Je li 3D ispis biciklistička sljedeća velika stvar?

Sadržaj:

Je li 3D ispis biciklistička sljedeća velika stvar?
Je li 3D ispis biciklistička sljedeća velika stvar?

Video: Je li 3D ispis biciklistička sljedeća velika stvar?

Video: Je li 3D ispis biciklistička sljedeća velika stvar?
Video: REVAN - THE COMPLETE STORY 2024, Ožujak
Anonim

Samoreplicirajući pisači stvaraju objekte iz računalnih crteža? Nije znanstvena fantastika, već stvarnost koja će revolucionirati proizvodnju

Iako možda ne mislite, 1986. bila je ključna godina. Deregulacija Londonske burze promijenila je način na koji razmišljamo o novcu; Černobil je promijenio način na koji smo razmišljali o nuklearnoj energiji; Top Gun promijenio je način na koji smo razmišljali o filmskoj glazbi, a za one koji obraćaju pažnju, američki gospodin po imenu Chuck Hull promijenio je način na koji smo razmišljali o proizvodnji.

Te godine, 11. ožujka (možda otprilike milijun dana od tradicionalnog osnutka Rima), Hullu je izdan američki patent broj 4, 575, 330: 'Aparat za proizvodnju trodimenzionalnih objekata stereolitografijom'. I tako je rođen 3D printer.

'Chuck Hull je bio tip koji je sve započeo,' kaže Phil Kilburn, voditelj prodaje u tvrtki za 3D ispis 3T RPD. 'U to je vrijeme radio za Xerox i došao je na ideju polaganja tinti jedne na drugu kako bi se stvorio čvrsti trodimenzionalni model. On je preuzeo ovaj proces i pokrenuo prvu tvrtku za 3D ispis, 3D Systems.’

Slika
Slika

Na početku

Hullov originalni 3D printer koristio je ultraljubičasto svjetlo za crtanje dvodimenzionalnog oblika preko površine posude tekućeg fotopolimera, tvari koja postaje čvrsta kada je izložena ultraljubičastim zrakama. Ovaj se proces događa iznova i iznova, izgrađujući 2D slojeve za stvaranje 3D objekta. Dok su procesi i materijali koji se koriste u 3D pisačima od tada daleko napredovali, rudimenti su ostali isti.

'Strojevi koje sada koristimo koriste lasere,' kaže IT menadžer 3T RPD-a Martyn Harris. 'Proces je iznimno pametan, ali u svom osnovnom obliku vrlo je jednostavan: uzmite malo praha i otopite ga. Dakle, u našim strojevima imate sloj praškastog materijala, na primjer najlona, koji se zagrijava u komori pisača malo ispod točke taljenja. Laseri zatim iscrtavaju dvodimenzionalne presjeke komponente koju želite proizvesti preko praha, otapajući svaki put 2D sloj. Nakon što se sloj iscrta, postolje pisača pada prema dolje za, recimo, 120 mikrona [0,12 mm], zatim ruka za ponovno nanošenje premaza širi još jedan sloj praškastog materijala preko vrha i proces počinje iznova, s laserskim praćenjem iz sljedećeg sloja.'

Slika
Slika

Ovaj proces temelji se na metodi 'sinteriranja', gdje na visokim temperaturama atomi u česticama praha difundiraju jedni u druge i postaju čvrsti komad. Ali nije dovoljno samo usmjeriti laser na neku plastiku i očekivati da će se pojaviti koristan predmet.

‘Ono što prvo napravite je 3D CAD [kompjuterski potpomognuti dizajn] model onoga što želite napraviti,’ kaže Harris. Zatim, koristeći prilagođeni softver, spakirate modele u virtualni 3D prostor koji odražava veličinu postolja pisača. Odatle spremate sve svoje datoteke u STL - stereolitografiju ili triangulirane datoteke - i kada imate spremne datoteke, zapravo ih sve režete na rezove bez obzira na debljinu koju gradite. Sve te isječene datoteke šalju se na računalo koje upravlja pisačem, a zatim samo pritisnite Go i pisač će to ispisati. Ironično, mnogi dijelovi ovih pisača tiskaju se na drugim pisačima ovdje, tako da su postali samoponavljajući.’

Harris je bio uključen u 3T RPD zadnjih 13 godina, a nedavno je osnovao Race Ware, tvrtku za komponente za bicikle koja proizvodi svoje proizvode – od plastičnih Garmin nosača do titanskih hvatača lanaca – koristeći 3T RPD pisače.

'Ušao sam u ovo jer vodim SRM i imam par Easton TT pločica,' kaže Harris. 'Kad sam otišao tražiti nosač za šipku, sve što sam mogao pronaći bio je užasan komplet adaptera, pa sam pomislio da napravim svoj. Shvatio sam da ću, ako izrađujem jedan za sebe, vidjeti želi li ga i netko drugi, pa sam otišao na TT forum i raspitao se. Taj tip po imenu Jason Swann rekao je da želi Garminov, a on je bio CAD dizajner pa mi je dao dizajn. Trebalo nam je samo tri ili četiri mjeseca da dođemo od prve iteracije do verzije koju sada prodajemo.’

Slika
Slika

Kao što Harris ukazuje, jedan od ključnih napredaka koji dolazi s 3D proizvodnjom je brzina i lakoća kojom se proizvodi mogu proizvoditi i usavršavati. Cjelokupni proces od ploče za crtanje do gotovog članka iznimno je brz u usporedbi s tradicionalnijim metodama – iako vrijeme izrade može trajati od nekoliko sati do otprilike tjedan dana, ovisno o složenosti i broju proizvoda koji se tiskaju.

‘Za razliku od drugih proizvodnih procesa, kao što je injekcijsko prešanje, kod 3D ispisa nema alata,’ kaže Harris. Sve što trebam napraviti je izraditi CAD model, napraviti nekoliko probnih pokreta, izvršiti nekoliko podešavanja i onda kada budem zadovoljan s njim, početi ispisivati. Ljudima je teško doći do glave oko toga. Pitaju koje je vrijeme isporuke i mogu odgovoriti, "Dva ili tri tjedna," dok su navikli da netko kaže, "Bit će spremno do četvrtog kvartala sljedeće godine."'

Brza izrada prototipova

Naravno 3T RPD i Race Ware nisu jedini; postoje drugi proizvođači i industrije koji trenutačno koriste prednosti 3D ispisa i žele pomaknuti granice sve dalje. Audi je koristio robote za 3D ispis kako bi stvorio konceptni automobil RSQ koji se pojavio u filmu I, Robot; Momčadi Formule 1 kao što je Sauber koriste 3D tiskane kanale kočnica na svojim bolidima, a nedavno je nizozemska arhitektonska tvrtka Dus Architects objavila planove za 3D ispis cijele kuće. Dakle, ako je sve ovo izvedivo (kuća će se navodno u dijelovima graditi na šest metara visokom printeru nazvanom 'KarmerMaker'), kakve bi mogle biti implikacije na same bicikle? Jedan čovjek koji misli da zna je voditelj istraživanja i razvoja u tvrtki Ridley bikes, Dirk Van den Berk.

'Ispisujemo male komponente prototipa zadnje dvije ili tri godine, poput kočnice za vilicu Noah Fast', kaže Van den Berk. 'Ali po prvi put ove godine [2013.] otisnuli smo cijeli okvir kao dio razvoja naše nove verzije bicikla Dean TT. Nije dovoljno jak da bi ga se vozio ili testirao na stres, ali je izvrstan za aero testiranje u zračnom tunelu i testiranje sklopa, gdje ga možemo izgraditi pravim komponentama da vidimo da sve odgovara.’

Slika
Slika

Kao i kod Race Warea, ova posebna vrsta 3D ispisa – poznata kao brza izrada prototipova – omogućuje Ridleyu da brzo i jeftino napravi promjene. 'Dekan je počeo s oblicima cijevi za testiranje u tunelu. Zatim smo izgradili kompletne okvire. Testiramo ih, procjenjujemo, zatim se vraćamo i unosimo male izmjene. To je sjajna stvar - male promjene mogu se napraviti vrlo brzo. Samo trebate pritisnuti gumb i pričekati da pisač prestane ispisivati.

‘Prije biste koristili računala i softver za izradu okvira, sve do točke kada date zeleno svjetlo i proizvođači okvira počnu rezati kalupe. Iako 3D ispis nije jeftina tehnologija, sigurno je jeftiniji od otvaranja kalupa, vidite da nešto nije u redu s okvirom i morate početi ispočetka, ' dodaje Van de Berk.

Dakle, ako tvrtke kao što je 3T RPD mogu tiskati u metalu, a proizvođači kao što je Ridley već tiskaju cijele prototipove okvira za bicikle, zašto ne bismo mogli spojiti to dvoje zajedno i početi tiskati bicikle za vožnju?

'Za potpuni okvir prilično je teško zbog načina na koji je okvir opterećen tijekom vožnje,' objašnjava Van den Berk. 'To je složena struktura koja se mora moći nositi sa svim vrstama naprezanja i naprezanja. Kod karbona, način na koji stvarate slojeve je ono što čini okvir jakim ili krutim u određenom smjeru. S ispisom je mnogo teže kontrolirati svojstva

materijal i to je ono što otežava proizvodnju okvira. Međutim, stvari sigurno idu u tom smjeru.’

Slika
Slika

Ekonomija razmjera

Natrag preko kanala u Bristolu, postoji jedna tvrtka za koju je stvarnost 3D tiskanih okvira sve bliža - barem djelomično.

Charge Bikes surađuje s EADS-om (European Aeronautic Defense and Space Company) na stvaranju prvih proizvodno tiskanih dropouta. Izrađeni od Ti6Al4V titana, ispusti se tiskaju u EADS-ovom postrojenju prije nego što se pošalju u Tajvan kako bi se zavarili u Chargeove cross-motocikle za zamrzavanje. Međutim, iako su EN testiranje i iscrpljujućih osam mjeseci pod vodstvom Charge pro vozača Chrisa Metcalfea pokazali da su odustali jednako uspješni kao i njihovi CNC rođaci, oni i proces u kojem sudjeluju nisu bez ograničenja.

Neil Cousins iz Chargea kaže: 'Trenutačno ispisani ispadi dodaju 20% na cijenu standardnog okvira zamrzivača, dijelom zato što svaka konstrukcija može proizvesti najviše 50 ispadanja zbog veličine pisača. Također smo ograničeni brojem pisača koji postoje – trenutačno ih imaju samo tri druge tvrtke u Ujedinjenom Kraljevstvu – te stručnošću i vještinama potrebnim za njihovo korištenje.’

Cousins ističe da nema razloga zašto se u budućnosti troškovi proizvodnje takvih dijelova ne bi smanjivali kako se povećavaju veličine i broj strojeva, ali zasad je realan o tome kamo tehnologija ide: 'Mi smo uvijek smišljaju planove za dijelove i upravo su ovdje zaposlili novog industrijskog dizajnera. Jedna stvar koju treba zapamtiti jest da će mnogi dijelovi biti toliko skupi da moramo paziti da ne napravimo nešto što će godinama stajati na policama naših distributera. Ipak, mnogi veliki igrači u industriji bicikala stupili su u kontakt s nama i EADS-om kako bi dobili više informacija o tehnologiji, a kratkoročno mogu lako vidjeti da se 3D ispis koristi za izradu komponenti kao što su čvorišta, mehanizmi i kasete.'

Martyn Harris iz Race Warea možda je korak ispred, nakon što je surađivao s aerodinamičkim guruom Simonom Smartom na izradi titanijskog stabla. Iako je daleko od toga da je gotov proizvod koji se može prodati (Harris procjenjuje da ga je trenutna verzija koštala £5,000, pa bi promjena jedne mogla biti malo teška), ona samo služi da dokaže na kojoj je razini 3D ispis trenutno, a također i na kojoj trebat će doći do mjesta gdje bi željele stići tvrtke kao što su Race Ware i Charge.

'Ključ budućnosti 3D ispisa je razumijevanje procesa,' kaže Phil Kilburn iz 3T RPD-a. 'Bilo je potrebno puno misionarskog rada s naše strane kako bismo natjerali ljude da vjeruju u tehnologiju, kako bismo educirali ljude o tome što ona može, a što ne. Tek kada shvatite proces, možete ga iskoristiti. Još nije sasvim došlo tamo, ali kada se to dogodi, 3D ispis će eksplodirati.’

Sitni tisak: Kako zapravo funkcionira 3D ispis

Slika
Slika
  • Osim izrade od plastike, 3T RPD ima niz strojeva za ispis metalnih dijelova, poput ovih hvatača lanaca od titana koje je naručio Race Ware.
  • Komorija pisača zagrijava se na 70°C, prije nego što jedan laser s vlaknima, koji radi na 1000°C+, iscrtava dvodimenzionalne slojeve u sloju titanskog praha.
  • Jarko bijelo svjetlo koje možete vidjeti nije točka lasera, već intenzivno svjetlo koje se emitira dok se titan u prahu rastali.
  • Hvatači lanca izrađeni su u slojevima od 20 mikrona – nakon što se svaki sloj iscrta, postolje pisača pada za 0,02 mm prije nego što se raširi svježi sloj praha.
  • Metalni kreveti za pisače obično su mnogo manji od plastičnih kreveta za pisače. Ali najnoviji 3T RPD strojevi već su 50% veći od svojih prethodnika.
  • Veliki problem kod povećanja pisača dolazi s laserima za fokusiranje. Manji metalni pisači koriste jedan laser, dok plastični pisači veće površine moraju koristiti dva.
  • Tiskanje tri hvatača lanca u titanu traje oko četiri sata. Do 50 se može ugurati u postolje pisača, ali vrijeme izrade će se povećati na oko 12 sati.
  • Kada je gradnja gotova, dijelovi se mogu ukloniti gotovo kao da vadite kamen iz hrpe pijeska. Velik dio preostalog praha se reciklira i vraća u sljedeću konstrukciju.

Preporučeni: