Druk 3D na dużą skalę obejmuje różnorodne technologie i materiały i jest stosowany w wielu dziedzinach. W rzeczywistości definicja „dużego” jest względna i nie ma ustalonego standardu. Ogólnie rzecz biorąc, domy, łodzie i duże meble to duże przedmioty. Druk 3D na dużą skalę stopniowo stał się głównym nurtem na rynku, ponieważ producenci, artyści i firmy wybierają druk 3D, aby zaspokoić potrzeby związane z produktami na dużą skalę. Deweloperzy krok po kroku przełamują rozmiary drukarek 3D, przekraczają granice techniczne i drukują coraz większe produkty. Jakie są więc obszary zastosowań druku 3D na dużą skalę? A co z dużymi drukarkami 3D?
Rozmiar produktu często zależy od technologii i materiałów, a konieczne jest znalezienie równowagi między precyzją a rozmiarem, co sprawia, że wybór odpowiedniej drukarki 3D jest kluczowym czynnikiem sukcesu. Oprogramowanie odgrywa również ważną rolę w tworzeniu dużych produktów, ponieważ najlepszym sposobem drukowania dużych obiektów jest często drukowanie ich w częściach i składanie. Wielkoformatowe produkty drukowane 3D obejmują między innymi następujące elementy:
●Wyświetlacze, rekwizyty i oznakowanie
● Domy i elementy architektoniczne
●Części przemysłowe i metalowe
●Meble i pojazdy
△ Centrum różnorodności biologicznej Naturalis w Holandii ma własne laboratorium druku 3D i wykorzystało dwie drukarki 3D Builder Extreme 1500 Pro do stworzenia repliki Tyrannosaurus rex
●Muzeum dinozaurów bez Tyrannosaurus rex z pewnością nie jest prawdziwym muzeum! Na podstawie skanu 3D rzeczywistej skamieliny tyranozaura, Japońskie Muzeum Dinozaurów wydrukowało 3D replikę o długości 12- metra i wysokości 5- metra jako dużą część wydrukowaną przy użyciu dwóch wielkoformatowych drukarek Builder Extreme Drukarki 3D używające plastikowego filamentu PLA.
● Kuratorzy muzeów, projektanci scenografii i rekwizytów filmowych, parki rozrywki, producenci wystaw konferencyjnych i World Expo itp. również wybierają wielkoformatowe drukarki 3D, aby przyspieszyć produkcję. Oprócz korzyści związanych z szybkością i kosztami, oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) odgrywa również rolę. Świetny efekt, nie wymaga już żadnej sztucznej rzeźby ani wtórnego tworzenia. Ponadto dostępna jest ogromna różnorodność materiałów, od ultralekkiej pianki po niezwykle wytrzymały nylon wypełniony włóknem węglowym.
△Artysta pokrywa gipsem wysoką na 17-stopę wydrukowaną w 3D replikę Dawida Michała Anioła odtworzoną na Expo 2020 w Dubaju
●Wydrukowany w 3D 17-metrowy Dawid Michała Anioła został zaprezentowany na wystawie Expo 2020 w Dubaju w celu promowania turystyki we Florencji. Wystarczająco duża polimerowa drukarka 3D nie jest w stanie wyprodukować pojedynczej repliki z najdrobniejszymi szczegółami, więc podzielono ją na 14 części do wydrukowania, a następnie złożono ręcznie, a marmurkową powierzchnię zewnętrzną pomalowano ręcznie. Wewnątrz wydrukowanego w 3D Davida znajduje się struktura z siatki kratowej, która pomaga utrzymać jego wagę na poziomie zaledwie 550 kg, a jednocześnie jest wystarczająco mocna, aby odpowiednio zapakować i wysłać.
△Niemiecka firma Styles Werbetechnik wykorzystuje wielkoformatowe drukarki FDM Tractus3D do produkcji podświetlanych liter szyldowych szybciej niż tradycyjnymi metodami
●Styles Werbetechnik, niemiecka firma produkująca szyldy, wybrała technologię druku 3D na dużą skalę do produkcji szyldów zewnętrznych. Firma nie tylko chciała przyspieszyć produkcję, ale także chciała wytwarzać litery we własnym zakresie, zamiast polegać na standardowych projektach listów od zagranicznych producentów. Firma twierdzi, że zastosowanie polimerowego druku FDM daje nieograniczone możliwości projektowe przy produkcji liter konturowych. Na przykład głębokość liter w podświetlanych oznakowaniach jest ograniczona do minimum 60 mm w tradycyjnych metodach, ale można ją zmniejszyć do 30 mm w druku 3D. Mogą również pracować wieczorami i w weekendy, przyspieszając czas produkcji, ponieważ drukarki 3D nie muszą być obsługiwane podczas procesu.
△Smithsonian Museum wydrukowało 3D 120 naturalnej wielkości posągów liderek w dziedzinie STEM
W 2022 roku Smithsonian Institution w Waszyngtonie otworzył wystawę ku czci kobiet-naukowców, w tym 120 naturalnej wielkości posągów wydrukowanych w 3D. Nazywa się „IfThenSheCan – The Exhibit”, jest to największa w historii kolekcja kobiecych posągów, z których każda została wydrukowana przy użyciu technologii FDM.
domy i elementy architektoniczne
Jeśli chodzi o wielkoskalowe projekty drukowania 3D, projekty mieszkaniowe są oczywiście niezbędne. Podczas gdy niewiele budynków jest drukowanych wyłącznie w 3D (często wymagających lub zawierających podpory konstrukcyjne, takie jak zbrojenie stalowe lub tradycyjne konstrukcje drewniane), druk 3D może służyć ze względu na szybkość, oszczędność pracy i trwałość konstrukcji. Do domu i hotelu. Oczekuje się, że globalny rynek druku 3D w budownictwie wzrośnie o prawie 20 procent w ciągu najbliższych pięciu lat.
●Dwupiętrowy budynek na poniższym zdjęciu został wspólnie ukończony przez firmy architektoniczne i inżynieryjne Hannah and Cive oraz Peri 3D Construction, które dostarczyły drukarki 3D. Dom o powierzchni 4,{4}}metrów kwadratowych został sprzedany anonimowemu oferentowi, a jego ukończenie zajmie łącznie dwa lata. Drukarka bramowa Cobod Bod2 firmy Peri, wiodąca drukarka w architekturze druku 3D, służy do wytłaczania specjalistycznych mieszanek betonowych do tworzenia klatek schodowych i innych struktur funkcjonalnych, a w ramach tego projektu wydrukowano łącznie 330 godzin.
zdjęcie
△ Pierwszy dwupiętrowy dom w pełni wydrukowany w 3D w Stanach Zjednoczonych znajduje się w Houston
●Oprócz konstruowania budynków drukarki 3D są szeroko stosowane w elementach architektonicznych, w tym fasadach i obiektach zabytkowych do renowacji, a także w projektowaniu wnętrz, w tym ścian, wystaw i przegród. Istnieją nawet wydrukowane w 3D podłogi, wydrukowane w 3D mosty i wydrukowane w 3D sztuczne rafy koralowe. Materiały podobne do betonu nie są jedyną opcją w budownictwie, pewną rolę odgrywają również polimery. Branch Technology specjalizuje się w drukowaniu 3D na dużą skalę przy użyciu zrobotyzowanych wytłaczarek polimerowych, tworząc wszystko, od rzeźb po siedliska kosmiczne. Jej innowacyjny system paneli budowlanych o nazwie BranchClad otwiera nowe możliwości dla elewacji budynków. Wystarczy spojrzeć na powierzchnię Księżyca zainstalowaną po operacyjnej stronie nowego Obozu Kosmicznego US Space and Rocket Center (poniżej). Utworzone przy użyciu cyfrowych skanów księżyca fasady wykazują zadziwiającą wierność powierzchni księżyca. Pozytywna forma księżycowego wzoru została wydrukowana w 3D, a następnie pomalowana materiałem stiukowym.
zdjęcie
△Nowa, wydrukowana w 3D ściana księżycowa firmy Branch Technology została zainstalowana z boku nowego obozu kosmicznego US Space and Rocket Center
Części przemysłowe i metalowe
zdjęcie
△ Metalowa drukarka 3D Stargate firmy Relativity Space
● Producent rakiet Relativity Space twierdzi, że jego wydrukowana w 3D rakieta Terran 1 jest największą pojedynczą strukturą wydrukowaną w 3D w historii, ma 35,2 metra wysokości i 2,3 metra średnicy. Rakieta nowej generacji firmy, Terran R, jest równie duża. Oba są drukowane w 3D na zastrzeżonym metalu przy użyciu firmowej drukarki Stargate 3D, przy użyciu zrobotyzowanej technologii osadzania energii. Relativity Space powiedział, że zdolność rakiety do wytrzymania naprężeń podczas startu była ogromną wygraną, demonstrując integralność strukturalną jej metalowej metody drukowania 3D.
zdjęcie
△ Królowa Maxima z Holandii oficjalnie otworzyła metalowy most do drukowania 3D MX3D.
●Metalowy most nad kanałem amsterdamskim, zaprojektowany przez laboratorium Jorisa Laarmana, został wydrukowany przez firmę MX3D przy użyciu zrobotyzowanej technologii wytwarzania addytywnego łuku. 12-metrowy „inteligentny most” ze stali nierdzewnej zawiera wbudowaną sieć czujników, która pomaga badaczom z Amsterdamu badać rolę systemów IoT w środowisku zabudowanym. Struktura, opracowana przy użyciu technik projektowania generatywnego i optymalizacji topologii, jest niezwykle lekka. Most MX3D pokazuje również zastosowanie druku 3D w metalu w sztuce i rzeźbie.
●Poniżej znajduje się kolejna praca drukarska MX3D zainstalowana przez artystów Mariagrazia Abbaldo i Paolo Albertelli w Turynie, Ogrodzie Królewskim we Włoszech. Ważąca 880 kg rzeźba, nazwana „Przejściem Wieloryba”, przedstawia płetwy wieloryba przelatujące nad ziemią. Wszystkie modele wykonane w ramach tego projektu zostały wydrukowane w 3D.
zdjęcie
△ „Przełęcz Wieloryba” została zaprojektowana przez Mariagrazia Abbaldo i Paolo Albertelli, a wydrukowana w 3D przez MX3D
●Drukowanie 3D dużych elementów metalowych może być wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu, przy czym firmy z branży morskiej, naftowej i gazowej oraz przemysłu ciężkiego sprzętu budowlanego są w stanie szybciej produkować duże części, często na miejscu. Na przykład poniższa śruba morska została wydrukowana w 3D przy użyciu technologii WAAM, aby uzyskać kształt zbliżony do netto, który następnie został obrobiony maszynowo z mniejszymi tolerancjami. W tym przypadku metoda WAAM zastępuje kucie i może być wykonywana bliżej miejsca, w którym jest potrzebna, przy mniejszym zużyciu surowca.
zdjęcie
△ Ta śruba morska jest jednym z pierwszych przykładów przemysłowego zastosowania technologii WAAM
●Wydruk 3D metalu może również zmniejszyć wagę części, ponieważ druk 3D może tworzyć kształty, których nie można uzyskać przez kucie lub odlewanie. Część podwozia samolotu (poniżej), mierząca 455 x 295 x 805 mm, jest pierwszą na świecie częścią drukowaną 3D w technologii laserowego łączenia proszków, według producenta drukarki SLM Solutions. Część jest nie tylko o 15 procent lżejsza niż tradycyjne części kute, ale technologia ta skraca również czas realizacji. Ponieważ element ten jest częścią systemu przenoszącego obciążenia z kół na konstrukcję samolotu, jest on wykonany z tytanu dla zwiększenia wytrzymałości. Wybór materiałów zapewnia części silne właściwości mechaniczne, a jednocześnie jest odporny na korozję bez konieczności powlekania, wydrukowany przy użyciu cztero-laserowej drukarki SLM 800 3D. „Produkcja addytywna pomaga zaoszczędzić czas w fazie kwalifikacji i certyfikacji poprzez szybkie dostarczanie części do testów. Jesteśmy w stanie wyprodukować główne komponenty w ciągu kilku dni. Korzystanie z procesu kucia trwa kilka miesięcy.”
zdjęcie
△Wydrukowane w 3D części podwozia przedniego do prywatnych odrzutowców
Druk 3D dużych form do odlewania części metalowych jest ważnym zastosowaniem druku 3D na dużą skalę. W przypadku metalowych części przemysłowych, które muszą być odlewane, etap tworzenia formy jest pracochłonny i czasochłonny. Dzięki drukarkom piaskowym 3D producenci mogą bezpośrednio drukować odlewy piaskowe i formy w 3D, bez konieczności tworzenia pełnowymiarowych modeli. VX4000 firmy Voxlejet to największa na świecie drukarka 3D do odlewania piasku, która wykorzystuje technologię lepiszcza do produkcji nie tylko ogromnych form, ale także tysięcy form w jednym procesie drukowania.
zdjęcie
△ Drukarka VX4000 firmy Voxlejet (Źródło: Voxeljet)
meble i pojazdy
zdjęcie
△Krzesło wyprodukowane w jednym kawałku przy użyciu drukarki 3D WASP.
●Projektanci wnętrz również stopniowo wybierają wielkoformatowy druk 3D do realizacji skomplikowanych projektów i wykorzystania unikalnych materiałów. Polimery, zwłaszcza tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu, są najczęściej używanymi materiałami do produkcji mebli drukowanych w 3D, ale można również użyć betonu i metalu. Ta ławka szkolna wielkości dziecka w Gambii (poniżej) jest przykładem druku 3D zaspokajającego praktyczną potrzebę. Lekki i trwały, ten projekt może być wyprodukowany z tworzywa sztucznego pochodzącego z recyklingu, co również rozwiązuje problem odpadów z tworzyw sztucznych. Model został wydrukowany na drukarce Magnum 3D w The Industry Sweden z tworzywa PETG, powszechnie stosowanego w butelkach do napojów.
zdjęcie
△ Prototypowe biurka do testowania koncepcji mebli szkolnych wydrukowanych w 3D w Gambii, prawdopodobnie z wykorzystaniem plastiku pochodzącego z recyklingu
●Istnieją niezliczone przykłady pięknych krzeseł i stołów wydrukowanych w 3D, w tym urocza kolekcja stolików kawowych NYXO Visionary Design (poniżej) wykonanych z lekkiego spienionego PLA wydrukowanego na drukarce 3D Colossus XS.
zdjęcie
△Seria stołów rzeźbiarskich Primavera została zaprojektowana przez dubajską firmę architektoniczną i projektową NYXO Visionary Design i wydrukowana przy użyciu ColorFabb PLA na drukarce Colossus XS (Źródło: Colossus)
Do Księgi Rekordów Guinnessa, zarówno największa łódź wydrukowana w 3D, jak i największy jak dotąd fizycznie wydrukowany w 3D obiekt, trafiła pokazana poniżej łódź wydrukowana w 3D, która ma 7,72 metra długości. Łódź została wydrukowana w 2019 roku przez Center for Advanced Structures and Composites na University of Maine. Wykonany jest z tworzywa sztucznego i celulozy drzewnej. Wydrukowanie 3D zajęło tylko 72 godziny i waży 2,2 tony.
zdjęcie
△ W pełni wydrukowana w 3D łódź naturalnej wielkości wyprodukowana przez University of Maine
●Producenci rowerów również wybrali technologię druku 3D, aby rozwiązać problemy ze spawaniem w swoim łańcuchu produkcyjnym. Jednoczęściowa rama wydrukowana w 3D nie tylko oszczędza czas, ale także umożliwia nowe stopnie swobody projektowania, nie ograniczonej połączeniami konstrukcyjnymi. Producent rowerów wyprodukował modele z tytanu, stali i kompozytów z włókna węglowego. Poniższy e-rower ze stalową ramą firmy Urwahn został wyprodukowany masowo przy użyciu metalowego druku 3D, aby osiągnąć równowagę formy, funkcji, lekkiej konstrukcji i materiałów. Specjalne gumki z tyłu zawieszają tylne koła i zapewniają nowy rodzaj komfortu jazdy, podczas gdy stalowa rama integruje silnik i akumulator, mówi firma.
zdjęcie
△Wydrukowany w 3D rower elektryczny Urwahn ze stalową ramą
Wskazówki projektowe i oprogramowanie do dużych wydruków
zdjęcie
△Wydrukowana w 3D wysoka na 30-stopa rzeźba składa się z 365 pojedynczych części wydrukowanych w 3D, a wydrukowanie każdej części na 55 3drukarkach D trwa 28 godzin
Jednoczęściowe drukowanie 3D jest często idealne, ponieważ eliminuje prace montażowe, przyspiesza produkcję i poprawia integralność strukturalną, ponieważ nie ma szwów ani powierzchni. Jeśli jednak wydrukowany obiekt jest tak duży, że trzeba go podzielić na wiele części, jak podzielić model na wydruki 3D?
●Aby ukończyć duży druk 3D, możesz podzielić model bezpośrednio w oprogramowaniu CAD (takim jak Fusion360 lub Solid Works), co ma tę zaletę, że umożliwia zaprojektowanie niektórych pomocy montażowych i wyrównawczych, takich jak gwoździe, wypukłości i rowki, wargi, lub otwory i szczeliny;
●Jeżeli zamierzasz po prostu skleić ze sobą duże przedmioty lub użyć śrub (tylko w przypadku mocniejszych materiałów, takich jak nylon wypełniony włóknem węglowym), możesz powierzyć operację dzielenia krajalnicy, takiej jak Cura. Segmentacja jest szybka i zautomatyzowana przy użyciu narzędzi siatki Cura;
● Podczas ręcznego segmentowania modelu cyfrowego unikaj bezpośredniego przechodzenia przez obszary szczegółów lub obszary wsparcia. uniknąć pęknięć w najsłabszym punkcie konstrukcji,
Mianowicie te obszary, które są znacznie cieńsze niż reszta modelu.
Najlepsza wielkoformatowa drukarka 3D
zdjęcie
△ GEFERTEC Arc60x WAAM Metalowa drukarka 3D (źródło: Gefertec)
Jeśli chcesz użyć drukarki 3D do tworzenia części, takich jak duże plastikowe części, rekwizyty i znaki, możesz użyć wielkoformatowych drukarek 3D z filamentem, które są zasadniczo takie same jak stacjonarne drukarki z filamentem. Niektóre drukarki mogą drukować na trwałych materiałach klasy inżynierskiej.
Jeśli chcesz być większy niż największe drukarki FDM (plus 1600 x 1200 x 1300), będziesz potrzebować drukarki 3D z ramieniem robota, ramieniem robota z przymocowaną na końcu głowicą ekstrudera. Można je umieścić na szynach lub suwnicach, więc teoretycznie istnieje możliwość drukowania na wymiar dostępnych szyn. Światowym Rekordem Guinnessa dla największej drukarki 3D jest zespół głowicy wytłaczarki bramowej na Uniwersytecie Maine, który może osiągnąć wymiary 30,000 x 6700 x 3,000 mm. Jednak ta drukarka nie jest na sprzedaż. Kolejną zaletą drukarek z ramieniem robotów jest to, że często drukują one przy użyciu polimerów w bardziej ekonomicznej formie granulek
Wydruki 3D z żywicy generalnie nie mogą być większe niż 1,{2}} mm, z kilkoma wyjątkami, takimi jak Kings 1700 Pro i 3D Systems ProX 950 ze względu na wyjątkowo długi czas drukowania. Żywica zwykle trwa dłużej niż FDM.
zdjęcie
△Średniej wielkości drukarka 3D do betonu doskonale sprawdza się w wielkoformatowych zastosowaniach artystycznych
Drukarki 3D do betonu to dynamicznie rozwijający się rynek, nie tylko do budowy domów, ale do wszelkiego rodzaju betonowych szalunków, mebli, konstrukcji, a nawet doniczek i rzeźb. Drukowanie 3D bardzo dużych części metalowych jest często uzyskiwane za pomocą techniki drukowania 3D ukierunkowanego osadzania energii, takiej jak produkcja addytywna łuku elektrycznego (WAAM). Metody te wykorzystują głowicę drukującą 3D zamontowaną na ramieniu robota, które ma szeroki zasięg i jest ograniczone jedynie rozmiarem ramienia.
