Suuremahuline 3D-printimine hõlmab mitmesuguseid tehnoloogiaid ja materjale ning seda on rakendatud paljudes valdkondades. Tegelikult on "suure" määratlus suhteline ja kindlat standardit pole. Üldiselt on majad, paadid ja suur mööbel kõik suured esemed. Suuremahuline 3D-printimine on järk-järgult muutunud turul peavooluks, kuna tootjad, kunstnikud ja ettevõtted valivad 3D-printimise, et rahuldada oma suuremahulisi tootevajadusi. Arendajad murravad samm-sammult läbi 3D-printerite suuruse, murravad tehnilisi piire ning prindivad rohkem ja suuremaid tooteid. Millised on suuremahulise 3D-printimise rakendusvaldkonnad? Aga suured 3D-printerid?
Toote suurus sõltub sageli tehnoloogiast ja materjalidest ning vaja on leida tasakaal täpsuse ja suuruse vahel, mistõttu on õige 3D-printeri valik edu võtmeteguriks. Suurte toodete loomisel on oluline roll ka tarkvaral, kuna suurte objektide printimiseks on sageli parim viis tükkidena printida ja kokku panna. Suuremahulised 3D-prinditud tooted hõlmavad, kuid mitte ainult, järgmisi esemeid:
●Ekraanid, rekvisiidid ja sildid
● Majad ja arhitektuurielemendid
●Tööstuslikud ja metallosad
●Mööbel ja sõidukid
△Madalmaades Naturalise bioloogilise mitmekesisuse keskusel on oma 3D-printimise labor ja Tyrannosaurus rexi koopia tegemiseks kasutati kahte Builder Extreme 1500 Pro 3D-printerit.
●Dinosauruste muuseum ilma Tyrannosaurus rexita pole kindlasti tõeline muuseum! Jaapani dinosauruste muuseum 3D printis tegeliku T. rexi fossiili 3D-skaneerimise põhjal 12-meetri pikkuse ja 5-meetri kõrguse koopia suure osana, mis prinditi kahe suuremahulise Builder Extreme abil. 3D-printerid, mis kasutavad PLA-plastfilamenti.
●Muuseumi kuraatorid, filmilava ja rekvisiitide kujundajad, lõbustuspargid, konverentside ja maailmanäituste väljapanekute tootjad jne valivad tootmise kiirendamiseks ka suureformaadilisi 3D-printereid. Lisaks kiiruse ja kulueelistele mängib rolli ka arvutipõhise disaini (CAD) tarkvara Suurepärane efekt, ei vaja enam kunstlikku skulptuuri ega sekundaarset loomingut. Lisaks on saadaval tohutul hulgal erinevaid materjale, alates ülikergest vahust kuni äärmiselt vastupidava süsinikkiuga täidetud nailonini.
△ Kunstnik katab kipsi 17-jalakõrgusel 3D-prinditud Michelangelo Taaveti koopial, mis on taasloodud Expo 2020 Dubai jaoks
●Seda 17-jalakõrgust 3D-prinditud Michelangelo Davidit esitleti näitusel Expo 2020 Dubai, et edendada Firenze turismi. Piisavalt suurel polümeerse 3D-printeril on võimatu toota ühte ülipeente detailidega koopiat, seetõttu jagati see 14 prinditavaks osaks ja pandi seejärel käsitsi kokku, kusjuures marmorist välispind oli käsitsi maalitud. 3D-prinditud Davidi sees on võrevõrk, mis aitab hoida selle kaalu vaid 550 kg juures, kuid millel on tugevust korralikult pakkida ja tarnida.
△Saksamaa Styles Werbetechnik kasutab Tractus3D suuremahulisi FDM-printereid, et toota valgustatud märgitähti kiiremini kui traditsioonilised meetodid.
●Saksamaa siltide tootmisettevõte Styles Werbetechnik valis välisiltide tootmiseks suuremahulise 3D-printimise tehnoloogia. Ettevõte mitte ainult ei soovinud tootmist kiirendada, vaid soovis ka teha kirjade koostamist ettevõttesiseselt, selle asemel, et tugineda välismaiste tootjate standardsetele kirjakujundustele. Ettevõte ütleb, et polümeer-FDM-trüki kasutamine pakub piiramatuid disainivõimalusi kontuuritud tähtede valmistamiseks. Näiteks on valgustatud märgistuste tähesügavus traditsiooniliste meetoditega piiratud minimaalselt 60 mm-ni, kuid 3D-printimisel saab seda vähendada 30 mm-ni. Nad võivad töötada ka õhtuti ja nädalavahetustel, kiirendades tootmisaega, kuna 3D-printereid ei pea protsessi ajal jälgima.
△ Smithsoniani muuseum prindis 3D-s 120 STEM-valdkonna naisjuhtide elusuuruses kuju
2022. aastal avas Smithsoniani Instituut Washingtonis naisteadlaste austamiseks näituse, sealhulgas 120 elusuuruses 3D-prinditud kuju. Nimega "IfThenSheCan – The Exhibit" on see kõigi aegade suurim naistekujude kollektsioon, millest igaüks on trükitud FDM-tehnoloogia abil.
majad ja arhitektuurielemendid
Kui tegemist on suuremahuliste 3D-printimise projektidega, on eluasemeprojektid loomulikult asendamatud. Kuigi vähesed hooned on eranditult 3D-prinditud (sageli vajavad või sisaldavad struktuurseid tugesid, nagu terasarmatuur või traditsioonilised puitkonstruktsioonid), saab 3D-printimist kasutada selle kiiruse, tööjõu kokkuhoiu ja konstruktsiooni vastupidavuse tõttu. Kodu ja hotelli jaoks. Ülemaailmne ehituse 3D-printimise turg peaks järgmise viie aasta jooksul kasvama ligi 20 protsenti.
●Alloleval pildil olev kahekorruseline hoone valmis ühiselt arhitektuursete projekteerimis- ja insenerifirmade Hannah ja Cive ning Peri 3D Constructioni poolt, kes pakkusid 3D-printereid. 4-000-ruutjalga maja on müüdud anonüümsele pakkujale ja selle valmimine võtab aega kaks aastat. Peri portaalprinterit Cobod Bod2, mis on 3D-printimise arhitektuuri juhtiv printer, kasutatakse spetsiaalsete betoonisegude ekstrudeerimiseks trepikodade ja muude funktsionaalsete struktuuride loomiseks ning selle projektiga trükiti kokku 330 tundi.
pilt
△ Ameerika Ühendriikide esimene täielikult 3D-prinditud kahekorruseline maja asub Houstonis
●Lisaks hoonete ehitamisele kasutatakse 3D-printereid laialdaselt arhitektuursete elementide, sh fassaadide ja ajalooliste restaureerimisobjektide ning sisekujunduse (sh seinad, väljapanekud ja ruumijagajad) jaoks. Seal on isegi 3D-prinditud põrandad, 3D-prinditud sillad ja 3D-prinditud kunstlikud korallrifid. Betoonitaolised materjalid pole ehituses ainus võimalus, oma osa on ka polümeeridel. Branch Technology on spetsialiseerunud suuremahulisele 3D-printimisele, kasutades robotpolümeerekstruudereid, luues kõike alates skulptuuridest kuni kosmoseelupaikadeni. Selle uuenduslik ehituspaneelide süsteem nimega BranchClad avab uued võimalused hoonete fassaadide jaoks. Vaadake lihtsalt USA kosmose- ja raketikeskuse uue kosmoselaagri tööküljele paigaldatud Kuu pinda (allpool). Kuu digitaalsete skaneeringutega loodud fassaadid näitavad Kuu pinnale hämmastavat truudust. Kuumustri positiivne vorm trükiti 3D-printimisel ja värviti seejärel krohvmaterjaliga.
pilt
△ Branch Technology uus 3D prinditud kuusein on paigaldatud USA kosmose- ja raketikeskuse uue kosmoselaagri operatsiooni küljele
Tööstuslikud ja metallosad
pilt
△ Relativity Space'i metallist 3D-printer Stargate
●Raketitootja Relativity Space väidab, et tema 3D-prinditud rakett Terran 1 on kõigi aegade suurim 3D-prinditud struktuur – selle kõrgus on 35,2 meetrit ja läbimõõt 2,3 meetrit. Ettevõtte järgmise põlvkonna rakett Terran R on sama suur. Mõlemad on 3D-prinditud patenteeritud metallile, kasutades ettevõtte Stargate 3D-printerit, kasutades robot-suunatud energiasadestamise tehnoloogiat. Relatiivsusteooria ütles, et raketi võime taluda stardi pinget oli tohutu võit, mis näitab selle metallist 3D-printimise meetodi struktuurset terviklikkust.
pilt
△ Hollandi kuninganna Maxima avas ametlikult MX3D metallist 3D printimissilla.
●Joris Laarmani labori projekteeritud metallsild üle Amsterdami kanali trükiti MX3D-ga, kasutades robotkaare lisandite tootmistehnoloogiat. 12-meetri pikkune roostevabast terasest "nutikas sild" sisaldab sisseehitatud andurite võrku, mis aitab Amsterdami teadlastel uurida asjade Interneti-süsteemide rolli ehitatud keskkonnas. Generatiivse disaini ja topoloogia optimeerimise tehnikate abil välja töötatud struktuur on äärmiselt kerge. MX3D sild tutvustab ka metallist 3D-printimise rakendamist kunstis ja skulptuuris.
● Allpool on veel üks MX3D-printimise töö, mille paigaldasid kunstnikud Mariagrazia Abbaldo ja Paolo Albertelli Torinos, Itaalia kuninglikus aias. 880 kg kaaluv skulptuur, mis kannab nime "The Whale Passage", näitab maapinnast mööduva vaala uimed. Kõik selle projekti käigus tehtud mudelid olid 3D-prinditud.
pilt
△ "Whale Passi" kujundasid Mariagrazia Abbaldo ja Paolo Albertelli ning 3D printis MX3D
●Suurt metallist 3D-printimist saab kasutada paljudes tööstusharudes, kusjuures mere-, nafta- ja gaasitööstuse ning raskete ehitusseadmetega tegelevad ettevõtted suudavad toota suuri detaile kiiremini, sageli kohapeal. Näiteks allolevale merepropellerile prinditi 3D-printer, kasutades WAAM-tehnoloogiat, et saada võrgulähedane kuju, mis seejärel töödeldakse rangemate tolerantsidega. Sel juhul asendab WAAM sepistamist ja seda saab teha vajalikule kohale lähemal, kasutades vähem toorainet.
pilt
△ See merepropeller on üks esimesi näiteid WAAM-tehnoloogia tööstuslikust rakendamisest
●Metallist 3D-printimine võib vähendada ka osade kaalu, sest 3D-printimine võib tekitada kujundeid, mida ei saa sepistamise või valamise abil saavutada. Lennuki teliku osa (all), mille mõõtmed on 455 x 295 x 805 mm, on printeritootja SLM Solutionsi andmetel maailma esimene laserpulberkihiga sulandatud 3D-prinditud osa. See osa pole mitte ainult 15 protsenti kergem kui traditsioonilised sepistatud osad, vaid tehnoloogia vähendab ka tööaega. Kuna komponent on osa süsteemist, mis kannab koormused ratastelt üle lennuki konstruktsioonile, on see tugevuse tagamiseks valmistatud titaanist. Materjalivalik annab detailile tugevad mehaanilised omadused, olles samas korrosioonikindel, ilma pinnakatteta, prinditud neljalaseriga SLM 800 3D printeriga. "Lisanditootmine aitab säästa aega kvalifitseerimise ja sertifitseerimise etapis, tarnides osad kiiresti testimiseks. Suuremad komponendid suudame toota mõne päevaga, sepistamisprotsessi kasutamine võtab mitu kuud."
pilt
△ 3D-prinditud esiteliku osad eralennukitele
Suurte metallosade valamise vormide 3D-printimine on suuremahulise 3D-printimise oluline rakendus. Metallist tööstuslike osade puhul, mis tuleb valada, on vormi valmistamise etapp töömahukas ja aeganõudev. Liiva 3D-printeritega saavad tootjad 3D-printida liivavalusid ja -vorme otse ilma täismahus mudeleid kasutamata. Voxlejeti VX4000 on maailma suurim liivavalamisega 3D-printer ja see kasutab sideainejoa tehnoloogiat, et toota mitte ainult tohutuid vorme, vaid tuhandeid neid ühe printimisprotsessiga.
pilt
△Voxlejeti VX4000 printer (Allikas: Voxeljet)
mööbel ja sõidukid
pilt
△ WASP 3D printeri abil ühes tükis valmistatud tool.
●Sisekujundajad valivad järk-järgult ka suureformaadilise 3D-printimise, et teostada keerukaid kujundusi ja kasutada ainulaadseid materjale. Polümeerid, eriti taaskasutatud plastid, on enimkasutatavad materjalid 3D-prinditud mööbli valmistamiseks, kuid kasutada võib ka betooni ja metalli. See Gambia lapsesuurune koolilaud (allpool) on näide 3D-printimisest praktiliste vajaduste rahuldamiseks. Seda kerget ja vastupidavat disaini saab toota taaskasutatud plastist, lahendades ka plastjäätmete probleemi. Mudel trükiti ettevõttes The Industry Sweden Magnumi 3D-printeril PETG-plastikusse, mida tavaliselt kasutatakse joogipudelites.
pilt
△ Prototüüplauad 3D-prinditud koolimööbli kontseptsiooni katsetamiseks Gambias, kasutades võimalusel taaskasutatud plasti
●Kauneid 3D-prinditud toole ja laudu on lugematu arv, sealhulgas NYXO Visionary Designi (allpool) armas kohvilaudade kollektsioon, mis on valmistatud kergest vahustatud PLA-st, mis on trükitud Colossus XS 3D-printeriga.
pilt
△ Primavera skulptuurilaudade seeria kujundas Dubais asuv arhitektuuri- ja tootedisainifirma NYXO Visionary Design ning see trükiti ColorFabb PLA abil Colossus XS printeril (Allikas: Colossus)
Guinnessi rekordite raamatusse nii suurima 3D-prinditud paadina kui ka seni suurima füüsiliselt 3D-prinditud objektina on alloleval pildil olev 3D-prinditud paat, mille pikkus on 7,72 meetrit. Paadi trükkis 2019. aastal Maine'i ülikooli täiustatud struktuuride ja komposiitide keskus. See on valmistatud plastikust ja puidust tselluloosist. 3D-printimiseks kulus vaid 72 tundi ja see kaalub 2,2 tonni.
pilt
△ Täielikult 3D-prinditud elusuuruses paat, mille on tootnud Maine'i ülikool
●Ka jalgrattatootjad on oma tootmisahela keevitusprobleemide lahendamiseks valinud 3D-printimise tehnoloogia. Ühes tükis 3D-prinditud raam ei säästa mitte ainult aega, vaid võimaldab uut disainivabadust, mida konstruktsiooniühendused ei piira. Jalgrattatootja on tootnud mudeleid titaanist, terasest ja süsinikkiust komposiitmaterjalidest. Allolev Urwahni terasraamiga e-jalgratas toodeti massiliselt, kasutades metallist 3D-printimist, et saavutada vormi, funktsiooni, kerge konstruktsiooni ja materjalide tasakaal. Spetsiaalsed tagaosa elastikud riputavad tagarattad ja loovad uut tüüpi sõidumugavuse, terasraam aga ühendab mootori ja aku, ütleb ettevõte.
pilt
△ Urwahni 3D prinditud terasraamiga elektrijalgratas
Disaininõuanded ja tarkvara suurte trükiste jaoks
pilt
△ 30-jala pikkune 3D-prinditud kuju on kokku pandud 365 üksikust 3D-prinditud osast ja iga osa printimiseks kulub 55 3D-printeritel 28 tundi
Ühes tükis 3D-printimine on sageli ideaalne, kuna see välistab montaažitöö, kiirendab tootmist ja parandab konstruktsiooni terviklikkust, kuna puuduvad õmblused ega pinnad. Kui aga prinditud objekt on nii suur, et peate selle mitmeks osaks jagama, kuidas jagada mudel 3D-printideks?
●Suuremahulise 3D-printimise lõpuleviimiseks saate mudeli jagada otse CAD-tarkvaras (nt Fusion360 või Solid Works), mille eeliseks on see, et saate kujundada mõningaid montaaži- ja joondusabivahendeid, nagu naelad, konarused ja sooned, huuled, või augud ja pilud;
●Kui liimite lihtsalt kokku suuri esemeid või kasutate kruvisid (ainult tugevamate materjalide (nt süsinikkiuga täidetud nailon) puhul), võite jätta poolitamise tükeldamistööriista (nt Cura) hooleks. Segmenteerimine on kiire ja automatiseeritud Cura võrgutööriistade abil;
● Digitaalse mudeli käsitsi segmenteerimisel vältige detail- või tugialade otsest läbimist. vältida lõhenemist disaini nõrgimas kohas,
Just nimelt need alad, mis on palju õhemad kui ülejäänud mudel.
Parim suur 3D-printer
pilt
△GEFERTEC Arc60x WAAM metallist 3D-printer (Allikas: Gefertec)
Kui soovite kasutada 3D-printerit selliste osade loomiseks nagu suured plastosad, rekvisiidid ja märgid, võite kasutada suureformaadilisi hõõgniidiga 3D-printereid, mis on sisuliselt samad, mis lauaarvuti hõõgniidiprinterid. Mõned printerid saavad printida insenertehnilise kvaliteediga vastupidavate materjalidega.
Kui soovite minna suuremaks kui suurimad FDM-printerid (pluss 1600 x 1200 x 1300), vajate robotkäega 3D-printerit, robotkätt, mille otsa on kinnitatud ekstruudeerimispea. Neid saab asetada siinidele või ülaplatvormile, nii et teoreetiliselt on võimalik printida saadaolevate siinide suuruse järgi. Suurima 3D-printeri Guinnessi maailmarekord on Maine'i ülikooli pukk-ekstrusioonipea koost, mille mõõtmed võivad ulatuda 30,000 x 6700 x 3,000 mm. Seda printerit aga ei müüda. Veel üks robotkäeprinterite eelis on see, et sageli kasutatakse polümeere säästlikumal graanulil
Vaigu 3D-prindid ei saa üldjuhul olla suuremad kui 1,000 mm, välja arvatud mõned erandid, nagu Kings 1700 Pro ja 3D Systems ProX 950 ülipika printimisaja tõttu. Vaik võtab tavaliselt kauem aega kui FDM.
pilt
△ Keskmise suurusega betoonist 3D-printer sobib suurepäraselt suureformaadiliste kunstirakendustega
Betoonist 3D-printerid on õitsev turg mitte ainult kodu ehitamiseks, vaid igat tüüpi betoonist raketiste, mööbli, ehituse ja isegi taimepottide ja skulptuuride jaoks. Väga suurte metallosade 3D-printimine saavutatakse sageli suunatud energiasadestamise 3D-printimise tehnikaga, nagu elektrikaare lisandite tootmine (WAAM). Nende meetodite puhul kasutatakse robotkäe külge kinnitatud 3D-prindipead, millel on lai haare ja mida piirab ainult käe suurus.
