3d Inprimagailua

3D inprimagailua diseinu digitaletatik abiatuta objektu fisiko tridimentsionalak sortzeko gai den makina elektromekanikoa da. Fabrikazio gehigarriaren bidez funtzionatzen du; hau da, material geruzak bata bestearen gainean jarriz eraikitzen du objektua. 

Teknologia hau askotariko eremuetan erabiltzen da, besteak beste, industrian, hezkuntzan, medikuntzan, arkitekturan eta etxeko inguruneetan, prototipoak, pieza funtzionalak edo eredu esperimentalak sortzeko. Inprimaketa-prozesuan hainbat material erabil daitezke, hala nola plastikoak, erretxinak eta metalak, aukeratutako teknologiaren eta aplikazioaren arabera. Azken urteetan, 3D inprimagailuek garrantzi handia hartu dute fabrikazio modernoan, diseinu digitaletik ekoizpenera doan trantsizioa azkartzen dutelako eta pieza pertsonalizatuen ekoizpena errazten dutelako. Testuinguru horretan, teknologia hau estuki lotuta dago fabrikazio gehigarriaren, ordenagailuz lagundutako diseinuaren eta automatizazio industrialaren garapenarekin.

 Historia 
3D inprimagailuen ideia eta teknologia 1980ko hamarkadaren hasieran sortu zen, gehigarri bidezko fabrikazioa (additive manufacturing) kontzeptu gisa. Hasieran, inprimagailuak industria handietarako soilik ziren, prototipoak azkar sortzeko eta diseinuak testatzeko.

1984 – SLA (Stereolithography) sortzea: Chuck Hull ingeniariak SLA teknologia asmatu zuen, argi ultramore batek erresina fotosentikorrak solidotzen ditu geruza-geruzaka. SLA izan zen lehen 3D inprimagailu komertzializatua, eta 3D inprimaketaren hastapenak markatu zituen.

1988 – FDM (Fused Deposition Modeling) aurkezpena: Scott Crump-ek FDM asmatu zuen, plastikozko filamentua berotuz eta geruza-geruzaka jarriz. FDM gaur egun ohikoenetakoa da hobby, prototipo eta pieza funtzional txikietan.

1990eko hamarkada – Teknologia berriak: SLA eta FDM teknologia industrialetan zabaltzen hasi ziren, eta DLP, MSLA eta Binder Jetting bezalako metodo berriak garatzen hasi ziren. Horrela, zehaztasun handiagoa eta material aukera gehiago lortu ziren.

2000ko hamarkada –  3D inprimagailuen prezioak jaitsi ziren eta MakerBot bezalako enpresek etxerako 3D inprimagailuak merkaturatu zituzten. Honek aukera eman zuen ikasle eta diseinatzaile independenteek teknologiara sartzeko.

2010tik aurrera bioinprimaketa sortu zen, zelula biziezko ehunak eta organoak sortzeko. Eraikuntza 3D teknologia garatu zen hormigoi eta konposatu industrialak erabiliz etxeak eta egitura handiak eraikitzeko. Orain, 3D inprimaketa industria, medikuntza eta eraikuntzan presente dago, eta etorkizuneko teknologiak garatzen ari dira: multi-materialak, organo artifizialak eta inteligentzia artifiziala integratzea.

 Motak 

  Materialaren solidotze moduaren arabera 
 FDM / FFF (Fused Deposition Modeling / Fused Filament Fabrication): plastiko filamentua berotzen da hotend-aren bidez, eta geruzaka eraikuntza plataforman botatzen dute. Geruzak elkarren gainean solidotzen dira, piezaren forma osatuz. Teknologia hau oso ohikoa da hobby, prototipo eta pieza funtzional txikiak egiteko. Material ohikoak PLA, ABS edo PETG dira. Abantaila nagusiak dira prezio merkeak eta erabilera erraza; desabantaila nagusia, geruza lodieraren eta beroaren araberakoa den azalera testuratuagoa izan daitekeela da.

 SLA (Stereolithography): erretxina erabiltzen da, UV argi batek materiala geruza mehetan solidotuz pieza osatzeko. Zehaztasun oso altua eta gainazal leuna ematen du, eta bereziki egokia da medikuntzan eta eredu arkitektoniko edo prototipo oso zehatzak egiteko. Desabantaila nagusia da erretxina prezio handiagoa izatea eta post-prozesamendua (garbiketa eta sendotzea) behar izatea.

 DLP (Digital Light Processing): SLA-ren antzekoa da, baina pantaila digital bat erabiltzen du argi UVa proiektatzeko. Horrek esan nahi du geruzak aldi berean solidotzen direla, SLA baino azkarragoa izanik. Zehaztasuna oso ona da, eta pieza handietan zehaztasun altua lortzen du. Prezioan eta erabileran, SLArekin parekatua da, baina zenbait kasutan azkarragoa eta eraginkorragoa da.

 MSLA / LCD (Masked Stereolithography / Liquid Crystal Display): LCD inprimagailuek LCD pantaila bat erabiltzen dute argi UVa maskaratuz, geruza bakarrean erresina solidotzeko. SLA/DLP-ren antzekoa da emaitzan, baina prezio merkeagoa eta azkarra da, teknologia hau hobby eta prototipo txikietarako aproposa bihurtuz. Zehaztasuna altua da, eta gainazal leuna lortzen da.

Binder Jetting: hauts materiala (metal, are edo zeramika) geruzaka botatzen da, eta gero aglutinatzaile bat injektatzen da geruzak elkartzeko. Ez da beti materiala urtzen, horregatik pieza konplexuak eta handiak egiteko egokia da. Industrian erabiltzen da, kate-produkzioetan eta prototipo handiak egiteko . Abantaila nagusiak dira tamaina handiak eta geometria konplexuak lortzea; desabantaila, post-prozesamendua behar izatea eta sendotze-prozesu gehigarriak behar izatea da.

 Bioinprimagailuak: zelula biziak eta hidrogelak dituzten biotintak erabiltzen dira. Inprimagailuak biotinta geruza-geruzaka jartzen du, zelulak eta material biologikoak nahi den egitura osatzeko. Teknologia honek medikuntza erregeneratiboa, farmazia-ikerketak eta gaixotasunen modelizazioa iraultzen ditu, trasplanteetarako ehunak sortzeko, botikak modu eraginkorragoan probatzeko eta terapia pertsonalizatuak garatzeko aukera emanez.

 3D eraikuntza: hormigoi berezi, mortero edo material industriala botatzen da zuzenean geruzaka, hormak edo etxeak eraikitzeko. Geruzak lodiak dira, baina printzipioa bera da: materiala gehikuntza bidez jartzea piezaren forma osatzeko. Piezak eskala handian sortzen dira.

 FFF motak mugimendu-sistemaren / Zinematikaren arabera 
FDM edo FFF inprimagailuak, estrusio-makina eta inprimaketa-ohearen edo plataformaren mugimenduaren arabera sailkatzen dira. Sistema bakoitzak bere zinematika du, nola mugitzen den inprimaketa-burua eta ohea geruzaz geruza objektua eraikitzeko, eta horrek eragiten du abiaduran, zehaztasunean eta fabrikazio gaitasunean.

 Kartesiarra: mugimendu lineal eta independenteak erabiltzen dituzte X, Y eta Z ardatzetan. Normalean, inprimaketa-burua X eta Y ardatzetan mugitzen da, eta eraikuntza-plataforma Z ardatzean, nahiz eta beste konfigurazio batzuk ere existitu. Sistema honen abantaila nagusiak sinpletasun mekanikoa eta kontrol erraza dira, horregatik oso ohikoa da etxeko eta hezkuntzako inprimagailuetan. Hala ere, masa mugikor handiak direnez, abiadura eta azelerazioa mugatuak izan daitezke.

 Delta: hiru beso artikulatu erabiltzen dituzte inprimaketa-buruaren posizioa kontrolatzeko. Zinematika honek masa mugikor oso txikia du, eta horri esker abiadura handiak lor daitezke. Hala ere, inprimagailu hauek normalean egitura irekia izaten dute, eta inprimaketa-eremua forma zilindrikoa izaten da. Mugimenduaren kalkulua konplexua denez, zehaztasuna txikiagoa izan daiteke lan-eremuaren ertzetan.

 CoreXY: oso azkarrak izaten dira, motor nagusiak egituran finko mantentzen direlako eta, horri esker, masa mugikorra txikiagoa delako. Bi motorrek batera kontrolatzen dute inprimaketa-buruaren mugimendua X eta Y ardatzetan, zehaztasun eta azelerazio handiagoak ahalbidetuz. Gainera, askotan egitura itxia dute, inprimaketa-eremuan tenperatura egonkorra mantentzeko. Horrek material teknikoekin lan egitean deformazioak murrizten ditu eta inprimaketaren kalitatea hobetzen du.

 SCARA: beso artikulatuak erabiltzen ditu, hainbat askatasun-gradu dituztenak, inprimaketa-burua mugitzeko. Horri esker, ibilbide konplexuak eta eskala handiko lanak egin daitezke. Horregatik, zinematika hau batez ere industria aplikazioetan eta 3D eraikuntza erabiltzen da. Alde negatibo gisa, kostu handiagoa eta kontrol-sistema aurreratuak behar ditu.

 Polarra: mugimendu birakariak eta linealak konbinatzen dituzte inprimaketa-buruaren posizioa kontrolatzeko. Normalean, plataforma biratzen da ardatz baten inguruan, eta inprimaketa-burua mugimendu erradiala eta bertikala egiten du. Sistema honek osagai mekaniko batzuk sinplifika ditzake eta batzuetan mekanika arinagoa eskaintzen du. Hala ere, ez da oso ohikoa, zaila delako inprimaketa-eremu osoan zehaztasun konstantea mantentzea eta software kontrola konplexua delako.
 Zinta garraiatzailea: edo etengabeko 3D inprimagailuak, ohe finkoaren ordez banda garraiatzailea etengabea erabiltzen dute. Bandak objektua etengabe inprimagailutik urruntzen du, luzera mugagabea duten piezak edo objektu anitz etengabe sortzea ahalbidetuz. Inprimaketa 45°-ko angeluarekin egiten dute, gehienetan Y ardatzaren norabidean.
 Ardatz anitzekoa: 5 edo 6 ardatz erabiltzen dituzte, mugimendu linealak eta birakariak konbinatuz. Sistema hauek aukera ematen dute inprimaketa-burua edo pieza orientatzeko prozesuan zehar, euskarri-beharra murriztuz eta geometria oso konplexuak fabrikatzea ahalbidetuz. Konplexutasun tekniko handia dutenez, ikerketan, bioinprimaketan eta industria aurreratuan erabiltzen dira nagusiki.

 Erreferentziak 

 Ikus, gainera 

 3D modelaketa
 CAD
 Adimen artifiziala
 Arkitektura
 Medikuntza
 Industria
 Robotika
 Software
 Industria 4.0