3D-drukwerk

3D-drukwerk, of toevoegende vervaardiging, is die konstruksie van 'n driedimensionele voorwerp vanaf 'n rekenaarmodel of 'n digitale 3D-model. Daar is 'n verskeidenheid prosesse wat gebruik word waarin materiaal onder rekenaarbeheer neergelê, saamgevoeg of gestol word, gewoonlik laag vir laag. Daar is ook 'n groot keuse van materiale wat gebruik kan word, veral plastieke en metale, en kom in die vorm van filament, vloeistowwe of poeierkorrels.duimnael|'n Multi-materiaal "3DBenchy" gedrukte model wat gebruik word om te toets of 'n drukker reg ingestel is. Hierdie is een van die eerste modelle wat 'n nuweling gewoonlik druk.In die tagtiger jare is 3D-druktegnieke net gebruik vir die produksie van funksionele of estetiese prototipes, en daar is meestal na verwys as vinnige prototipe produksie (snel prototipering) (Rapid prototyping). Die presisie, herhaalbaarheid en beskikbare materiale van 3D-drukwerk neem vinnig toe, en teen 2025 word sekere 3D-drukprosesse as 'n realistiese opsies vir grootskaalse produksie van onderdele en gebruiksartikels beskou. In hierdie konteks kan die term toevoegende vervaardiging sinoniem met 3D-drukwerk gebruik word. Een van die belangrikste voordele van 3D-drukwerk is die vermoë om baie komplekse en geometriese vorms te maak, wat andersins onmoontlik sou wees om met die hand te konstrueer, insluitend vorms met hol dele binne, of dele met interne versterking of stutte om gewig te verminder en minder materiaal te mors. Die mees algemene 3D-drukproses in 2025 is gesmelte neersettingsmodellering (Fused deposition modeling, FDM), wat 'n plastiek filament, of draad, gebruik, wat in die drukkerkop ingevoer word, gesmelt word en dan op die model neergelê word.

 Terminologie 
Die sambreelterm toevoeggende vervaardiging (additive manufacturing (AM)) het in die 2000's gewild geword, omdat materiaal tot 'n model toegevoeg word om dit op te bou. Die term subtraktiewe vervaardiging is daarna as 'n retroniem geskep om na die groot versameling bestaande masjineringsprosesse te verwys wat materiaal verwyder en nie byvoeg nie. Die term 3D-drukwerk het in die meeste gevalle na polimeertegnologie verwys, en die term toevoeggende vervaardiging was meer geneig om na metaalversmelting en die maak van bruikbare onderdele te verwys.

 Geskiedenis 
alt=Toetsmodelle met kalibreringsfoute.|duimnael|Toetsmodelle met kalibreringsfoute.
Die algemene konsep en 'n akkurate beskrywing van die prosedure van 3D-drukwerk is die eerste keer deur Murray Leinster in sy 1945-kortverhaal "Things Pass By" beskryf: 

 "Maar hierdie konstruktor is beide doeltreffend en veelsydig. Ek voer magnetroniese plastiek - die goed waarvan hulle deesdae huise en skepe maak - in hierdie bewegende arm in. Dit maak tekeninge in die lug na aanleiding van tekeninge wat dit met fotoselle skandeer. Maar plastiek kom uit die einde van die tekenarm en verhard soos dit kom ... slegs na aanleiding van tekeninge" 

In 1971 het Johannes F Gottwald die Liquid Metal Recorder, Amerikaanse patent No. 3596285A,  gepatenteer. Dit is 'n deurlopende metaal-toevoegingstoestel, wat bietjie soos 'n inkjet drukker werk, om 'n metaalfiguur op 'n herbruikbare oppervlak vorm. Dit blyk die eerste patent te wees wat 3D-drukwerk met vinnige prototipering en die produksie van patrone op aanvraag beskryf.

Gedurende die 1980's en 90's was die ontwikkeling sistematies en volgehoue, maar die vordering was in inkremente. Om 'n 3D-drukker in die 1980's te besit, het meer as $300,000 ($650,000 in 2016-dollar) gekos, maar die resultaat sou nie noodwendig van hoë kwaliteit wees nie. Teen 1995 het die Fraunhofer-vereniging die selektiewe lasersmeltproses ontwikkel.

In die vroeë 2000's is 3D-drukkers steeds slegs meestal vir ontwikkeling en navorsing gebruik, omdat dit nog te duur was vir gewone verbruikers. In hierdie tyd het industriële gebruik beduidend toegeneem, veral in argitektuur en die mediese sektor. Hierdie modelle het nog 'n lae akkuraatheid gehad en is meestal vir toetse gebruik, eerder as vir die produksie van eindprodukte.

In 2005 het entoesiaste begin om 3D-drukkers te ontwerp en planne daarvoor te versprei. Ongeveer 70% van die onderdele vir hierdie 3D-drukkers kon deur 3D-drukkers gedruk word, so jy kon 'n drukker met 'n drukker bou. Dit is oorspronklike in 2004 deur Adrian Bowyer aan die Universiteit van Bath ontwerp en die projek is RepRap (Replicating Rapid-prototyper) genoem.

'n Ander projek, Fab@Home, is in 2006 deur Evan Malone en Hod Lipson begin, met die doel om 'n laekoste, oopbron vervaardigingstelsel daar te stel wat 'n gebruikersgemeenskap kon ontwikkel en deel.

Meeste van die sagteware vir 3D-drukwerk wat in hierdie tyd vir die publiek beskikbaar was, was oopbron, en kon dus vinnig versprei en verbeter word. In 2009 het die Fused Deposition Modeling (FDM) drukprosespatente verval. Dit het die deur oopgemaak vir 'n nuwe golf van nuutgestigte maatskappye, wat FDM 3D-drukkers meer toeganklik vir die algemene publiek gemaak het.

Teen 2020 het die gehalte van 3D-drukkers baie verbeter en laer pryse het dit algemeen toeganklik gemaak. In 2020 kan eenvoudige drukkers van goeie gehalte vir minder as US$200 gekry word. Hierdie meer bekostigbare drukkers is gewoonlik gefuseerde deposisiemodellering (FDM) drukkers. 

duimnael|Skematiese voorstelling van stereolitografie, 'n ultraviolet-verhardende akrielhars proses, soos ontwerp deur Charles Hull. 'n Liguitstralende toestel a) (laser of Digitale Lig Prossesering) skyn 'n ligstraal op die deursigtige bodem c) van 'n tenk b) gevul met 'n vloeibare fotopolimerende hars; die hele model van gestolde hars d) word stelselmatig gelig deur 'n basis e)

 Voordele van 3D-drukwerk 
Toevoeggende vervaardiging en 3D-drukwerk het vinnig belangrik geword in ontwerp en ingenieurswese. Dit gee ontwerpsvryheid en maak prosesse moontlik wat voorheen onmoontlik was. Voordele sluit in die vinnige maak van prototipes, die verlaging van koste, vinnige implimentering van aanpassings aan produkte en verbeterde gehalte van die finale ontwerp.P. Sivasankaran and B. Radjaram, "3D Printing and Its Importance in Engineering - A Review", 2020 International Conference on System, Computation, Automation and Networking (ICSCAN), Pondicherry, India, 2020, pp. 1-3, .

Deesdae kan 3D-vervaardiging komplekse vorms met hoë presisie en akkuraatheid produseer.F. Auricchio, "The magic world of 3D printing", 2017 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications (IMWS-AMP), Pavia, Italy, 2017, pp. 1-1, . Dit is veral relevant met die maak van sekere vliegtuigkomponente en Formule Een onderdele, waar komponente met unieke eienskappe produseer word wat andersins onmoontlik sou wees. Toevoeggende vervaardiging vermors minder materiaal omdat materiaal slegs bygevoeg word waar nodig, anders as tradisionele subtraktiewe metodes wat met 'n groot blok begin en oortollige materiaal wegsny. Dit verminder beide materiaalkoste en omgewingsimpak. 

Die oppervlakafwerking van 'n 3D-gedrukte onderdeel kan ondermeer verbeter word deur dit af te skuur met sandpapier. Met sommige tipes plastiek, soos akrilonitrielbutadieenstireen (ABS), kan die oppervlak glad gemaak  word deur dampprosesse met asetoon of soortgelyke oplosmiddels, of om die model daarmee af te vee. 

Tradisioneel het 3D-drukwerk gefokus op polimere vir drukwerk, as gevolg van die gemak van vervaardiging en hantering van polimeriese materiale. Metodes het egter vinnig ontwikkel om ook metale, voedsel soos sjokolade,  en keramiek,  te druk. Meeste prosesse is laag-vir-laag vervaardiging. Charles Hull het 'n patent in 1984 ingedien vir 'n UV-verhardende akrielhars proses.

Sommige plastieke wat algemeen in kleinskaalse drukkers gebruik word, sluit in:

 ABS (akrilonitrielbutadieenstireen)
 ASA
 PVA (Polivinielakriel) Wateroplosbaar
 BVOH
 Nylon
 Koolstof-gevulde nylon
 PLA
 PLX
 PETG

 Multi-materiaal 3D-drukwerk 
'n Nadeel van baie bestaande 3D-druktegnieke is dat slegs een materiaal op 'n slag gedruk kan word, wat baie beperkend kan wees. Multi-materiaal 3D-drukwerk probeer hierdie probleem oplos deur verskeie materiale met 'n enkele drukker te druk. 

Prosesse sluit in:

 Vat-fotopolimerisasie
 Materiaalneersetting
 Bindmiddelspuiting
 Poeierbed-fusie
 Materiaal-ekstrusie
 Gerigte energie-afsetting (Laser)
 Laminering van gevormde velle

 Sien ook 
 Klein-bottel
 Rekenaargesteunde ontwerp 

 Verwysings 

Kategorie:Industriële prosesse