Laajamittainen 3D-tulostus sisältää erilaisia teknologioita ja materiaaleja, ja sitä on sovellettu monilla aloilla. Itse asiassa "ison" määritelmä on suhteellinen, eikä ole olemassa kiinteää standardia. Yleisesti ottaen talot, veneet ja suuret huonekalut ovat kaikki suuria esineitä. Laajamittainen 3D-tulostus on vähitellen yleistynyt markkinoilla, kun valmistajat, taiteilijat ja yritykset valitsevat 3D-tulostuksen vastatakseen suuriin tuotetarpeisiinsa. Kehittäjät murtautuvat 3D-tulostimien koon läpi askel askeleelta, rikkovat tekniset rajat ja tulostavat enemmän ja suurempia tuotteita. Mitkä ovat suuren mittakaavan 3D-tulostuksen sovellusalueet? Entä suuret 3D-tulostimet?
Tuotteen koko riippuu usein tekniikasta ja materiaaleista, ja tarkkuuden ja koon välillä on löydettävä tasapaino, mikä tekee oikean 3D-tulostimen valinnasta menestyksen avaintekijän. Ohjelmistoilla on tärkeä rooli myös suurten tuotteiden luomisessa, sillä paras tapa painaa suuria esineitä on usein painaa ne kappaleina ja koota. Suurikokoisia 3D-tulostettuja tuotteita ovat muun muassa seuraavat tuotteet:
●Esittelyt, rekvisiitta ja kyltit
● Talot ja arkkitehtoniset elementit
●Teollisuus- ja metalliosat
● Huonekalut ja ajoneuvot
△ Naturalis Biodiversity Centerissä Alankomaissa on oma 3D-tulostuslaboratorio, ja se käytti kahta Builder Extreme 1500 Pro 3D-tulostinta Tyrannosaurus rexin replikan tekemiseen.
●Dinosauruksen museo ilman Tyrannosaurus rexiä ei todellakaan ole todellinen museo! Todellisen T. rex -fossiilin 3D-skannauksen perusteella Japan Dinosaur Museum 3D tulosti 12-metrin pituisen, 5-metrin korkean jäljennöksen suurena osana, joka tulostettiin kahdella Builder Extreme -suuren mittakaavan avulla. 3D-tulostimet, joissa käytetään PLA-muovifilamenttia.
●Museoiden kuraattorit, elokuvalavasteet ja -suunnittelijat, huvipuistot, konferenssi- ja World Expo -näytösten valmistajat jne. valitsevat myös suurikokoiset 3D-tulostimet tuotannon nopeuttamiseksi. Nopeuden ja kustannusetujen lisäksi tietokoneavusteisella suunnittelulla (CAD) on myös rooli Suuri vaikutus, ei enää tarvitse keinotekoisia veistoksia tai toissijaista luomista. Lisäksi saatavilla on valtava valikoima materiaaleja ultrakevyestä vaahdosta erittäin kestävään hiilikuitutäytteiseen nyloniin.
△ Taiteilija peittää kipsin 17-jalkaa korkean 3D-tulostetun Michelangelon Davidin jäljennöksen päälle, joka on luotu uudelleen Expo 2020 Dubaita varten
●Tämä 17-jalkaa korkea 3D-tulostettu Michelangelon David esiteltiin Expo 2020 Dubai -tapahtumassa Firenzen matkailun edistämiseksi. Riittävän suuren polymeerisen 3D-tulostimen on mahdotonta tuottaa yhtä kopiota erittäin hienoilla yksityiskohdilla, joten se jaettiin 14 tulostettavaan osaan ja koottiin sitten käsin ja marmoroitu ulkopinta käsinmaalattiin. 3D-tulostetun Davidin sisällä on ristikkoverkkorakenne, joka auttaa pitämään sen painon vain 550 kg:ssa, mutta jolla on kuitenkin lujuutta pakata ja lähettää oikein.
△Germany's Styles Werbetechnik käyttää Tractus3D-suurkokoisia FDM-tulostimia tuottamaan valaistuja kylttikirjaimia perinteisiä menetelmiä nopeammin
●Saksalainen kylttituotantoyhtiö Styles Werbetechnik valitsi laajan 3D-tulostustekniikan ulkokylttien valmistukseen. Yritys ei vain halunnut nopeuttaa tuotantoa, vaan se halusi myös tehdä kirjeitä itse sen sijaan, että luottaisi ulkomaisten tuottajien vakiokirjemalleihin. Yhtiö kertoo, että polymeeri-FDM-tulostuksen käyttö tarjoaa rajattomat suunnittelumahdollisuudet muotoiltujen kirjainten valmistukseen. Esimerkiksi valaistujen opasteiden kirjainsyvyys on rajoitettu vähintään 60 mm:iin perinteisissä menetelmissä, mutta se voidaan pienentää 30 mm:iin 3D-tulostuksessa. Ne voivat toimia myös iltaisin ja viikonloppuisin, mikä nopeuttaa tuotantoaikoja, koska 3D-tulostimia ei tarvitse huolehtia prosessin aikana.
△ Smithsonian Museum 3D tulosti 120 luonnonkokoista patsasta STEM-alan naisjohtajista
Vuonna 2022 Smithsonian Institution Washington DC:ssä avasi naistieteilijöitä kunnioittavan näyttelyn, mukaan lukien 120 luonnollisen kokoista 3D-tulostettua patsasta. "IfThenSheCan – The Exhibit" on kaikkien aikojen suurin kokoelma naispatsaita, joista jokainen on painettu FDM-tekniikalla.
taloja ja arkkitehtonisia elementtejä
Kun on kyse suurista 3D-tulostusprojekteista, asuntoprojektit ovat tietysti välttämättömiä. Vaikka harvat rakennukset ovat yksinomaan 3D-tulostettuja (usein vaativat tai sisältävät rakenteellisia tukia, kuten teräsraudoitusta tai perinteisiä puurakenteita), 3D-tulostus voi toimia sen nopeuden, työvoiman säästöjen ja rakenteiden kestävyyden vuoksi. Kotiin ja hotelliin. Globaalin rakentamisen 3D-tulostusmarkkinoiden odotetaan kasvavan lähes 20 prosenttia seuraavan viiden vuoden aikana.
●Alla olevan kuvan kaksikerroksisen rakennuksen valmistuivat yhdessä arkkitehtisuunnittelu- ja suunnitteluyhtiöt Hannah and Cive ja Peri 3D Construction, jotka toimittivat 3D-tulostimet. 4,000-neliöjalan koti on myyty nimettömälle tarjoajalle, ja sen valmistuminen kestää yhteensä kaksi vuotta. Perin Cobod Bod2 -pukkitulostimella, johtavalla 3D-tulostusarkkitehtuurin tulostimella, pursotetaan erikoisbetonisekoituksia porrashuoneiden ja muiden toiminnallisten rakenteiden luomiseen, ja tähän projektiin tulostettiin yhteensä 330 tuntia.
kuva
△ Ensimmäinen täysin 3D-tulostettu kaksikerroksinen talo Yhdysvalloissa sijaitsee Houstonissa
●Rakennusten rakentamisen lisäksi 3D-tulostimia käytetään laajalti arkkitehtonisissa elementeissä, kuten julkisivuissa ja historiallisissa restaurointikohteissa, sekä sisustussuunnittelussa, mukaan lukien seinät, esittelyt ja tilanjakajat. Siellä on jopa 3D-tulostettuja lattioita, 3D-tulostettuja siltoja ja 3D-tulostettuja keinotekoisia koralliriuttoja. Betonin kaltaiset materiaalit eivät ole ainoa vaihtoehto rakentamisessa, vaan myös polymeerit ovat osansa. Branch Technology on erikoistunut laajamittaiseen 3D-tulostukseen robottipolymeeriekstruudereilla, jotka luovat kaikkea veistoista avaruusympäristöihin. Sen innovatiivinen rakennuspaneelijärjestelmä nimeltä BranchClad avaa uusia mahdollisuuksia rakennusten julkisivuille. Katso vain kuun pintaa, joka on asennettu Yhdysvaltain avaruus- ja rakettikeskuksen uuden avaruusleirin toimintapuolelle (alla). Kuun digitaalisilla skannauksilla luoduissa julkisivuissa on hämmästyttävä uskollisuus kuun pinnalle. Kuukuvion positiivinen muotti tulostettiin 3D:llä ja maalattiin sitten stukkomateriaalilla.
kuva
△ Branch Technologyn uusi 3D-painettu kuuseinä asennetaan Yhdysvaltain avaruus- ja rakettikeskuksen uuden avaruusleirin puolelle
Teollisuus- ja metalliosat
kuva
△ Relativity Spacen Stargate-metallinen 3D-tulostin
●Rakettivalmistaja Relativity Space väittää, että sen 3D-painettu raketti Terran 1 on kaikkien aikojen suurin yksittäinen 3D-tulostettu rakennelma, sen korkeus on 35,2 metriä ja halkaisija 2,3 metriä. Yrityksen seuraavan sukupolven raketti Terran R on yhtä suuri. Molemmat on 3D-tulostettu patentoidulle metallille yhtiön Stargate 3D -tulostimella, jossa käytetään robottiohjattua energiapinnoitustekniikkaa. Relativity Space sanoi, että raketin kyky kestää laukaisun aiheuttamaa rasitusta oli valtava voitto, mikä osoittaa sen metallin 3D-tulostusmenetelmän rakenteellisen eheyden.
kuva
△ Alankomaiden kuningatar Maxima avasi virallisesti MX3D-metallisen 3D-tulostussillan.
●Joris Laarmanin laboratorion suunnittelema metallisilta Amsterdamin kanavan yli on painettu MX3D:llä käyttämällä robottikaarilisäainevalmistustekniikkaa. 12-metripituinen ruostumattomasta teräksestä valmistettu "älykäs silta" sisältää sulautetun anturiverkoston, joka auttaa Amsterdamin tutkijoita tutkimaan IoT-järjestelmien roolia rakennetussa ympäristössä. Kehitetty käyttämällä generatiivista suunnittelua ja topologian optimointitekniikoita, rakenne on erittäin kevyt. MX3D-silta esittelee myös metallin 3D-tulostuksen sovelluksia taiteessa ja kuvanveistossa.
●Alla on toinen MX3D-tulostustyö, jonka taiteilijat Mariagrazia Abbaldo ja Paolo Albertelli ovat asentaneet Torinoon, Italian kuninkaalliseen puutarhaan. Valaskäytäväksi nimetty 880 kiloa painava veistos näyttää maasta ohi kulkevan valaan evät. Kaikki tämän projektin aikana tehdyt mallit on 3D-tulostettu.
kuva
△ "Whale Pass" on suunnitellut Mariagrazia Abbaldo ja Paolo Albertelli, ja 3D-tulostuksen on tehnyt MX3D
●Suurimetallista 3D-tulostusta voidaan käyttää monilla teollisuudenaloilla, ja merenkulku-, öljy- ja kaasuteollisuuden sekä raskaan rakennuskoneteollisuuden yritykset pystyvät valmistamaan suuria osia nopeammin, usein paikan päällä. Esimerkiksi alla oleva laivan potkuri tulostettiin 3D-tulostuksessa WAAM-tekniikalla lähes verkkoon perustuvan muodon tuottamiseksi, joka sitten työstettiin tiukempiin toleransseihin. Tässä tapauksessa WAAM korvaa takomisen ja se voidaan tehdä lähempänä sitä missä sitä tarvitaan, käyttämällä vähemmän raaka-ainetta.
kuva
△Tämä potkuri on yksi ensimmäisistä WAAM-teknologian teollisista sovelluksista
●3D-tulostus metalli voi myös vähentää osien painoa, koska 3D-tulostus voi tuottaa muotoja, joita ei voida saavuttaa takomalla tai valamalla. Lentokoneen laskutelineen osa (alla), kooltaan 455 x 295 x 805 mm, on tulostinvalmistajan SLM Solutionsin mukaan maailman ensimmäinen laserjauhepetifuusiotekniikalla valmistettu 3D-tulostusosa. Sen lisäksi, että osa on 15 prosenttia kevyempi kuin perinteiset taotut osat, tekniikka vähentää myös läpimenoaikaa. Koska komponentti on osa järjestelmää, joka siirtää kuormia pyöriltä lentokoneen rakenteeseen, se on valmistettu titaanista lujuuden vuoksi. Materiaalivalinnat antavat osalle vahvat mekaaniset ominaisuudet samalla kun se on korroosionkestävä ilman pinnoitetta, tulostettu nelilaser SLM 800 3D -tulostimella. "Lisäinen valmistus säästää aikaa pätevöinti- ja sertifiointivaiheessa toimittamalla osat nopeasti testaukseen. Pystymme valmistamaan tärkeimmät komponentit muutamassa päivässä, taontaprosessi kestää useita kuukausia."
kuva
△ 3D-painetut etulaskutelineen osat yksityisille suihkukoneita
Metalliosien valamiseen tarkoitettujen suurten muottien 3D-tulostus on tärkeä laajamittaisen 3D-tulostuksen sovellus. Valettavien metalliosien osalta muotinvalmistusvaihe on työläs ja aikaa vievä. Hiekka-3D-tulostimilla valmistajat voivat 3D-tulostaa hiekkavaluja ja muotteja suoraan ilman täyden mittakaavan malleja. Voxlejetin VX4000 on maailman suurin hiekkavalu 3D-tulostin, ja se käyttää sideainesuihkutekniikkaa tuottaakseen paitsi valtavia muotteja, myös tuhansia niitä yhdellä tulostusprosessilla.
kuva
△Voxlejetin VX4000-tulostin (Lähde: Voxeljet)
huonekaluja ja ajoneuvoja
kuva
△ WASP 3D -tulostimella yhtenä kappaleena valmistettu tuoli.
●Sisustussuunnittelijat valitsevat vähitellen myös suurikokoista 3D-tulostusta toteuttaakseen monimutkaisia malleja ja ainutlaatuisten materiaalien käyttöä. Polymeerit, erityisesti kierrätysmuovit, ovat yleisimmin käytettyjä materiaaleja 3D-tulostetuissa huonekaluissa, mutta myös betonia ja metallia voidaan käyttää. Tämä Gambiassa sijaitseva lasten kokoinen koulupöytä (alla) on esimerkki 3D-tulostuksesta, joka vastaa käytännön tarpeisiin. Tämä kevyt ja kestävä malli voidaan valmistaa kierrätysmuovista, mikä ratkaisee myös muovijätteen ongelman. Malli on painettu Magnum 3D-tulostimella The Industry Swedenissä PETG-muoviin, jota käytetään yleisesti juomapulloissa.
kuva
△ Prototyyppipöydät 3D-painetun koulukalustekonseptin testaamiseen Gambiassa, mahdollisesti kierrätysmuovia käyttäen
●On olemassa lukemattomia esimerkkejä kauniista 3D-tulostetuista tuoleista ja pöydistä, mukaan lukien NYXO Visionary Designin (alla) ihastuttava kokoelma sohvapöytiä, jotka on valmistettu kevyestä vaahdotetusta PLA:sta, joka on painettu Colossus XS 3D -tulostimella.
kuva
△ Primavera-veistospöytäsarjan on suunnitellut Dubaissa toimiva arkkitehtuuri- ja tuotesuunnittelutoimisto NYXO Visionary Design ja se tulostettiin ColorFabb PLA:lla Colossus XS -tulostimella (Lähde: Colossus)
Guinnessin ennätysten kirjaan sekä suurimmana 3D-tulostettuna veneenä että tähän mennessä suurimpana fyysisesti 3D-tulostettuna esineenä on alla olevan kuvan 3D-tulostettu vene, joka on 7,72 metriä pitkä. Vene on painettu vuonna 2019 Mainen yliopiston kehittyneiden rakenteiden ja komposiittien keskuksessa. Se on valmistettu muovista ja puuselluloosasta. 3D-tulostus kesti vain 72 tuntia ja painaa 2,2 tonnia.
kuva
△ Täysin 3D-tulostettu, luonnollisen kokoinen vene, jonka on valmistanut Mainen yliopisto
●Pyörien valmistajat ovat myös valinneet 3D-tulostustekniikan valmistusketjunsa hitsausongelmien ratkaisemiseksi. Yksiosainen 3D-tulostettu kehys paitsi säästää aikaa, myös mahdollistaa uusia suunnitteluvapausasteita, joita rakenteelliset liitokset eivät rajoita. Pyöränvalmistaja on valmistanut malleja titaanista, teräksestä ja hiilikuitukomposiiteista. Alla oleva Urwahnin teräsrunkoinen sähköpyörä tuotettiin massatuotannossa käyttämällä metallista 3D-tulostusta muodon, toiminnan, kevyen rakenteen ja materiaalien tasapainon saavuttamiseksi. Erityiset takaosan kuminauhat ripustavat takapyörät ja luovat uudenlaisen ajomukavuuden, kun taas teräsrunko yhdistää moottorin ja akun, yhtiö kertoo.
kuva
△Urwahnin 3D-painettu teräsrunkoinen sähköpyörä
Suunnitteluvinkkejä ja ohjelmistoja suurille tulosteille
kuva
△ 30-jalkaa korkea 3D-tulostettu patsas on koottu 365 yksittäisestä 3D-tulostetusta osasta, ja kunkin osan tulostaminen 55 3D-tulostimilla kestää 28 tuntia.
Yksiosainen 3D-tulostus on usein ihanteellinen, koska se eliminoi kokoonpanotyön, nopeuttaa tuotantoa ja parantaa rakenteellista eheyttä, koska siinä ei ole saumoja tai pintoja. Jos tulostettu objekti on kuitenkin niin suuri, että se on jaettava useisiin osiin, kuinka jaat mallin 3D-tulosteiksi?
●Suorittaaksesi suuren 3D-tulostuksen, voit jakaa mallin suoraan CAD-ohjelmistoon (kuten Fusion360 tai Solid Works), jonka etuna on, että voit suunnitella joitain kokoonpano- ja kohdistusapuvälineitä, kuten nauloja, kohoumia ja uria, huulia, tai reikiä ja rakoja;
●Jos aiot vain liimata suuria esineitä yhteen tai käyttää ruuveja (vain vahvemmille materiaaleille, kuten hiilikuitutäytteiselle nailonille), voit jättää halkaisun leikkurityökalulle, kuten Curalle. Segmentointi on nopeaa ja automatisoitua Curan verkkotyökalujen avulla;
● Kun segmentoit digitaalista mallia manuaalisesti, älä mene suoraan yksityiskohtien tai tukialueiden läpi. vältä halkeilua suunnittelun heikoimmasta kohdasta,
Nimittäin ne alueet, jotka ovat paljon ohuempia kuin muu malli.
Huippukokoinen 3D-tulostin
kuva
△GEFERTEC Arc60x WAAM Metal 3D Printer (Lähde: Gefertec)
Jos haluat käyttää 3D-tulostinta osien, kuten suurten muoviosien, rekvisiitta ja kylttien, luomiseen, voit käyttää suurikokoisia filamenttitulostimia, jotka ovat pohjimmiltaan samoja kuin työpöydän filamenttitulostimet. Jotkut tulostimet voivat tulostaa teknisillä kestävillä materiaaleilla.
Jos haluat olla isompi kuin suurimmat FDM-tulostimet (plus 1 600 x 1 200 x 1 300), tarvitset robottikäsivarren 3D-tulostimen, robottivarren, jonka päähän on kiinnitetty suulakepuristuspää. Ne voidaan sijoittaa kiskoille tai yläpuoliselle portaalille, joten teoriassa on mahdollista tulostaa käytettävissä olevien kiskojen kokoon. Suurimman 3D-tulostimen Guinnessin maailmanennätys on Mainen yliopiston portaalisuulakepuristuspääkokoonpano, jonka koko voi olla 30,000 x 6 700 x 3,000 mm. Tämä tulostin ei kuitenkaan ole myynnissä. Toinen robottikäsitulostimien etu on, että ne tulostavat usein käyttämällä polymeerejä edullisemmassa pellettimuodossa
Hartsi 3D-tulosteet eivät yleensä voi olla suurempia kuin 1,000 mm, lukuun ottamatta muutamia poikkeuksia, kuten Kings 1700 Pro ja 3D Systems ProX 950 erittäin pitkien tulostusaikojen vuoksi. Hartsi kestää yleensä kauemmin kuin FDM.
kuva
△ Keskikokoinen betoninen 3D-tulostin on erinomainen suurikokoisissa taidesovelluksissa
Betoni-3D-tulostimet ovat kukoistavat markkinat, ei vain kodin rakentamiseen, vaan kaikentyyppisille betonimuotteille, huonekaluille, rakentamiselle ja jopa ruukkuille ja veistoksille. Erittäin suurien metalliosien 3D-tulostus saavutetaan usein suunnatulla energiapinnoitustekniikalla, kuten sähkökaaren lisäainevalmistustekniikalla (WAAM). Näissä menetelmissä käytetään robottikäsivarteen asennettua 3D-tulostuspäätä, jonka ulottuvuus on laaja ja jota rajoittaa vain varren koko.
