Hoe 3D-printers werken

In de afgelopen paar jaar hebben we een groot aantal 3D-printers gezien, zoals de Lulzbot Mini die beschikbaar wordt gesteld aan consumenten. Het verbazingwekkende is dat in werkelijkheid de meeste 3D-printers van consumentenklasse verrassend eenvoudige beesten zijn en dat er niet zoveel aan hen is als je zou denken.

Een eenvoudige 3D-printer is eigenlijk niet veel meer dan een veredelde stationaire robot met een brein gemaakt van goedkope 8-bits microcontrollertechnologie die al zo'n 20 jaar bestaat..

Vorige pagina 1 van 14 Volgende Vorige pagina 1 van 14 Volgende

De hersenen van Arduino

In 2005, lang voor Raspberry Pi, kwamen een paar Italiaanse ingenieursdocenten met het idee om een ​​klein computerbord te maken dat goedkoop en gebruiksvriendelijk was, waardoor iedereen digitale computers kon koppelen met componenten uit de echte wereld zoals motoren, sensoren, lichten en schakelaars. Het heet 'Arduino', het heeft de wereld stormenderhand veroverd en het is gebaseerd op een microcontrollertechnologie die in 1997 werd gecreëerd.

U weet ongetwijfeld van 'microprocessors' die uw pc, telefoon of tablet van stroom voorzien - maar een microcontroller is anders. Terwijl een microprocessor een berg extra componenten nodig heeft om geheugen en opslag te verwerken en met de buitenwereld te praten, hebben microcontrollers kleine hoeveelheden van alles dat in de chip is ingebouwd..

Wat meer is, met behulp van slimme technologie genaamd 'analoog-naar-digitaal-omzetting', kunnen ze ook naar de buitenwereld luisteren. Ze worden gebruikt in een groot aantal single-function of 'embedded' applicaties, inclusief drones, zoals we vorige maand zagen.

De overgrote meerderheid van 3D-printers van consumentenkwaliteit heeft een Arduino Mega-klasse microcontroller in hun hart en je zult Arduino Mega board klonen op eBay vinden die relatief goedkoop zijn.

Vorige Pagina 2 van 14 Volgende Vorige Pagina 2 van 14 Volgende

Hot-end

Het puntige uiteinde van een 3D-printer is eigenlijk het 'hot-end' of de extruder en combineert een motoraandrijving om door te dringen tot een door de gebruiker in te stellen snelheid, waarbij een verwarmingselement het plastic filament verandert in een zachte, gesmolten klodder bij de mondstuk.

De hot-end is meestal gemaakt van messing en heeft een klein reservoir waar gloeidraad wordt verwarmd via een piepkleine kachel (een elektronische component die een 'weerstand' wordt genoemd) tot wel 250 ℃ (482 ℉).

Vorige Pagina 3 van 14 Volgende Vorige Pagina 3 van 14 Volgende

Stappenmotoren

Maar de sleutel tot 3D-printen is het manoeuvreren van dat hot-end filamentmondstuk naar de juiste locatie op het juiste moment, waarbij het gesmolten plastic filament wordt geleverd om het 3D-object één laag per keer te bouwen.

Het uitvoeren van het manoeuvreren valt onder een speciaal type motor, een 'stappenmotor'. Gewone motoren zijn vrij eenvoudige gadgets - u past een elektrische spanning toe op hun aansluitingen en ze draaien.

Bij sommige kun je de draden verwisselen ('polariteit omkeren') en de motor draait in de tegenovergestelde richting. Stappenmotoren zijn echter compleet anders - met behulp van meerdere elektromagneten kan een stappenmotor roteren in precisiestappen, zo precies als 200 stappen per omwenteling.

De meest voorkomende typen die in de industrie worden gebruikt, worden NEMA-motoren (National Electrical Manufacturers Association) genoemd, met gestandaardiseerde fysieke afmetingen, waardoor ze gemakkelijker te bewerken zijn.

Om een ​​3D-printer te maken, hebt u ten minste vier stappenmotoren nodig - één voor elk van de drie bewegingsassen, plus één voor het regelen van de stroom van gloeidraad. De meeste ontwerpen gebruiken echter vijf, met twee voor de verticale of de 'Z'-as.

Vorige Pagina 4 van 14 Volgende Vorige Pagina 4 van 14 Volgende

RAMPS

Het probleem met de Arduino Mega-kaart is echter dat deze niet de elektrische kracht heeft om zelf een NEMA-17 stappenmotor te besturen, dus wordt hij vaak gebruikt met een reeks stappenmotorchips die zorgen voor voldoende kracht om de motor aan te drijven. motoren.

De 3D-printcommunity heeft een speciaal add-on board of 'shield' voor de Arduino Mega gemaakt met deze driverchips RAMPS (RepRap Arduino Mega Pololu Shield). Het is een 3D-printervoedingskaart voor algemene doeleinden die is ontworpen om een ​​breed scala aan 3D-printerontwerpen aan te kunnen.

Vorige pagina 5 van 14 Volgende Vorige pagina 5 van 14 Volgende

firmware

3D-printers van consumentenkwaliteit kunnen via USB op een pc (of telefoon, even) worden aangesloten, dus in wezen zijn ze slechts een USB-randapparaat.

Maar om deze verzameling hardwarebits alles te laten doen, moet de Arduino Mega-microcontroller worden geladen met firmware die de afdrukinstructies van de pc verandert in daadwerkelijke beweging en vloeiende gloeidraad uit de andere componenten van de printer. Marlin is een van de meest populaire firmware en kan zonder al te veel gedoe op een Arduino Mega worden geladen.

Vorige pagina 6 van 14 Volgende Vorige pagina 6 van 14 Volgende

Software

Aan de pc heeft u software nodig om 3D-ontwerpen in fysieke objecten om te zetten. Software zoals Repetier-Host neemt stereolithografie (STL) -bestanden die u downloadt van Thingiverse, snijdt ze in rijen en voert elke rij om naar het Arduino Mega-bord in de 3D-printer.

Repetier-Host is gratis en beschikbaar voor Windows, Mac OS X en Linux. U kunt ook rechtstreeks vanaf uw smartphone afdrukken met GCodePrintr op Google Play.

Andere alternatieven zijn de nieuwe MatterControl Host, opnieuw voor Windows, Mac OSX en Linux en Ultimaker's Cura.

Vorige Pagina 7 van 14 Volgende Vorige Pagina 7 van 14 Volgende

Innovaties bij 3D-printen

Het is niet verwonderlijk dat regeringen op zoek zijn naar robotica en 3D-printen als toekomstige economische drijfveren - om een ​​goed afgezaagde uitdrukking te gebruiken, het zijn 'disruptieve technologieën', technologieën die de manier waarop we dingen doen veranderen.

Toch zou het redelijk zijn om te zeggen dat 3D-printen de gemiddelde persoon niet echt genoeg heeft gegrepen om er een te kopen. Maar in de afgelopen paar maanden heeft 3D-printen een aantal verbazingwekkende sprongen gemaakt in alles, van luchtvaart tot gezondheid, waaronder een aantal indrukwekkende overwinningen in eigen beheer..

Vorige Pagina 8 van 14 Volgende Vorige Pagina 8 van 14 Volgende

3D-geprinte straalmotor

Landen worden steeds meer geïnteresseerd in de technologieën die worden gebruikt voor 3D-printen. Eind maart van dit jaar kondigde Australië zichzelf aan als een centrum van 3D-printinginnovatie toen Monash University, in combinatie met de CSIRO en de Deakin University, de eerste 3D-geprinte straalmotor op de Avalon International Airshow onthulde..

Het team, geleid door Monash University Professor Xinhua Wu, kreeg een werkende gasturbinemotor, gebruikt als een hulpkrachtbron in 'Falcon 20' vliegtuigen van de Franse ruimtevaartmaker Microturbo.

Het Monash-team haalde de motor uit elkaar, scande elk onderdeel in 3D en gebruikte de nieuwste tricks in hun kitbag, stilletjes nog twee bedrukt. Monash heeft sindsdien een nieuw bedrijf, Amaero Engineering, afgesplitst om de technologie te commercialiseren en lokale bedrijven een kans te geven om te profiteren.

Vorige Pagina 9 van 14 Volgende Vorige Pagina 9 van 14 Volgende

Bot vervangen

Maar het afdrukken van straalmotoren is niet het enige waar Australië behoorlijk goed in lijkt te zijn. Om niet achter te blijven, is de faculteit Ingenieurswetenschappen van Sydney University begonnen met het uitproberen van 3D-geprinte botimplantaten bij patiënten met ernstig hoofdtrauma - met aanzienlijk succes.

De nieuwe techniek, 'rapid templating cranioplasty' genaamd, is ontwikkeld in samenwerking met neurochirurgen in het Liverpool Hospital in New South Wales. Het maakt gebruik van de eerdere radiografiescans van een patiënt om een ​​gesteriliseerd, patiënt-perfect implantaat te maken dat is afgedrukt op basis van een op polymeer gebaseerd botcement.

De voordelen voor patiënten en chirurgen zijn dat het niet alleen goedkoper is, het is ook sterker, sneller te maken en veiliger voor patiënten dan de vorige methoden.

Vorige pagina 10 van 14 Volgende Vorige pagina 10 van 14 Volgende

Supersnelle 3D-afdrukken

Een van de waarschijnlijke redenen voor het kennelijke gebrek aan interesse van de consument in 3D-printen is de trage afdruksnelheden van FDM-technologie (Fused Deposition Modeling) van consumentenkwaliteit. In de laatste paar maanden was er echter sprake van een doorbraak in stereolithografie (SLA) 3D-printen.

Carbon3D uit Californië heeft een nieuwe technologie ontwikkeld met de naam CLIP (continuous liquid interface production) die beweert dat hij printsnelheden levert van 25 tot 100 keer sneller dan de huidige SLA-technologie.

Stereolithografie maakt gebruik van ultraviolet (UV) licht om polymeergebaseerde harsen in 3D-objecten uit te harden, maar terwijl een specifiek object met traditionele SLA-technologie bijna 12 uur nodig heeft om te printen, kan hetzelfde werk binnen zeven minuten met CLIP worden gedaan. verbluffende verbetering.

En Carbon3D heeft het over afdrukken van commerciële kwaliteit met die snelheid, wat waarschijnlijk een hele reeks nieuwe mogelijkheden biedt voor prototyping en kleine industrieën..

Vorige pagina 11 van 14 Volgende Vorige pagina 11 van 14 Volgende

Afdrukken van elektrische circuits

Een van de grote doelen van morgen tech is het vermogen om relatief dure en beperkende elektronische printplaten en direct print-elektrische circuits te verwijderen met behulp van 3D-printtechnieken. Eerder was de gloeidraadgeleidbaarheid een vrij lage 10.000 ohm per centimeter, te laag voor veel andere dan zeer zuinige sensoren.

Vandaag heeft US start-up Functionalize zijn krachten gebundeld met filamentmaker ProtoParadigm om een ​​nieuwe gloeidraad te maken, genaamd 'F-Electric' met een sterk verbeterde geleidbaarheid van 0,47 ohm per centimeter.

Toch, met printplaten die bijna zuiver koper gebruiken met een geleiding van 0,00001ohm per centimeter, heeft geleidend gloeilichaam nog steeds een eerlijke manier om die getallen te bereiken. Maar de verbeteringen die we de afgelopen maanden hebben aangebracht, suggereren dat we nog niet zijn geëindigd.

Bij US $ 142 voor ongeveer een halve kilo is F-Electric niet bepaald goedkoop, maar met redelijk redelijke geleidbaarheid is er potentieel voor talloze toepassingen, vooral omdat de afdruksnelheid toeneemt. De uitvinder van het RepRap open-source 3D-printerproject, Adrian Bowyer, is van plan om het materiaal te gebruiken om een ​​Arduino-achtige robot, circuits en alle 3D-prints volledig te printen.

Vorige pagina 12 van 14 Volgende Vorige pagina 12 van 14 Volgende

Budget 3D-printers

Ondertussen blijven golven van 3D-printers van consumentenkwaliteit komen. Je vraagt ​​je waarschijnlijk af 'waarom heb ik een 3D-printer nodig', maar je zou er al snel een kunnen gebruiken in je studie, werk of gewoon de ontvanger zijn van de uitvoer, via medische protheses of over de hele wereld reizen.

Een van de nieuwste consumentenmodellen, die september dit jaar werd uitgebracht, is de Genesis-serie van de X3D Machines. Vanaf het begin lijkt het alsof bijna alle 3D-printers op Kickstarter de stijlvolle single-head Genesis Uno voor US $ 199 plus verzendkosten kunnen ophalen. Met een degelijk volume van 9 x 9 x 12 inch, een LCD-scherm en een aluminium chassis ziet de Genesis Uno eruit alsof hij de vloer kan vegen met een aantal post-$ 1000-printers die momenteel beschikbaar zijn.

En het is niet eens de goedkoopste - de nieuwe Tiko is een andere Kickstarter-alumni, met het populaire tri-carriage 'delta'-ontwerp en een belofteprijs van US $ 179. Met een unibody-frame en ingesloten ontwerp, zal Tiko een breed scala aan filamenten behandelen, waaronder PLA, ABS en Nylon. Het is nu meer dan US $ 1,2 miljoen aan backing op het moment van schrijven.

Dan is er Flux, dat meer dan US $ 1,6 miljoen steun van Kickstarter ontving en een delta-achtige 3D-printer combineert met een ingebouwde 3D-scanner en lasergravure. Vroege vogels grepen het voor slechts US $ 599 plus verzendkosten.

Vorige pagina 13 van 14 Volgende Vorige pagina 13 van 14 Volgende

Een 2D-printer in 3D veranderen?

Maar een idee dat misschien wel de kop opsteekt, is Printder, dat beweert een gewone sub-$ 100 2D-printer om te zetten in een 3D-printer.

Zoals elke 2D-printer, werkt het met inkt en papier, maar hoe het 3D-objecten maakt, klinkt best knap. Volgens de website wordt elk vel van het speciale papier een 3D-laag, waarbij de inkt als een lijm werkt. Nadat u alle paginalagen hebt afgedrukt die deel uitmaken van uw object, neemt u de uitvoerlade en knalt u deze in de oven gedurende 15 minuten om de inkt te laten samensmelten (er is geen geur, zeggen ze). Nadat je het hebt laten afkoelen, dompel je het geheel onder in water, lost het overtollige papier op en blijf je achter met je 3D-object.

Met een A4-inkjetprinter zou je een A4-formaat op te bouwen gebied (30 x 21 centimeter) hebben tot een 'hoogte' van zes inch (15 centimeter).

Het klinkt ingenieus eenvoudig, maar er zijn nog veel onbekenden op het moment van schrijven - zoals de printers waarmee het zal werken, de kosten van de inkt en de kosten van het speciale dunk-and-disappear-papier. We vragen ons ook af hoe de taakcyclus van de meeste budgetprinters de werklast aankan. Toch zijn we hier geïntrigeerd door, dus we houden het in de gaten.

Vorige pagina 14 van 14 Volgende Vorige pagina 14 van 14 Volgende
Aandelen