A nagyméretű 3D-nyomtatás több technológiát, számos anyagot és széles körű alkalmazást ölel fel. Valójában, hogy mi minősül nagyméretűnek, az értelmezés kérdése, de kétségtelenül a házak, hajók és életnagyságú bútorok minősíthetőek ezzel a tulajdonsággal. Ezek az példák egyre inkább a köztudatba kerülnek, ahogy a gyártók, művészek és vállalkozások a nagyméretű termékeikhez 3D nyomtatásra támaszkodnak.
A 3D nyomtatók minden évben egyre nagyobbak, ahogy a gépgyártók új nyomtatóikkal feszegetik a technológia határait, hogy többet és nagyobbat nyomtathassanak.
A méret technológia- és anyagfüggő, és vannak kompromisszumok (általában részletek) a mérettel, ami a megfelelő 3D nyomtató kiválasztását a siker kritikus összetevőjévé teszi. A szoftverek is szerepet játszanak a nagyméretű objektumok létrehozásában, mivel gyakran a legjobb módja a nagyméretű nyomtatásnak a darabos nyomtatás és az összeállítás.
Vessünk egy pillantást arra, hogy mit jelent nagy méretben nyomtatni bizonyos nyomtatandó dolgok lencséjén keresztül:
Kijelzők, kellékek és jelzések
Mit ér a dinoszauruszmúzeum T-Rex nélkül? A japán dinoszauruszmúzeum nem tudott sem vásárolni, sem kiásni egyet, ezért a következő legjobb dologhoz, a tényleges T-Rex kövületekből származó 3D szkenneléseken alapuló 3D nyomtatáshoz fordult. A 12 méter hosszú és 5 méter magas, életnagyságú másolatot nagy részekben nyomtatták ki két Builder Extreme, nagyméretű 3D nyomtatóval, PLA műanyag filament anyaggal. A kijelző darab formázása sokkal tovább tartott volna, mint a 3D nyomtatás, és többe került volna, ráadásul a T-Rex jelentősen nehezebb is lenne.
Múzeumi kurátorok, filmdíszlet- és kelléktervezők, vidámparkok, kongresszusi és kiállítási bemutatókészítők és még számtalan ember a nagyformátumú 3D nyomtatók felé fordul a gyorsabb gyártás érdekében. A gyorsaság és a költségelőnyök mellett nincs szükség szobrászati vagy művészi tehetségre a digitális modell számítógéppel segített tervező (CAD) szoftverben történő megalkotásán kívül. Ráadásul a lehetséges anyagok széles skálája létezik, az ultrakönnyű habszivacstól a rendkívül tartós szénszálas nejlonig.
Vessen egy pillantást Michelangelo Dávidjának (fent) 17 láb magas, 3D nyomtatott ikertestvérére , amelyet a 2020-as Dubai Expo kiállításon mutattak be a firenzei turizmus népszerűsítése céljából. Egy olyan polimer 3D nyomtató létrehozása, amely elég nagy volt ahhoz, hogy a replikát egy darabban, szuper finom részletekkel készítse el, lehetetlen volt, ezért 14 nyomtatható részre osztották, majd kézzel összeállították. A márvány megjelenését egy kézzel festett, márványport tartalmazó vakolatréteg adta.
A 3D nyomtatott David belsejében egy rácsos szerkezet található, amely segített megőrizni súlyát mindössze 550 kg-ban, vagyis az eredeti márvány David körülbelül 11%-ában, ennek ellenére elég erős volt a csomagoláshoz és a szállításhoz.
A német Styles Werbetechnik cégtábla-gyártó cégnek több oka is volt arra, hogy a kültéri táblák és csatornafeliratok nagyméretű 3D nyomtatásához forduljon. A vállalat nem csak a gyártást akarta felgyorsítani, hanem házon belüli levélkészítést akart végezni, és nem hagyatkozik a tengerentúli gyártók szabványos levélterveire. A cég a polimer FDM-nyomtatás felé fordult, amely korlátlan tervezési lehetőségeket biztosított a profilbetűk gyártásához – állítja a cég. Például a megvilágított jelzéseknél használt betűk mélységét hagyományos módszerekkel 60 mm-re korlátozták, 3D nyomtatás esetén viszont 30 mm-re csökkentették. Mivel a 3D nyomtatókat nem kell figyelni a folyamat során, éjszaka és hétvégén is működhetnek, felgyorsítva a gyártási időt.
Tavaly tavasszal a Washington DC-ben található Smithsonian Institute kiállítást rendezett a női tudósok tiszteletére (fent), amelyen 120, életnagyságú, 3D-s nyomtatott szobor állt a képmásukra. Az „IfThenSheCan – The Exhibit” néven ez volt a valaha volt legnagyobb női szoborgyűjtemény, amelyet egyetlen helyen és egy időben állítottak össze. Minden szobor FDM technológiával készült.
Házak és építészeti elemek
A legnagyobb 3D nyomtatási projektek a házak, és évről évre egyre nagyobbak. A kétszintes határt alig néhány éve érték el, most pedig a cél a még magasabbra jutás.
Bár nagyon kevés épületet nyomtatnak csak 3D-ben, és gyakran igényelnek vagy kombinálnak szerkezeti támasztékokat, például betonacél megerősítést vagy hagyományos favázas konstrukciót, a technológia az otthonoktól a szállodákig terjedő projektekben találja meg az utat a gyorsasága, a munkaerő-megtakarítás és a tartós konstrukció miatt. Valójában a globális építőipari 3D-nyomtatási piac (ami nem is olyan régen létezett) az előrejelzések szerint közel 20%-kal fog növekedni a következő öt évben.
A Hannah és Cive építészeti tervező és mérnöki irodák kétszintes épülete a 3D nyomtató mögött a Peri 3D Construction-val az építőipari 3D nyomtatás mérnöki bravúrját mutatja be. A 4000 négyzetméteres otthont már eladták egy névtelen pályázónak, és összesen két évet vesz igénybe. A Peri Cobod Bod2 portálnyomtatója, amely a 3D nyomtatás építőiparában megszokott név, a speciális betonkeveréket lépcsőházakba és más funkcionális szerkezetekbe extrudálják összesen 330 aktív nyomtatási óra alatt.
Az épületek építése mellett a 3D nyomtatókat széles körben használják építészeti elemekhez, beleértve a homlokzatokat és a helyreállítások történelmi ékezeteit, valamint a belső tereket, beleértve a falakat, a kijelzőket és a térelválasztókat. Vannak még 3D nyomtatott padlók , 3D nyomtatott hidak és 3D nyomtatott mesterséges korallzátonyok is .
Az építészetben nem a betonszerű anyagok az egyetlen lehetőség, a polimerek is szerepet játszanak. A robotkaros polimer extrudáló gépekkel végzett nagyméretű 3D nyomtatásra specializálódott Branch Technology mindent létrehoz, a szobroktól az űrbeli élőhelyekig. A BranchClad nevű innovatív építészeti panelrendszere új lehetőségeket nyit meg az épületek homlokzataiban. Vessen egy pillantást a Hold felszínére, amely az Egyesült Államok Űr- és Rakétaközpont új Űrtábor műveleteinek oldalára van telepítve (lent). A Hold digitális szkennelésével készült homlokzatok elképesztő hasonlóságot mutatnak a Hold felszínéhez. A holdmintázat pozitív formáját 3D-ben nyomtatják, majd stukkó anyaggal vonják be.
Ipari és fém alkatrészek
A Rakétagyártó Relativity Space azt állítja, hogy 3D nyomtatott rakétája, a Terran 1 volt a valaha készült legnagyobb 3D nyomtatott szerkezet. Legutóbbi felbocsátása és óceáni „leszállása” előtt 35,2 méter magas volt, és 2,3 méter átmérőjű. A cég következő rakétája, a Terran R ugyanolyan nagy. Mindkettőt 3D-ben nyomtatták szabadalmaztatott fémbe a cég Stargate 3D nyomtatóival, amelyek robotkaros huzalos irányított energialerakódási technológiát használnak.
A vállalat szerint a rakéta azon képessége, hogy ellenálljon a kilövés okozta nyomásnak, nagy győzelem volt, bizonyítva fém 3D nyomtatási módszerének szerkezeti integritását.
A Joris Laarman Lab által tervezett, egy amszterdami csatornán átívelő fémhidat (fent) az MX3D nyomtatta ki, robotkaros huzal ívadalékos gyártástechnológiával. A 12 méter hosszú, rozsdamentes acél „intelligens híd” egy beágyazott szenzorhálózatot tartalmaz, amely segít az amszterdami kutatóknak tanulmányozni az IoT-rendszerek szerepét az épített környezetben. A szerkezetet generatív tervezési és topológiaoptimalizálási technikákkal fejlesztették ki, hogy lenyűgöző kialakítást tegyen lehetővé, miközben könnyebbé tette. Ennek azonban nem célja, hogy állandó legyen.
Az MX3D híd szépsége kiemeli a fém 3D-nyomtatás művészetben és szobrászatban való használatát. Az alábbiakban Mariagrazia Abbaldo és Paolo Albertelli művészek egy másik MX3D-nyomtatott alkotása látható Torinóban, Olaszország királyi kertjében. A „The Whale Pass” névre keresztelt 880 kilós szobor az elhaladó bálnák uszonyait illusztrálja,vmintha a nyílt tengeren lennének. A művészek részben azért választották a fém 3D nyomtatást a végső munkához, mert az az ő tervezési folyamatukat követi. A projekt során készült összes modell 3D-s nyomtatást kapott.
Az ipari felhasználásra szánt nagyméretű fém 3D-nyomatokat tekintve a tengerészeti, olaj- és gázipari, valamint nehéz építőipari berendezéseket gyártó vállalatok sokkal gyorsabban és gyakran a helyszínen tudnak nagy alkatrészeket gyártani. Például a tengeri légcsavart WAAM technológiával nyomtatták, hogy hálóhoz közeli formát hozzanak létre, amelyet azután szűkebb tűrésekre dolgoznak fel. A WAAM ebben az esetben a kovácsolást helyettesíti, és a szükséges ponthoz közelebb végezhető kevesebb nyersanyag felhasználásával.
A 3D fémnyomtatás lehetővé teszi az alkatrészek könnyebb súlyát is, mivel a 3D-nyomtatás olyan alakzatokat tud előállítani, amelyek kovácsolással vagy öntéssel nem lehetségesek. Az SLM Solutions nyomtatógyártó szerint a repülőgép futómű-alkatrésze (lent), 455 x 295 x 805 mm méretű, a világ első lézerporágyú fúziós 3D nyomtatott része a méretének megfelelően. Az alkatrész nem csak 15%-kal könnyebb, mint egy hagyományosan kovácsolt alkatrész, de a technológia az átfutási időt is lerövidítette.
Mivel az alkatrész annak a rendszernek a része, amely a kerékről a terhelést a repülőgép szerkezetére továbbítja, a szilárdság érdekében titánból készült. Az anyagválasztás erős mechanikai tulajdonságokat ad az alkatrésznek, miközben bevonat nélkül korrózióálló. A nyomtatás négylézeres SLM 800 3D nyomtatóval készült.
„Az additív gyártás hozzájárul az időmegtakarításhoz a minősítési és tanúsítási szakaszban azáltal, hogy az alkatrészeket gyorsan biztosítják a teszteléshez. A főszerelvényt néhány nap alatt tudtuk elkészíteni, szemben a kovácsolási folyamattal néhány hónap alatt” – mondja Gerhard Bierleutgeb, az SLM Solutions globális szolgáltatásokért és megoldásokért felelős alelnöke.
A fém alkatrészek öntésére szolgáló nagy formák 3D nyomtatása a 3D nyomtatás másik olyan alkalmazása, amely előnyben részesíti a méretet. Az öntendő fémipari alkatrészek esetében a formakészítés munka- és időigényes lépés. A homokozó 3D nyomtatókkal a gyártók közvetlenül 3D-nyomtathatják a homok öntvényeket és formákat anélkül, hogy teljes méretű modellre lenne szükségük. A Voxlejet VX4000 (lent) a világ legnagyobb 3D-nyomtatója, amely kötőanyagsugaras technológiát használ, hogy nemcsak hatalmas formákat, hanem akár több ezer formát is kinyomtasson egyetlen nyomtatási munkamenet során.
Bútorok és járművek
A belsőépítészek a nagy formátumú 3D nyomtatáshoz fordulnak, hogy megvalósítsák elképzeléseiket a bonyolult tervezésről és az egyedi anyagokról. A 3D nyomtatott bútorok leggyakrabban használt anyagai a polimerek, különösen az újrahasznosított műanyagok, de kapható beton és fém is.
Ez a gyerekméretű gambiai iskolapad (lent) egy példa arra, hogy a 3D nyomtatás gyakorlati igényeket old meg. Könnyű és strapabíró, ez a kialakítás újrahasznosított műanyagból is előállítható, ezzel is megoldva a műanyaghulladék problémáját. Ezt a modellt az italos palackokhoz általánosan használt PETG műanyagból nyomtatták a The Industry Sweden Magnum 3D nyomtatóján .
Számtalan példa van a gyönyörű 3D-nyomtatott székekre és asztalokra, de a legújabb példák közé tartozik a NYXO Visionary Design gyönyörű dohányzóasztal-kollekciója (lent), amely a Colossus XS 3D nyomtatóra nyomtatott, és könnyű habzó PLA anyagokat használ.
Az alábbi példány 7,72 méter hosszú, mint a legnagyobb 3D nyomtatott hajó és az eddigi legnagyobb tömör 3D nyomtatott darab, bekerült a Guinness-rekordok könyvébe. A University of Maine Advanced Structures and Composites Center által 2019-ben nyomtatott hajó műanyagból és fa cellulózból készült, mindössze 72 óra alatt nyomtatták ki, súlya 2,2 tonna, és igen, fenn marad a víz felszínén.
A kerékpárgyártók az elmúlt években a 3D nyomtatásra hangoltak, hogy megoldják gyártási láncuk legnagyobb problémáját, a hegesztést. A 3D nyomtatási keretek különálló darabként nemcsak időt takarítanak meg, hanem új tervezési szabadságot tesznek lehetővé, amelyet nem korlátoznak a szerkezeti illesztések. A kerékpárgyártók titánból, acélból és szénszálas kompozitokból készítettek modelleket.
Az alábbi, Urwahn acélvázas e-bike -ját tömeggyártásban, fém 3D nyomtatással állítják elő, hogy egyensúlyt teremtsenek a forma, a funkció, a könnyű szerkezet és az anyagok között. A cég szerint a speciális hátsó rész rugalmasan felfüggeszti a hátsó kereket, és újfajta vezetési kényelmet biztosít, miközben az acélváz egyesíti a motort és az akkumulátort.
Tervezési tippek és szoftverek nagyméretű nyomtatáshoz
Az egy darabban történő 3D nyomtatás gyakran az ideális. Kiküszöböli az összeszerelési munkát, felgyorsítja a gyártást, és növelheti a szerkezeti integritást, mivel nincsenek illesztések.
De ha az objektum túl nagy még a legnagyobb géphez is, akkor darabokra kell osztania. Vessünk egy pillantást a kirakós darabok nyomtatásának legjobb módjára a tökéletes illeszkedés érdekében.
Hogyan oszthatunk fel egy modellt 3D nyomtatható darabokra
A nagyméretű 3D-nyomatok elkészítéséhez a modellt közvetlenül a CAD-szoftverben, például a Fusion360-ban vagy a SolidWorks-ben szegmentálhatja, aminek az az előnye, hogy lehetővé teszi bizonyos összeszerelési és igazítási segédeszközök tervezését, például csapok, dudorok és barázdák, ajkak, vagy lyukak és rések.
Ha egyszerűen csak azt tervezi, hogy összeragasztja a nagyméretű tárgyat, vagy csavarokat használ (amelyek csak robusztusabb anyagokhoz használhatók, mint például szénszálas nejlon), akkor a szeletelőeszközre, például a Curara bízhatja a szegmentálást. A Cura Mesh Tools segítségével a szegmentálás gyors és automatizált.
Digitális modelljének kézi szegmentálásakor kerülje a közvetlenül a részletes területeken átmenő vágásokat, és ossza szét a modellt, hogy a lehető legkevesebb támogatást igényelje. Érdemes elkerülni a szétválást a tervezés leggyengébb pontjain, nevezetesen azokon a területeken, amelyek sokkal vékonyabbak, mint a modell többi része.
A legjobb nagyformátumú 3D nyomtatók
Ha nagy formátumú 3D nyomtatót vásárol, hogy olyan alkatrészeket hozzon létre, mint például műanyag kijelzők, kellékek és feliratok, vannak nagy formátumú nyomtatószálas 3D nyomtatók, amelyek lényegében az asztali FDM nyomtatók óriási változatai, amelyeket már ismerhet. . Néhányuk mérnöki minőségű, tartós anyagokkal is képes nyomtatni.
Az alább linkelt útmutatóban, amelyet folyamatosan frissítünk a legfrissebb termékekkel, megtalálja a nagy formátumú FDM nyomtatók legjobb 12 nevét.
Ha nagyobbra szeretne menni, mint a legnagyobb FDM nyomtató (+1600 x 1200 x 1300), szüksége lesz egy robotkaros 3D nyomtatóra. Ezek olyanok, mint amilyennek hangzanak; egy robotkar, amelynek végére extruderfej van felszerelve. Sínre vagy felső portálra helyezhetők, így elméletileg a rendelkezésre álló pálya méretére nyomtathatnak. A legnagyobb 3D nyomtató Guinness-rekordjainak könyvében a Maine-i Egyetem portálra szerelt extrudálófej-szerelvénye szerepel, 30 000 x 6 700 x 3 000 mm-es hatótávolsággal. Ez a nyomtató azonban nem eladó.
A robotkaros nyomtatók másik előnye, hogy jellemzően polimerekkel nyomtatnak gazdaságosabb pelletformátumban .
A gyanta 3D nyomtatás általában nem érhető el 1000 mm-nél nagyobb méretben, kivéve néhány ritka kivételt, mint például a Kings 1700 Pro és a 3D Systems ProX 950, a rendkívül hosszú nyomtatási idő miatt. A gyanta nyomtatása általában sokkal tovább tart, mint az FDM.
A 3D betonnyomtatók nem csak a lakásépítés, hanem bármilyen típusú betonforma, bútor, építészet, sőt az ültetőgépek és a szobrászat terén is növekvő piacot jelentenek.
A nagyon nagy fémrészek 3D nyomtatása jellemzően az irányított energiájú leválasztásos 3D nyomtatási technológiák valamelyikével érhető el, mint például a huzalív adalékgyártás (WAAM). Ezek a módszerek 3D nyomtatófejeket használnak, amelyeket robotkarokra szerelnek, széles kinyúlással, és csak a kar mérete korlátozza őket. A legnagyobb fémnyomtató, amelyet a Relativity Space Stargate-nek gondolnak, egy huzallal irányított, energiával lerakódó 3D nyomtató egy robotkaron. A Stargate nem eladó.
| 3D nyomtatási technológia | A legnagyobb ismert (kereskedelemben kapható) nyomtató | Maximális nyomtatási méret (mm) |
| Gantry Extrusion | CEAD BEAD | 50,000 x 11,000 x 5,000 |
| Laser & Wire Directed Energy Deposition (DED) | ADDere System III | 40,000 x 8,000 x 2,000 |
| Robotic Arm Extrusion | CEAD Flexbot | 40,000 x 4,000 x 3,000 |
| Construction 3D printing | COBOD BOD2 Modular | 34,300 x 14,600 x 8,500 |
| Cold Spray | Titomic TKF 9000 | 9,000 x 3,000 x 1,500 |
| Binder Jetting | Voxeljet VX4000 | 4,000 x 2,000 x 1,000 |
| Fused Deposition Modeling (FDM) with Pellets | Colossus Mark II | 2,700 x 1,250 x 1,500 |
| Vat polymerization | ProtoFab Duch Group SLA2400* | 2,400 x 800 x 800 |
| Wire Arc Additive Manufacturing | WAAM3D RoboWAAM | 2,000 x 2,000 x 2,000 |
| Fused Deposition Modeling (FDM) with Filament (heated chamber) | 3ntr Sequoia | 1,200 x 1,100 x 900 |
| Fused Deposition Modeling (FDM) with Filament (no heated chamber) | Modix Big-180X | 1,800 x 600 x 600 |
| Metal Laser Powder Bed Fusion (LPBF) | E-Plus EP-M1250 | 1,258 x 1,258 x 1,350 |
| Polymer Selective Laser Sintering (SLS) | Farsoon Flight HT1001P | 1,000 x 500 x 450 |
Eredeti forrás: All3dp.com
