

מעצבים משתמשים במדפסות תלת מימד כדי ליצור במהירות דגמים של מוצרים ואבות-טיפוס, אך משתמשים בהם יותר ויותר לייצור מוצרים סופיים. בין הפריטים המיוצרים עם מדפסות תלת מימד ניתן למצוא עיצובים של נעליים, רהיטים, יציקות שעווה לייצור תכשיטים, כלים, חצובות, פריטי מתנה וחידוש, וצעצועים. תעשיות הרכב והתעופה משתמשות במדפסות תלת מימד לייצור חלקים. אמנים יכולים ליצור פסלים, ואדריכלים יכולים לייצר דגמים של הפרויקטים שלהם. ארכיאולוגים משתמשים במדפסות תלת מימד כדי לשחזר דגמים של ממצאים שבירים, כולל כמה מהעתיקות שבשנים האחרונות נהרסו על ידי ISIS. באופן דומה, פליאונטולוגים ותלמידיהם יכולים לשכפל שלדי דינוזאורים ומאובנים אחרים. בדוק את הגלריה שלנו עם אובייקטים מדפסות תלת מימד פשוטות ופרקטיות.

רופאים וטכנאים רפואיים יכולים להשתמש בהדפסת תלת מימד לייצור תותבות, מכשירי שמיעה, שיניים מלאכותיות ושתלי עצם, כמו גם שכפול של דגמים של איברים, גידולים ומבני גוף פנימיים אחרים מסריקות CT כהכנות לניתוח. דוגמה טובה היא פרויקט דניאל, שמדפיס תלת מימד זרועות וידיות תותבות עבור קורבנות האלימות בסודן. כמו כן, מפותחים מדפסות תלת מימד שיכולות להניח שכבות של תאים ליצירת איברים מלאכותיים (כמו כליות וכלי דם) כבר נמצאים בשלב המו"פ. יש אפילו מקום להדפסת תלת מימד בפלילי פלילים, למשל לשכפל כדור שהוצב בתוך קורבן.

אלקטרוניקה מודפסת היא קבוצה של שיטות הדפסה המאפשרות הדפסת מכשירים אלקטרוניים או מעגלים מעגליים על חומר גמיש כמו תוויות, בדים וקרטון, על ידי יישום של דיו אלקטרוני או אופטי. זה מספק ייצור בעלות נמוכה מאוד של מכשירים בעלי ביצועים נמוכים. אלקטרוניקה מודפסת מתחילה להיות משולבת עם הדפסת תלת מימד, מה שמאפשר הדפסת מעגלים או התקנים שכבתיים. התפתחות טבעית של המשולבת העוצמתית הזו היא שיום אחד יתכן שתוכלו להדפיס גאדג'טים מתוכניות תלת מימד ולא לקנות אותם.

הכנת מזון היא דרך נוספת שבה ניתן להשתמש במדפסות תלת מימד. המכון הקולינרי הצרפתי השתמש במדפסת תלת מימד עם קוד פתוח שפותחה באוניברסיטת קורנל לצורך הכנת מעדנים אומנותיים, ו- MIT יצרה מדפסת מזון תלת מימדית בשם קורנוקופיה. מספר קטן של מסעדות בודקות אבות-טיפוס של מדפסות מזון. המחקר של הדפסת התלת מימד של נאס"א כלל הדפסת מזון, כמו פיצה מודפסת בתלת מימד.

קומץ מדפסות תלת מימד מזון הפכו לזמינות מסחרית. הם נוטים להתמקד בפריטי מזון מסוימים, כמו שוקולד, או לביבות, או עוגיות.

מהם שירותי הדפסת תלת מימד?

אתה לא צריך להיות בעל מדפסת תלת ממדית כדי ליהנות ממכונה אחת. שירותי הדפסת תלת מימד רבים, כגון Shapeways ו- Sculpteo, מדפיסים מתנות ופריטים קטנים אחרים בהזמנה במדפסות תלת מימד משלהם, ואז שולחים אותם ללקוח. לקוחות יכולים להגיש קובצי אובייקט תלת מימד משלהם או לבחור פריטים, רובם תוכננו על ידי משתמשים אחרים בשירות, מקטלוג מקוון.

אולם שירותי הדפסת תלת מימד הם כבר לא נחלתם של מומחים בלבד. חברות גדולות כמו Staples ו- UPS הציגו שירותי הדפסת תלת מימד, וכמה חנויות דפוס מסורתיות הוסיפו לרפרטואר שלהם הדפסת תלת מימד.

היכן אוכל להשיג מדפסת תלת ממדית?

רוב יצרני מדפסות התלת מימד מוכרים את המוצרים שלהם ישירות ברשת. רבים מהמתאמים האלקטרוניים מניות אותם כעת, כולל חברות מקוונות בלבד כמו Amazon.com, ואחרות שיש בהן גם חנויות לבנים וטיט. חלקם האחרונים, כמו וולמארט, בסט ביי, וסטייפלס, מציעים אותם בחנויות כמו גם באינטרנט, אך הקפד לבדוק אם זמינות החנויות באתרי האינטרנט שלהם, מכיוון שלא כל הסניפים נושאים אותם. כמה חנויות למדפסות תלת מימד נפתחו בערים הגדולות. לדוגמה, ל- iMakr יש חנויות מחסנים בלונדון ובעיר ניו יורק.

כמה קמעונאים מקוונים מתמחים במדפסות תלת מימד, כמו Dynamism שמוכרת מגוון מדפסות תלת מימד ממותגים שונים ומספקת גם תמיכה ללקוחות.

איזו תוכנה אני זקוק להדפסת תלת מימד?

כמעט כל מדפסות התלת ממד מקבלות קבצים במה שמכונה פורמט STL (נקרא בשם סטריאוליטוגרפיה). סוגים אלה של קבצים יכולים להיות מיוצרים על ידי רוב תוכנות CAD, החל מחבילות מסחריות יקרות כמו AutoCAD וכלה במוצרי חינם או קוד פתוח כמו Google SketchUp ו- Blender. עבור אלה שלא נוטים ליצור קובצי תלת מימד משלהם, מסדי נתונים של אובייקטים תלת-ממדיים כמו Thingiverse של MakerBot מציעים מספר קבצי אובייקט תלת-ממדיים שניתן להוריד ולהדפיס.

מרבית מדפסות התלת מימד מגיעות עם חבילת תוכנה, המסופקת בדיסק או זמינה להורדה, הכוללת את כל הדרוש כדי לקבל הדפסה. הסוויטות מספקות בדרך כלל תוכנית לשליטה במדפסת ופורס, אשר כהכנה להדפסה מעצב את קובץ האובייקט לשכבות על בסיס הרזולוציה שנבחרה וגורמים אחרים. חלק מהסוויטות כוללות תוכנית "לרפא" את קובץ האובייקט על ידי תיקון בעיות העלולות להפריע להדפסה חלקה. התוכניות יצאו מתנועת הקוד הפתוח RepRap, ומתוכה התפתחה הדפסת תלת מימד חובבנית. אצל כמה מדפסות, אתה יכול לבחור את תוכניות הרכיב הבודדות להורדה במקום ללכת עם כל מה שמופיע בסוויטה.

מה צופן העתיד להדפסת תלת מימד?

ניתן להשיג מגוון מדפסות תלת מימד לבתים ועסקים קטנים - PCMag בדק מספר לא מבוטל מהם - אך הם עדיין נתפסים לעיתים קרובות כוויכוחים אקזוטיים ויקרים למדי. צפו שזה ישתנה במהלך השנים הקרובות, כאשר מדפסות תלת מימד יהפכו ליותר שכיחות בבתים - ניתן למצוא על ספסלי עבודה, באולפנים, במשרדי בית ואפילו במטבח. יתכן שלא תמצאו אותם בכל בית, אך הם יהפכו הכרחיים עבור אותם אנשים שיש להם. לרוב, לפריטים המיוצרים עם מדפסות תלת מימד היו פנים הומוגניים, אך נתחיל לראות יצירות מורכבות יותר המשלבות מספר חומרים וקומפוזיציות, כמו גם אלקטרוניקה להדפסה. עם מדפסות התלת מימד של ימינו, אם תאבד את כיסוי הסוללה של שלט הטלוויזיה, תוכל להדפיס כיסוי חלופי. עם מחר, אם תאבד את השלט שלך, תוכל להדפיס שלט רחוק חדש.

כמו כן, הדפסת תלת מימד צוברת דריסת רגל בחלל החיצון. נאס"א עושה ניסויים עם מדפסות תלת מימד על סיפון תחנת החלל הבינלאומית. בסופו של דבר ניתן להשתמש במדפסות תלת מימד ליצירת בתי גידול במאדים ובעולמות אחרים. כדי להציל את האסטרונאוטים של אפולו 13 ממתן מחמת החמצון בפחמן חד חמצני, נאס"א נאלצה למעשה למצוא דרך להתאים יתד מרובע לחור עגול. אילו הייתה מדפסת תלת-ממדית על הלוח, יתכן שהם הצליחו לפתור את הבעיה בקלות על ידי תכנון והדפסת מחבר.

אסטרונאוטים לא יכולים להסתובב על ידי הום דיפו אם הם צריכים להחליף שסתום או ווידג'ט, אך מדפסת תלת ממדית יכולה לבדר אחד לפי הצורך. באופן דומה, נראה מדפסות תלת מימד בבסיסים אנטארקטיים ובמיקומים ארציים מרוחקים אחרים, שבהם אנשים לא יכולים לחכות חצי שנה עד שהאספקה ​​הבאה הבאה תחליף חלקים או כלים חיוניים.

יישומים רפואיים של הדפסת תלת מימד אינם נפסקים עם תותבות, מכשירי שמיעה וכתרים דנטליים. (ראה "מה יכולות מדפסות תלת מימד לעשות?" לעיל לקבלת תצוגה מקדימה של היצירות.) אין להגביל חלקי חילוף למכני.

בשנים האחרונות ראינו פיצוץ במגוון והשימושים של מדפסות תלת מימד. זה דומה למקומות בהם המחשוב האישי היה בערך 1980. למרות שזה מספיק קל לראות כמה מהתחומים שתחום הדפוס התלת ממדי יסתעף בהם, אחרים הם מעבר ליכולת שלנו לחזות, כמו שאיש בסביבות 1980 לא יכול היה לדמיין הרבה ממה המחשב האישי היה הופך. יתכן שלדפסת תלת מימד לא תהיה השפעה זהה למחשב האישי, אך יש לה פוטנציאל לחולל מהפכה בייצור, ואולי חשוב מכך, להביא אותה לידי הצרכנים היומיומיים. אך דבר אחד בטוח: הדפסת תלת מימד כאן כדי להישאר.

לקבלת מידע נוסף, עיין במדריך שלנו לעשרת מדפסות התלת מימד הטובות ביותר, וכמה תובנות מאימוץ מוקדם.