Делаем 3D-печать популярной

Тэги


Аддитивная технология: воксельный метод 3D-печати

14th May 2013

Maltesh-Article-1-Feature-Image

Статья Малтеша Сомасекараппа (MALTESH SOMASEKHARAPPA)

В качестве введения скажу, что я страстно люблю 3D-печать и аддитивную технологию, как в личном, так и в профессиональном плане. Я занимаю должность руководителя стратегии деятельности предприятия Wipro Infrastructure Engineering, находящегося в Бангалоре, Индия. В ближайшие несколько недель и месяцев здесь, на 3DPI, я собираюсь поделиться с вами некоторыми из моих представлений касательно этих интересных технологий, с точки зрения их промышленного применения.

Maltesh-Article-1-Image-1

В моей первой статье я хочу поделиться некоторыми мыслями о новом воксельном методе 3D-печати (в отличие от FDM, SLM, SL или даже Ls). Воксельная 3D-печать до сих пор находится на ранней стадии своего развития, однако таит в себе огромные перспективы в плане увеличения скорости печати, в частности для печати скульптур из металлов, где, как известно, скорость печати очень медленная – всего нескольких кубических сантиметров в час. Исходя из своего собственного опыта, я могу прогнозировать, что для увеличения скорости воксельная 3D-печать станет центральным процессом, который будет использоваться для гибридных методов 3D-печати. Например, в случае со сложными конструкциями и внутренней решетчатой структурой, последнюю было бы в идеале печатать воксельным методом – это существенно сократит время 3D-печати (с нескольких часов до нескольких минут), в то время как края с высоким разрешением можно распечатывать с использованием процесса лазерного плавления

Впрочем, давайте начнем с самого начала, с определения: воксел – это трехмерный пиксель, или элемент объемного изображения. Поскольку для воксела не существует определенного размера или формы, любой однотипный объект, который многократно повторяется в структуре большего объекта, может быть классифицирован как воксел.

В качестве основного примера, представьте себе блоки конструктора Lego. Это и есть простейшие модели «вокселов», которые используются в повседневной жизни. Они имеют определенную форму и размер, и, укладываясь друг на друга и/или рядом друг с другом они, в конечном счете, образуют новую форму. Воксел может иметь форму квадрата, прямоугольника, алмаза, сферы, куба, треугольника, октаэдра, а также любую другую форму, при условии, что соблюдается основное правило повторяемости.

На самом деле, любой предмет в основном построен из вокселей, если его рассматривать с точки зрения отдельных, регулярно повторяющихся областей. Цифровое создание воксельной модели аналогично принципу создания цифрового байта, имеющего двоичную систему исчисления – 0 или 1. Подобно ей, существование каждого воксела в физическом теле должно определяться как его присутствие или отсутствие.

Maltesh-Article-1-Image-2

Вокселы имеют некоторые характерные преимущества:

  1. Возьмем простой случай с детским конструктором LEGO. Точность ручной сборки составляет примерно 1 мм. Однако в результате, мы получаем структуру, которая имеет точность до 5 нанометров. Окончательным же результатом является объект более точный, чем оригинальный объект, созданный изготовителем.

  2. Автонастройка является вторым его преимуществом. Благодаря своей геометрической структуре вокселы будут подвергаться самовыравниванию до тех пор, пока они не установятся в правильном направлении и на определенном расстоянии от своего конечного положения. Таким образом, точность заключительного объекта зависит только от допустимой погрешности вокселов.

  3. Цифровые детали идеально повторяются абсолютно без потери 3D-информации при всех последующих репликациях – это делает процесс проектирования намного проще. Кроме того, при масштабировании размеры вокселов изменяются пропорционально, что обеспечивает соответствие в дизайне. Это также помогает свести к минимуму погрешности. Например, если готовая деталь состоит из большого количества вокселов, то по мере того, как взаимно компенсируются случайные погрешности отдельных вокселов, как правило, повышается и общая точность детали.

  4. Вокселы могут быть предварительно изготовлены в различных размерах, что дает возможность точно размещать их в процессе 3D-печати согласно принципу двоичности (присутствие/отсутствие). Это позволяет выделить еще одно преимущество – возможность применения в 3D-печати нескольких материалов. Таким образом,

можно утверждать, что поток вокселей таков, что комбинация материалов вряд ли возможна, поскольку высокая температура плавления металлов и низкая температура плавления полимеров – первоначальные технологические свойства материалов – являются взаимно несовместимыми.

  1. И, наконец, наряду с возможностью использовать несколько материалов, можно внедрить и смарт-вокселы. Посредством изготовления деталей для последующей сборки, в вокселы также можно предварительно загружать такие простые активные компоненты, как транзисторы, фотоэлектрические элементы, микроклапаны и другие датчики и пусковые устройства, тем самым открывая путь для изготовление сложных, функциональных интегрированных систем.

Однако, как и в каждом производственном процессе, вокселы имеют также и характерные недостатки:

  1. Конечное разрешение приводит к потере общности формы, которая может быть изготовлена. Пока еще не представляется возможным использовать вокселы, имеющие различные разрешения, в рамках одного процесса, а, следовательно, окончательное разрешение будет зависеть от выбора первоначального разрешения.

  2. В случае если вокселы являются сложными, двоичный процесс может протекать крайне медленно. Скульптуры из простых кубических или треугольных вокселов могут распечатываться быстрее, однако при этом не всегда сохраняется высокое разрешение. Соотношение преимуществ и недостатков всегда имеет важное значение.

В своей следующей статье я собираюсь поделиться с вами практическими трудностями использования воксельного печатающего устройства, которое используется в настоящее время, а также о том, как благодаря длительным исследованиям и разработкам, воксельная печать идеально подходит для 3D-печати электронных и смарт-объектов.


С оригиналом статьи можно ознакомиться по ссылке ниже

http://3dprintingindustry.com/2013/04/30/additive-manufacturing-the-voxel-method/

katya
Автор

katya

0

Комментарии