A nagyméretű 3D-nyomtatás számos technológiát és anyagot foglal magában, és számos területen alkalmazzák. Valójában a "nagy" meghatározása relatív, és nincs rögzített szabvány. Általánosságban elmondható, hogy a házak, a csónakok és a nagy bútorok mind nagy tárgyak. A nagyméretű 3D nyomtatás fokozatosan általánossá vált a piacon, ahogy a gyártók, művészek és vállalkozások a 3D nyomtatást választják nagyszabású termékigényeik kielégítésére. A fejlesztők lépésről lépésre áttörik a 3D nyomtatók méretét, áttörik a technikai határokat, és egyre nagyobb termékeket nyomtatnak. Tehát melyek a nagyméretű 3D nyomtatás alkalmazási területei? Mi a helyzet a nagy 3D nyomtatókkal?
A termék mérete gyakran technológiától és anyagoktól függ, és meg kell találni az egyensúlyt a pontosság és a méret között, ami a megfelelő 3D nyomtató kiválasztását kulcsfontosságú tényezővé teszi a sikerhez. A szoftverek a nagyméretű termékek létrehozásában is fontos szerepet töltenek be, mivel a nagyméretű tárgyak nyomtatásának legjobb módja gyakran az, ha darabokra nyomtatjuk és összeállítjuk őket. A nagyméretű 3D nyomtatott termékek közé tartoznak, de nem kizárólagosan, a következő termékek:
● Kijelzők, kellékek és jelzések
● Házak és építészeti elemek
●Ipari és fém alkatrészek
● Bútorok és járművek
△ A hollandiai Naturalis Biodiverzitási Központnak saját 3D nyomtató laboratóriuma van, és két Builder Extreme 1500 Pro 3D nyomtatót használt a Tyrannosaurus rex másolatának elkészítéséhez.
●A dinoszauruszmúzeum Tyrannosaurus rex nélkül biztosan nem igazi múzeum! Egy tényleges T. rex kövület 3D-s szkennelése alapján a Japan Dinosaur Museum 3D kinyomtatta a 12-méter hosszú, 5- méter magas replikát két nagyméretű Builder Extreme segítségével. 3D nyomtatók PLA műanyag filamenttel.
●A múzeumi kurátorok, filmdíszlet- és kelléktervezők, vidámparkok, konferencia- és világkiállítás-gyártók stb. szintén nagy formátumú 3D nyomtatókat választanak a gyártás felgyorsítása érdekében. A gyorsaság és költségelőnyök mellett a számítógéppel segített tervező (CAD) szoftver is szerepet játszik. Nagy hatás, nincs szükség többé mesterséges szobrokra vagy másodlagos alkotásokra. Ezenkívül az anyagok széles választéka áll rendelkezésre az ultrakönnyű habszivacstól a rendkívül tartós szénszálas nejlonig.
△ A művész gipszet borít Michelangelo Dávidjának 17-láb magas 3D-nyomtatott másolatára, amelyet a 2020-as Dubai Expo kiállításra készítettek újra.
●Ezt a 17-láb magas, 3D-nyomtatott Michelangelo Dávidot a 2020-as Dubai Expo kiállításon mutatták be a firenzei turizmus népszerűsítése céljából. Lehetetlen, hogy egy kellően nagy polimer 3D nyomtató egyetlen replikát készítsen rendkívül finom részletekben, ezért azt 14 nyomtatható részre osztották, majd kézzel szerelték össze, a márványozott külsejét pedig kézzel festették. A 3D-s nyomtatott David belsejében egy rácsos hálószerkezet található, amely segít megőrizni a súlyát mindössze 550 kg-on, ugyanakkor megvan a megfelelő csomagoláshoz és szállításhoz szükséges erő.
△ A német Styles Werbetechnik Tractus3D nagyméretű FDM nyomtatókat használ a megvilágított feliratok gyorsabb előállítására, mint a hagyományos módszerek
●A Styles Werbetechnik német cégtábla-gyártó cég a nagyszabású 3D nyomtatási technológiát választotta kültéri táblák gyártásához. A vállalat nemcsak a gyártást akarta felgyorsítani, hanem házon belüli levélkészítést is akart végezni, nem pedig a tengerentúli gyártók szabványos levélterveire hagyatkozni. A cég szerint a polimer FDM nyomtatás korlátlan tervezési lehetőséget kínál a kontúros betűk gyártásához. Például a megvilágított jelzések betűmélysége a hagyományos módszerekkel legalább 60 mm-re van korlátozva, de 3D nyomtatásban 30 mm-re csökkenthető. Esténként és hétvégén is működhetnek, felgyorsítva a gyártási időt, mivel a 3D nyomtatókra nincs szükség a folyamat során.
△ A Smithsonian Múzeum 3D-ben nyomtatott 120 életnagyságú szobrot női vezetőkről a STEM területen
2022-ben a Washington DC-ben található Smithsonian Intézet kiállítást nyitott a női tudósok tiszteletére, köztük 120 életnagyságú 3D-nyomtatott szobrot. Az "IfThenSheCan – The Exhibit" néven ez a valaha volt legnagyobb női szoborgyűjtemény, amelyek mindegyikét FDM technológiával nyomtatták.
házak és építészeti elemek
Ha nagyszabású 3D nyomtatási projektekről van szó, természetesen a lakásprojektek nélkülözhetetlenek. Míg kevés épületet nyomtatnak kizárólag 3D-vel (gyakran olyan szerkezeti támasztékot igényelnek vagy építenek be, mint például acél megerősítés vagy hagyományos faszerkezetek), a 3D nyomtatás gyorsasága, munkaerő-megtakarítása és szerkezeti tartóssága miatt hasznos lehet. Otthonra és szállodára. A globális építőipari 3D-nyomtatási piac várhatóan közel 20 százalékkal fog növekedni a következő öt évben.
●Az alábbi képen látható kétszintes épületet a Hannah and Cive építészeti tervező és mérnöki társaságok, valamint a Peri 3D Construction közösen fejezték be, amelyek 3D nyomtatókat biztosítottak. A 4,000-négyzetméteres házat eladták egy névtelen licitálónak, és összesen két évig tart. A Peri Cobod Bod2 portálnyomtatóját, a 3D nyomtatási architektúra vezető nyomtatóját speciális betonkeverékek extrudálására használják lépcsőházak és egyéb funkcionális szerkezetek létrehozására, és összesen 330 órát nyomtattak ezzel a projekttel.
kép
△ Houstonban található az Egyesült Államok első teljesen 3D-nyomtatott kétszintes háza
●Az épületek építésén kívül a 3D nyomtatókat széles körben használják építészeti elemekhez, beleértve a homlokzatokat és a restauráláshoz szükséges történelmi elemeket, valamint a belsőépítészethez, beleértve a falakat, a kijelzőket és a térelválasztókat. Vannak még 3D nyomtatott padlók, 3D nyomtatott hidak és 3D nyomtatott mesterséges korallzátonyok is. A betonszerű anyagok nem az egyetlen lehetőség az építőiparban, a polimerek is szerepet játszanak. A Branch Technology a nagyméretű 3D-nyomtatásra specializálódott, robot-polimer extruderek segítségével, és a szobroktól az űrbeli élőhelyekig mindent létrehoz. A BranchClad nevű innovatív épületpanel-rendszere új lehetőségeket nyit az épületek homlokzataiban. Csak nézze meg a Hold felszínét, amely az Egyesült Államok Űr- és Rakétaközpont új űrtáborának működési oldalán található (lent). A Hold digitális szkennelésével készült homlokzatok elképesztő hűséget mutatnak a Hold felszínéhez. A holdmintázat pozitív formáját 3D-ben nyomtatták, majd stukkó anyaggal lefestették.
kép
△ A Branch Technology új, 3D-s nyomtatott holdfalát telepítették az Egyesült Államok Űr- és Rakétaközpont új űrtáborának oldalára.
Ipari és fém alkatrészek
kép
△ A Relativity Space Stargate fém 3D nyomtatója
● A Rakétagyártó Relativity Space azt állítja, hogy a Terran 1 3D-s nyomtatott rakétája a valaha volt legnagyobb 3D-s nyomtatott szerkezet, 35,2 méter magas és 2,3 méter átmérőjű. A cég következő generációs rakétája, a Terran R ugyanilyen nagy. Mindkettőt 3D-ben nyomtatják szabadalmaztatott fémre a cég Stargate 3D nyomtatójával, robotizált irányított energialerakódási technológiával. A Relativity Space szerint a rakéta azon képessége, hogy ellenáll a kilövés okozta stressznek, óriási győzelem volt, bizonyítva a fém 3D nyomtatási módszerének szerkezeti integritását.
kép
△ Maxima holland királynő hivatalosan is megnyitotta az MX3D fém 3D nyomtatási hidat.
●A Joris Laarman laboratóriuma által az amszterdami csatornán átívelő fémhidat az MX3D nyomtatta ki a robotív-adalékos 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 generatív tervezési és topológiaoptimalizálási technikákkal kifejlesztett szerkezet rendkívül könnyű. Az MX3D híd a fém 3D nyomtatás művészetben és szobrászatban való alkalmazását is bemutatja.
●Az alábbiakban egy másik MX3D-nyomtatási munka látható, amelyet Mariagrazia Abbaldo és Paolo Albertelli művészek telepítettek Torinóban, Olaszország királyi kertjében. A "The Whale Passage" névre keresztelt 880 kg-os szobor a földről elhaladó bálna uszonyait mutatja be. A projekt során készült összes modell 3D-s nyomtatást kapott.
kép
△ A "Whale Pass"-t Mariagrazia Abbaldo és Paolo Albertelli tervezte, a 3D-s nyomtatást pedig az MX3D
●A nagyméretű fém 3D-nyomtatás számos iparágban használható, a tengerészeti, olaj- és gázipari, valamint nehéz építőipari berendezéseket gyártó vállalatok gyorsabban, gyakran a helyszínen tudnak nagy alkatrészeket előállítani. Például az alábbi tengeri légcsavart WAAM technológiával 3D-ben nyomtatták, hogy hálóhoz közeli formát hozzon létre, amelyet azután szigorúbb tűréshatárig dolgoztak meg. Ebben az esetben a WAAM helyettesíti a kovácsolást, és a szükséges helyhez közelebb, kevesebb nyersanyag felhasználásával végezhető.
kép
△ Ez a tengeri légcsavar az egyik első példa a WAAM technológia ipari alkalmazására
●A fém 3D nyomtatása csökkentheti az alkatrészek súlyát is, mert a 3D nyomtatás olyan formákat tud előállítani, amelyeket kovácsolással vagy öntéssel nem lehet elérni. A repülőgép futómű-része (lent), 455 x 295 x 805 mm méretű, a világ első lézerporágy-fúziós 3D nyomtatott alkatrésze a nyomtatógyártó SLM Solutions szerint. Az alkatrész nemcsak 15 százalékkal könnyebb a hagyományos kovácsolt alkatrészeknél, de a technológia csökkenti az átfutási időt is. Mivel az alkatrész egy olyan rendszer része, amely a terhelést a kerekekről a repülőgép szerkezetére továbbítja, a szilárdság érdekében titánból készül. Az anyagválasztás erős mechanikai tulajdonságokat ad az alkatrésznek, miközben korrózióálló, bevonat nélkül, négylézeres SLM 800 3D nyomtatóval nyomtatva. "Az additív gyártás időt takarít meg a minősítési és tanúsítási szakaszban azáltal, hogy gyorsan szállítjuk az alkatrészeket tesztelésre. Néhány napon belül el tudjuk készíteni a fő alkatrészeket, a kovácsolási folyamat több hónapig tart."
kép
△ 3D nyomtatott első futómű alkatrészek magánrepülőgépekhez
A fém alkatrészek öntésére szolgáló nagy formák 3D nyomtatása a nagyméretű 3D nyomtatás fontos alkalmazása. Az öntendő fémipari alkatrészek esetében a formakészítés munkaigényes és időigényes. A homokos 3D nyomtatókkal a gyártók közvetlenül 3D nyomtathatnak homoköntvényeket és formákat anélkül, hogy teljes méretű modellekre lenne szükségük. A Voxlejet VX4000 a világ legnagyobb homoköntvényes 3D nyomtatója, amely kötőanyagsugaras technológiával nemcsak hatalmas formákat, hanem több ezret is készít egyetlen nyomtatási folyamat során.
kép
△ Voxlejet VX4000 nyomtatója (Forrás: Voxeljet)
bútorok és járművek
kép
△ Egy darabban, WASP 3D nyomtatóval gyártott szék.
●A belsőépítészek fokozatosan a nagy formátumú 3D nyomtatást választják, hogy összetett terveket és egyedi anyagok felhasználását valósítsák meg. A 3D nyomtatott bútorok leggyakrabban használt anyagai a polimerek, különösen az újrahasznosított műanyagok, de a beton és a fém is használható. Ez a gyerekméretű iskolai asztal Gambiában (lent) a gyakorlati igények kielégítésére szolgáló 3D nyomtatás példája. Könnyű és strapabíró, ez a kialakítás újrahasznosított műanyagból is előállítható, ezzel is megoldva a műanyaghulladék problémáját. A modellt a The Industry Sweden Magnum 3D nyomtatóján nyomtatták PETG műanyagból, amelyet általában italosüvegekben használnak.
kép
△ Prototípus asztalok a 3D nyomtatott iskolabútor-koncepció tesztelésére Gambiában, esetleg újrahasznosított műanyag felhasználásával
●Számtalan példa van a gyönyörű 3D-nyomtatott székekre és asztalokra, köztük a NYXO Visionary Design (lent) gyönyörű dohányzóasztal-kollekciója, amely Colossus XS 3D nyomtatón nyomtatott, könnyű habosított PLA-ból készült.
kép
△ A Primavera szoborasztal-sorozatot a dubai székhelyű NYXO Visionary Design építészeti és terméktervező cég tervezte, és ColorFabb PLA-val nyomtatták Colossus XS nyomtatón (Forrás: Colossus)
A Guinness-rekordok könyvébe a legnagyobb 3D nyomtatott hajóként és az eddigi legnagyobb fizikailag nyomtatott objektumként az alábbi képen látható 3D nyomtatott hajó, amely 7,72 méter hosszú. A hajót 2019-ben a Maine-i Egyetem Fejlett Szerkezetek és Kompozitok Központja nyomtatta. Műanyagból és fa cellulózból készül. A 3D nyomtatás mindössze 72 órát vett igénybe, súlya pedig 2,2 tonna.
kép
△ Teljesen 3D nyomtatott, életnagyságú csónak, amelyet a Maine-i Egyetem gyártott
●A kerékpárgyártók a 3D nyomtatási technológiát is választották a gyártási lánc hegesztési problémáinak megoldására. Az egyrészes 3D nyomtatott keret nemcsak időt takarít meg, hanem új fokú tervezési szabadságot tesz lehetővé, amelyet nem korlátoznak a szerkezeti illesztések. A kerékpárgyártó titánból, acélból és szénszálas kompozitokból készített modelleket. Az alábbi, Urwahn acélvázas e-bike-ját tömeggyártásban, fém 3D-nyomtatással gyártották, hogy egyensúlyt érjenek el a forma, a funkció, a könnyű szerkezet és az anyagok között. A speciális hátsó gumik felfüggesztik a hátsó kerekeket, és újfajta utazási kényelmet biztosítanak, míg az acélváz egyesíti a motort és az akkumulátort – állítja a cég.
kép
△ Urwahn 3D nyomtatott acélvázas elektromos kerékpárja
Tervezési tippek és szoftver nagyméretű nyomatokhoz
kép
△ A 30-lábmagas, 3D nyomtatott szobor 365 különálló 3D nyomtatott alkatrészből van összeállítva, és mindegyik alkatrész 28 órát vesz igénybe, amíg kinyomtatják 55 3D nyomtatókon
Az egyrészes 3D nyomtatás gyakran ideális, mert kiküszöböli az összeszerelési munkát, felgyorsítja a gyártást, és javítja a szerkezeti integritást, mivel nincsenek varratok vagy felületek. Ha azonban a nyomtatott objektum olyan nagy, hogy több részre kell osztania, hogyan oszthatja fel a modellt 3D nyomatokra?
●A nagyméretű 3D nyomtatás befejezéséhez a modellt közvetlenül feloszthatja a CAD szoftverben (például a Fusion360 vagy a Solid Works), aminek az az előnye, hogy lehetővé teszi néhány összeszerelési és igazítási segédlet tervezését, például szögek, dudorok és hornyok, ajkak, vagy lyukak és rések;
●Ha csak nagy tárgyakat szeretne összeragasztani, vagy csavarokat használ (csak erősebb anyagokhoz, például szénszálas nejlonhoz), akkor a hasítási műveletet egy szeletelő szerszámra, például Curára bízhatja. A szegmentálás gyors és automatizált a Cura hálóeszközeivel;
● A digitális modell kézi szegmentálásakor ne menjen át közvetlenül a részlet- vagy támogatási területeken. kerülje a szétválást a tervezés leggyengébb pontján,
Mégpedig azokra a területekre, amelyek sokkal vékonyabbak, mint a modell többi része.
Top nagyméretű 3D nyomtató
kép
△GEFERTEC Arc60x WAAM fém 3D nyomtató (Forrás: Gefertec)
Ha 3D nyomtatót szeretne használni alkatrészek, például nagyméretű műanyag alkatrészek, kellékek és táblák létrehozására, használhat nagyformátumú izzószálas 3D nyomtatókat, amelyek lényegében megegyeznek az asztali izzószálas nyomtatókkal. Egyes nyomtatók mérnöki minőségű, tartós anyagokkal is tudnak nyomtatni.
Ha nagyobbra szeretne menni, mint a legnagyobb FDM nyomtatók (plusz 1600 x 1200 x 1300), akkor szüksége lesz egy robotkaros 3D nyomtatóra, egy robotkarra, amelynek végére egy extruderfej van rögzítve. Sínekre vagy felső portálra helyezhetők, így elméletileg lehetséges a rendelkezésre álló sínek méretére nyomtatni. A legnagyobb 3D nyomtató Guinness-rekordja egy, a Maine-i Egyetemen található portálos extrudálófej-szerelvény, amely elérheti a 30,000 x 6700 x 3,000 mm-t. Ez a nyomtató azonban nem eladó. A robotkaros nyomtatók másik előnye, hogy gyakran gazdaságosabb pellet formában nyomtatnak polimerekkel
A gyanta 3D-nyomatok általában nem lehetnek nagyobbak 1,000 mm-nél, néhány kivétellel, mint például a Kings 1700 Pro és a 3D Systems ProX 950 a rendkívül hosszú nyomtatási idő miatt. A gyanta általában hosszabb ideig tart, mint az FDM.
kép
△ A közepes méretű beton 3D nyomtató kiváló a nagy formátumú művészeti alkalmazásokban
A beton 3D nyomtatók virágzó piacot jelentenek, nem csak az otthoni építkezéseknél, hanem bármilyen típusú betonzsaluzatnál, bútoroknál, építkezéseknél, sőt még cserepek és szobrok esetében is. A nagyon nagy fémrészek 3D nyomtatása gyakran irányított energiájú 3D nyomtatási technikával, például elektromos ívadalékgyártással (WAAM) érhető el. Ezek a módszerek egy robotkarra szerelt 3D nyomtatófejet használnak, amely széles hatótávolságú, és csak a kar mérete korlátozza.
