Datorer & tillbehör

Aloita 3D-tulostus

Täydellinen opas

Haluatko tutkia ideoitasi ja toteuttaa ne?

3D-tulostin on siihen täydellinen työkalu. Harrastajat tutkivat jo nyt kaikkia mahdollisia sovellusalueita autojen varaosista taaperoiden leluihin. 3D-tulostimen avulla voit parantaa tehokkuuttasi ja vapauttaa luovuutesi uudelle tasolle. Kun otetaan huomioon kaikki nykyiset käyttökohteet ja 3D-tulostinten tulevat mahdollisuudet, ei ole mikään ihme, että yleinen kiinnostus 3D-tulostukseen kasvaa koko ajan.

Jo tällä hetkellä käyttökohteita on lukemattomilla eri aloilla, ja vain harva tekninen alue on kehittynyt yhtä nopeasti kuin 3D-tulostus. Nykyään sitä käytetään arkkitehtuurissa, korujen valmistuksessa ja teollisessa suunnittelussa, mutta koska 3D-tulostus on yhä suhteellisen uusi ilmiö, täysin uusia ja tutkimattomia käyttökohteita on vielä lukemattomia. Esimerkiksi maailman ensimmäinen lihapala on tuotettu 3D-tulostamalla, mikä osoittaa 3D-tulostuksen valtavan potentiaalin ilmastojalanjäljen pienentämisessä. Koko näkemyksemme siitä, mitä "ruoka" tarkoittaa, saattaa muuttua pian. Ehkä juuri sinä keksit 3D-tulostimille aivan uuden käyttökohteen, jota kukaan ei ole tullut ajatelleeksi aiemmin.

Tässä oppaassa opastamamme sinut erilaisten 3D-tulostinten viidakon halki. Olemme koonneet oppaaseemme kaiken, mitä sinun on tiedettävä voidaksesi aloittaa. Loppu jää sinun tehtäväksesi.

Aloittelija

Oletko kiinnostunut 3D-tulostuksesta, mutta et tunne alaa lainkaan? Jos haluat tietää lisää aiheesta ja tietää, mitkä tulostimet sopivat sinulle parhaiten, tutustu näihin tulostimiin ja lisävarusteisiin.

Tuotteisiin

Luova henkilö

Oletko päässyt jo alkuun 3D-tulostuksessa, mutta haluat kokeilla uusia asioita? Monimutkaisempiin käyttötarkoituksiin saatetaan tarvita kehittyneempiä 3D-tulostimia. Tähän suosittelemme seuraavia tulostimia ja lisävarusteita.

Tuotteisiin

Työjuhta

Käytätkö 3D-tulostinta työssäsi ja tarvitset tulostimen, joka selviää suuristakin tulostustöistä? Suosittelemme seuraavia ammattikäytön 3D-tulostimia ja niiden tarvikkeita.

Tuotteisiin

No niin, miten pääsen alkuun?

Termistä "3D-tulostin" tulee usein mieleen monimutkainen ja hankala käyttö. On helppo ajatella, että ala vaatii paljon teknistä osaamista ja pitkää kokemusta. Näin ei kuitenkaan tarvitse olla. Vaadittavat tiedot riippuvat täysin tulostimen tyypistä. Tarjolla on kaikkea aina perheille, aloittelijoille ja kouluille tarkoitetuista perustulostimista, joiden käyttöön ei tarvita erikoisosaamista aina todelliseen teolliseen valmistukseen tarkoitetuista työjuhdista. Tärkeintä alkuun pääsemisessä on kiinnostus uuden luomiseen, loppu seuraa itsestään.

/

Vaihe 1

3D-mallin suunnittelu

Suunnittelu on 3D-tulostimen käytön ensimmäinen vaihe. Tämä johtuu siitä, että 3D-tulostin tarvitsee suunnittelutiedoston kohteen kolmiulotteisen geometrian koodaamiseksi. Tulostin käyttää lähtökohtana aina digitaalista piirrosta, joka on usein luotu CAD-ohjelmalla. Tämäntyyppinen ohjelmisto toimitetaan yleensä 3D-tulostimen mukana, ja joskus mukana on myös joukko valmiita piirustuksia, joiden avulla pääset heti alkuun. Valitse jokin piirustuksista, mukauta se haluamallasi tavalla ja tulosta. Se on todellakin niin helppoa. Voit aloittaa käytön myös yksinkertaisilla ja helppokäyttöisillä ilmaisohjelmilla.

Kun olet päässyt hieman pidemmälle ja haluat tutkia laajempaa aluetta, voit alkaa tuoda piirustuksia muista ohjelmista, jotta et jää kiinni mukana tulevaan ohjelmistoon. Verkosta tietysti löytää loputtoman määrän piirustuksia, jotka voi tuoda.

/

Vaihe 2

Slicer-ohjelma

Suunnittelutiedoston lataamisen jälkeen seuraava vaihe on mallin avaaminen erityisessä ohjelmistossa, jota kutsutaan myös nimellä slicer. Se käsittelee 3D-mallin ja luo siitä tiedoston, jossa on 3D-tulostimen tulostamisohjeet. Sen avulla voit hallita 3D-tulostimen asetuksia ja itse tulostusprosessia. Voit esimerkiksi määrittää haluamasi nopeuden ja tarkkuuden. Slicer-ohjelma myös optimoida tulostuspään liikkeen tulostusvaiheen aikana niin, että se luo ensimmäisen kerroksen parhaalla mahdollisella tavalla, siirtyy ylös, luo toisen kerroksen ja siirtyy jälleen ylös niin kauan, että tulostus on valmis.

Ohjelmisto laskee siis ensin ohjeet ja ohjaa sitten tulostimen toimimaan G-koodina kutsutulla kielellä. G-koodi tai G-code voi kuulostaa suomeksi monimutkaiselta, mutta sitä ei tarvitse opetella lainkaan. Mainitsemme käsitteen tässä kuvataksemme 3D-tulostimen rakennetta ja Slicer-ohjelmiston käyttämistä. Voi olla hyvä tietää, että useisiin CAD-ohjelmiin sisältyy valmis slicer-ohjelmisto, jolloin erillisiä slicer-ohjelmistoja ei tarvita.

3D-tulostinten yhteensopivuuden parantamiseksi on suositeltavaa käyttää aina tarkoitukseen suunniteltua slicer-ohjelmistoa. Slicer-ohjelmien käyttämistä helpottaa se, että ne kysyvät aina 3D-tulostimen mallia ja määrittävät sitten juuri kyseiselle tulostimelle optimoidut asetukset.

/

Vaihe 3

Tulosta kohde

Kun Slicer-ohjelma on luonut G-code-tiedoston, se on siirrettävä 3D-tulostimeen. Tulostusvaihe on yksinkertaisin, eikä sinun tarvitsee kuin painaa "tulosta". 3D-tulostin hoitaa loput. 3D-tulostimen ja tietokoneen välisestä yhteydestä riippuen tiedosto on ehkä ladattava USB-muistitikulle, joka liitetään suoraan 3D-tulostimeen. Tulos alkaa pian tulla näkyviin, kun 3D-tulostin on valmis aloittamaan tulostuksen ja lisäämään kerroksia toistensa päälle, kunnes fyysinen 3D-kohde on valmis.

Tulostustekniikka

3D-tulostimissa käytetään erilaisia tekniikoita samaan tapaan kuin perinteisissä tulostimissa, joissa tuloste tuotetaan musteen tai laserin avulla. Eri tekniikoilla on myös erilaisia etuja erilaisissa käyttötarkoituksissa. Kerromme erot enemmän jäljempänä oppaassa. Tulostimet eroavat toisistaan myös siinä, mitä materiaaleja niissä voi käyttää ja mitä tulostustekniikkaa ne käyttävät. Kuten aiemmin kirjoitimme, kaikki 3D-tulostimet perustuvat samantyyppiseen prosessiin, jossa 3D-malli tuotetaan tulostamalla materiaalikerroksia päällekkäin. Tässä käymme läpi kolme yleisintä 3D-tulostinten tekniikkaa.

  • 1. Used Filament Fabrication (FFF)
  • 2. SL/SLA
  • 3. LCD 3D

Used Filament Fabrication (FFF)

Ehdottomasti yleisin 3D-tulostusmenetelmä toimii FFF-mallin mukaan. Yleensä tarkoitetaan tätä menetelmää, kun puhutaan3D-tulostuksesta. FFF tai FDM (Fused Deposition Modelling), viittaa kohteen luomiseen käytettävään päällekkäisten kerrosten menetelmään. Se perustuu filamentin eli raaka-aineen sulattamiseen ja sitten raaka-aineen lisäämiseen kerroksittain mallin tuottamiseksi. Jäljempänä oppaassa on lisätietoja filamenttimenetelmästä. FFF-menetelmässä raaka-aine (filamentti) kulkee X-, Y- ja Z-suunnassa liikkuvan suuttimen läpi, jossa se sulatetaan. Prosessi perustuu filamentin sulattamiseen suuttimen liikkuessa. Sen jälkeen filamentti muuttuu jäähdytyksessä nestemäisestä kiinteäksi, minkä jälkeen malli päätyy tulostusalustalle.

SL/SLA -ja DLP 3D -tulostimet

SL/SLA ( Stereolithiography apparatus) tai DLP (Digital Light Processing) on eräs ensimmäisistä kaupallisesti saatavilla olevista menetelmistä. Tällä menetelmällä luodaan 3D-malleja käyttämällä lasersäteitä raaka-aineen yhdistämiseen. Lasersäteitä käytetään säiliössä olevan polymeerin tai hartsin käsittelemiseen kiinteään muotoon. Menetelmä mahdollistaa erittäin suuren tarkkuuden, ja sillä on monia etuja FFF-menetelmään verrattuna, vaikka menetelmä ei vielä olekaan FFF-tulostimien tasolla. Yleisesti ottaen voidaan sanoa, että FFF-tulostimet mahdollistavat enemmän asetuksia ja hallitumman 3D-tulostuksen kuin muut menetelmät. Kun tulostus on valmis, 3D-tuloste on puhdistettava ja kovetettava. Tämä tehdään käyttämällä erikoisvalmisteita, kun tuloste viimeistellään kovettamalla polttouunia muistuttavassa niin kutsutussa kovetuslaitteessa.

LCD-tulostin

SLA-tulostimen erottaminen DLP:stä ei ole hankalaa, mutta DLP:n ja LCD:n erottaminen toisistaan on jo vaikeampaa. LCD:tä kutsutaan joskus mSLA:ksi, joka tarkoittaa maskattua SLA:ta, ja se muistuttaa erittäin paljon DLP:tä. Näillä tekniikoilla on kuitenkin myös suuri ero. Esimerkiksi DLP vaatii DMD:n, jotta valo voidaan suunnataan kohti säiliön pohjaa. LCD-tekniikka ei kuitenkaan vaadi lisäkomponentteja UV-valon suuntaamista varten. Valo suunnataan valodiodeilla, jotka valaisevat suoraan LCD-näytön läpi. Tämä tekniikka on tehnyt 3D-tulostuksesta yleisempää, koska LCD-tulostuksen komponentit ovat hieman edullisempia kuin DLP-menetelmän.

UV LCD -tulostimella on kuitenkin sekä etuja että haittoja. Esimerkiksi UV LCD -tulostimen hinta on yleensä edullisempi kuin DLP/SL-tulostimen, mutta haittapuolena LCD-näytön käyttöikä on kuitenkin huomattavasti lyhyempi, joten tulostin vaatii enemmän huoltoa. Kun näitä tulostimia verrataan FFF-tulostimeen, voidaan sanoa, että ne ovat ainoita todellisia haastajia. 3D-tulosteita ei kuitenkaan valvota yhtä hyvin ja tulosteet on pestävä tulostuksen ja kovettamisen jälkeen. Lisäksi kotona voi olla hankalaa sekoittaa hartsi ja värit kunnolla hyvän koostumuksen aikaansaamiseksi. Jotkut väittävät, että LCD-tulostimella saa itse asiassa paremmat yksityiskohdat, ja se pitääkin paikkansa, mutta ero on niin pieni, että se on käytännössä merkityksetön muuten paitsi joissakin yksittäisissä tapauksissa, joissa yksityiskohtien tarkkuusvaatimukset ovat poikkeuksellisen suuria.

Filamentti

3D-kohteiden tulostamiseen tarvitaan raaka-ainetta, jonka avulla kohteen kiinteä muoto toteutetaan. Eri tulostimet käyttävät erilaisia materiaaleja. Esimerkiksi SLS-tulostimet käyttävät jauheita, kun taas LCD- ja SLA-tulostimet käyttävät hartsiksi kutsuttua nestemäistä polymeeriä. Yleisin on kuitenkin FFF-menetelmä, jossa käytetään filamentteja. Filamentteja käytetään siis FFM- tai FDM-tulostusmenetelmän raaka-aineena. Noin 70 % markkinoilla olevista tulostimista on juuri FFF-/FDM-tulostimia, joissa käytetään raaka-aineena filamentteja. Yleisin filamentti on maissitärkkelyksestä tai vastaavasta valmistetusta vaarattomasta muovista koostuva PLA-filamentti. Myös filamentin koko on tärkeä filamentin valintaan vaikuttava seikka. Tavallisimmat koot ovat 1,75 mm ja 2,85 mm, ja ne sopivat useimpiin markkinoilla oleviin 3D-tulostimiin.

/

Mihin erikokoisia filamentteja tarvitaan?

Karkeasti sanottuna kokojen välillä ei käytännössä ole suuria eroja, mutta on hyvä tietää, että 1,75 mm:n tulostimet ovat enemmän standardin mukaisia ja yleisempiä kuin 2,85 mm:n tulostimet. Niiden välinen ero on, että pienemmällä 1,75 mm:n ympärysmitalla saa helpommin yksityiskohtaisia tulosteita kuin 2,85 mm:n filamentilla. Lisäksi niitä on hieman helpompi löytää. 2,85 mm on jäykempi ja sopii paremmin joustaville filamenteille nimenomaan siksi, että sen poikkileikkaus on suurempi ja siten riski filamentin "taipumisesta" suuttimeen painettaessa on pienempi.

Miltä 3D-tulostinten tulevaisuus näyttää?

Vain kymmenen vuotta sitten 3D-tulostimet olivat useimmille lähes täysin tuntemattomia. Nykyään tilanne on aivan toinen, ja kiinnostus 3D-tulostimiin sekä ammattimaisesti että harrastuksena on kasvussa. Kiinnostuksen lisääntyminen nopeuttaa tekniikan kehittymistä ja käytön helpottumista. Kaikki viittaa siihen, että 3D-tulostimet yleistyvät lääkinnällisten laitteiden ja mallien tulostamisessa, mutta niitä käytetään tulevaisuudessa jopa kokonaisten talojen luomiseen. Jotkut jopa väittävät, että 3D-tulostimet ovat tulevaisuudessa joka kodista löytyvä varuste, joka muuttaa valmistajien ja kuluttajien välistä tasapainoa.

Kuvittele, että kenkäsi ovat menneet rikki, eikä sinun tarvitse mennä kauppaan tai ostaa uusia kenkiä verkosta, vaan voit tehdä kopion helposti 3D-tulostimella kotonasi. Se ei säästäisi pelkästään valtavasti rahaa, vaan se vapauttaisi myös aikaa ja vähentäisi varastojen käsittelyä, kuljetusta ja muita logistisia haasteita. Pikku vinkkinä voidaan mainita, että tätä kirjoitettaessa on 3D-tulostettu maailman ensimmäinen kajakki yhtenä kappaleena. Kukapa tietäisi, mikä seuraava suuri juttu on. Ehkä juuri sinä keksit sen, ja se avaa tietä täysin 3D-tulostuksen aivan uudelle kehitykselle.

3d-print sanakirja

3DP - 3D Printing (fyysisten kohteiden luomiseen käytetty tekniikka)

ABS – Akryylinitriilibutadieenistyreeni (kestävä filamentti, jota käytetään mm. LEGO-tuotteissa ja auton osissa)

AM – Additive Manufacturing (3D-tulostus teollisuuden valmistusyrityksille)

CAD — Computer-aided design (tietokoneavusteinen digitaalinen suunnittelu ja teknisten piirrosten luominen eri tarkoituksiin)

CAE – Computer-aided engineering (laaja tietokoneavusteinen tekniikan alan käyttöalue, jossa ohjelmisto tukee suunnittelu- ja teknologiatehtäviä)

DLP – Digital Light Processing (tekniikka, jossa kuvia luodaan projektorin lampun valoa heijastavien miljoonien pienten peilien avulla)

DMD - Direct Metal Deposition (FFF-tulostuksessa käytettävä tekniikka, jossa käytetään pieniä peilejä valon suuntaamiseksi säiliöön tai sieltä pois)

DMLS – Direct Metal Laser Sintering (nopea ja kustannustehokas menetelmä, jossa metallijauhetta yhdistetään laserin avulla sulattamalla, kerros kerrokselta)

EBM – Electron Beam Melting (innovatiivinen tekniikka, jossa käytetään elektronisädettä laserin sijaan, käytetään pääasiassa ilmailuteollisuudessa ja lääketieteessä)

FDM - Fused Deposition Modelling (Stratasysin tavaramerkki)

FFF - Freeform Fabrication (valmistustekniikka, jossa kolmiulotteisia kohteita valmistetaan kerroksittain)

PLA - Polylaktidihappo (yksinkertainen, kierrätettävä filamentti joka on valmistettu uusiutuvista luonnonvaroista, kuten maissitärkkelyksestä tai sokeriruo'osta)

RE - Reverse Engineering (tekniikka, jossa valmiin tuotteen tekniset tiedot selvitetään ja niistä laaditaan yksityiskohtaiset piirustukset)

RP - Rapid Prototyping (materiaalien, kolmiulotteisten mallien ja prototyyppien nopea valmistus CAD-ohjelmissa tehdyistä piirroksista)

RT - Rapid Tooling (erityistyökalut, jotka on kehitetty vastaamaan kysyntään nopeasti ajan ja kustannusten säästämiseksi)

SL - Stereolithography (3D-tulostusprosessi, jota käytetään prototyyppituotannossa erittäin tarkkoja ja yksityiskohtaisia osia tarvittaessa)

Modaaminen - Modifiointi eli muokkaaminen, jonka tarkoituksena on parantaa 3D-tulostinta

Warping - Ilmenee 3D-tulostuksessa materiaalin kutistumisen vuoksi, saa kulmat nousemaan ylös ja irtoamaan tulostusalustalta

Ekstruuderi - Komponentit, jotka huolehtivat liikkeistä, osista ja muovifilamentin käsittelystä

1 heinäkuuta 2022

Aihealue