
Τι είναι το 3D Printing;
Η τρισδιάστατη εκτυπωση αποτελεί μια καινοτόμα τεχνολογία, μέσω της οποίας δίνεται η δυνατότητα δημιουργίας αντικειμένων σε τρεις διαστάσεις με διάφορους τύπους υλικων για πολυάριθμες εφαρμογές.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση διαφέρει πολύ από τις παραδοσιακές μεθόδους κατασκευής. Η δημιουργία αντικειμένων γίνεται μέσω πολλαπλών αλλεπάλληλων στρώσεων υλικού, συνήθως πολύ μικρότερων του χιλιοστού. Η διάρκεια μίας εκτύπωσης ποικίλει ανάλογα με το μέγεθος του αντικειμένου και της μεθόδου κατασκευής και κυμαίνεται από λίγα λεπτά μέχρι αρκετές ώρες. Τα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι κυρίως κάποια θερμοπλαστικά και μέταλλα, φωτοπολυμερείς ρητίνες, χαρτί, κεραμικά, άμμος κα.
Η τρισδιάστατη εικόνα του αντικειμένου δημιουργείται με απευθείας χρήση λογισμικού CAD, ή ακόμα με επεξεργασία εικόνας που έχει ληφθεί με 3D Scanner, ψηφιακή κάμερα, Αξονική ή Μαγνητική τομογραφία κτλ. Στη συνέχεια, το τρισδιάστατο μοντέλο μετατρέπεται σε αρχείο τύπου .stl (Standard Tessellation Language) το οποίο αντιλαμβάνεται ο εκτυπωτής. Το αρχείο αυτό περιγράφει το μοντέλο με προσέγγιση της επιφάνειάς του από τρίγωνα στον τρισδιάστατο χώρο (mesh triangles). Όσο περισσότερα και μικρότερα τρίγωνα, τόσο καλύτερη η προσέγγιση του μοντέλου.
Οι βασικοί μέθοδοι της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι οι εξής:
Stereolithography (SLA)
Στην στερεολιθογραφία χρησιμοποιείται υπεριώδης ακτινοβολία ώστε να στερεοποιήσει το υγρό φωτοπολυμερές υλικό και να κατασκευαστεί το επιθυμητό αντικείμενο. Μία δεξαμενή γεμίζεται με το φωτοπολυμερές υλικό και η βάση τοποθετείται σχεδόν στην επιφάνεια του υγρού, αφήνοντας να καλυφθεί από το υλικό που αντιστοιχεί στο πρώτο επίπεδο. Το σύστημα παράγει μία δέσμη υπεριώδους ακτινοβολία που μόλις πέσει πάνω στο φωτοπολυμερές υλικό, το στερεοποιεί. Το υλικό κάθε επιπέδου ενώνεται με το προηγούμενο επίπεδο καθώς στερεοποιείται.
Η μέθοδος αυτή χαρακτηρίζεται από υψηλή ακρίβεια και ανάλυση. Ενδείκνυται, κυρίως, για κατασκευή μικρών αντικειμένων επειδή χρειάζεται αρκετό χρόνο για να ολοκληρωθεί η διαδικασία, αφού η ακτινοβολία πέφτει σε ένα μικρό τμήμα του αντικειμένου κάθε φορά. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι φωτοπολυμερείς ρητίνες.
Fused Deposition Modelling (FDM) / Freeform Fabrication (FFF)
Στη μέθοδο αυτή, το υλικό σε μορφή νήματος περνά από έναν εξωθητή (extruder), o οποίος έχει τέτοια ροπή ώστε να περνάει συγκεκριμένη ποσότητα υλικού. Το νήμα εισέρχεται σε ένα μπλοκ υψηλής θερμοκρασίας όπου το υλικό λιώνει και, έπειτα, περνά από μία κεφαλή υψηλής θερμοκρασίας, και εναποθέτει το λιωμένο υλικό σε στρώσεις. Μόλις εκτυπώνεται ένα επίπεδο, η πλατφόρμα κατεβαίνει προς τα κάτω για να πάει στο επόμενο επίπεδο.
Η μέθοδος FDM είναι η πιο δημοφιλής και χρησιμοποιείται. Αυτό οφείλεται στο χαμηλό κόστος κατασκευής εκτυπωτών που υλοποιούν αυτή τη μέθοδο και των υλικών που χρησιμοποιούνται. Τα υλικά αυτά είναι διάφορα θερμοπλαστικά, μέταλλα, χαρτί, κερί, βρώσιμες ουσίες, ανθρώπινος ιστός, τσιμέντο κ.ά.
Laser Sintering(LS)/ Laser Melting(LM)
Οι μέθοδοι LS και LM αποτελούν ουσιαστικά την ίδια διαδικασία με μία μικρή διαφορά Tο υλικό που χρησιμοποιείται είναι σε μορφή σκόνης, η όποια στερεοποιείται από μία δέσμη φωτός. Η δέσμη θερμαίνει το υλικό σε αλλεπάλληλες στρώσεις.
Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία αφαιρείται η περιττή σκόνη από το αντικείμενο, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε επόμενη εκτύπωση. Κατά την εκτύπωση, δεν χρειάζονται στηρίγματα αφού η ίδια η σκόνη λειτουργεί σαν στήριγμα. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι κυρίως διάφορα μέταλλα και μίγματά τους, καθώς και θερμοπλαστικά ή κεραμικά για την LS.
Η διαφορά των δύο μεθόδων έγκειται στο γεγονός ότι στην LS, το υλικό θερμαίνεται από την δέσμη τόσο ώστε να ενωθούν μεταξύ τους τα μόρια της σκόνης χωρίς να λιώνει πλήρως, ενώ στη μέθοδο LM το υλικό λιώνει εντελώς, δημιουργώντας ένα ομογενές κομμάτι. Με την LS είναι δυνατό να ελεγχθεί η πυκνότητα του τελικού αντικειμένου πράγμα ιδιαίτερα χρήσιμο όταν χρησιμοποιείται μίγμα διαφορετικών υλικών. Από την άλλη, η LM επιλέγεται όταν χρησιμοποιείται ένα καθαρό μέταλλο, π.χ. καθαρό τιτάνιο.