Nano 3D Printer

5/24/2018 Nano 3D Printer

1/13

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAUNARSTVA

Nano 3D printer

Uvod u nanoznanost

Danijela Barii

Zvonimir Dragozet


2/13

3D PRINTANJE

Trodimenzionalno printanje ili Additive manufacturing predstavlja proces izrade

trodimenzionalnih objekata iz gotovo bilo kojeg 3D digitalnog modela. 3D printeri pretvaraju

kompjutorske modele u fizike predmete. Princip izrade bazira se na uzastopnim tankim

slojevima. Neke tehnologije to postiu uklanjanjem otopljenog materijala dok druge niu

uzastopne slojeve praha koji se selektivno spajaju i uvruju laserskom zrakom, izvorom

topline ili pomou spreja na ljepljivoj povrini.Tehnologija 3D tiska osmiljena je oko 1980

godine, ali tek oko 2010 godine su se pisai pojavili na tritu i u komercijalnoj upotrebi .

Trodimenzionalni ispis, a naroito ispis u boji prua inenjerima razvoja i dizajnerima

mogunost jasnog uvida u tijek postupka dizajniranja, mogunost isticanja raznih

parametara, mogunost lakog i ranog uoavanja moguih greaka i njihovog brzog i

uinkovitog ispravljanja. Osim za izradu prototipova koriste se za proizvodnju i izradu alata.

Kod izrade prototipova kao materijal koriste se prahovi od plastomera, a kod izrade

funkcionalnih stvari koriste se metalni, kompozitni ili keramiki prahovi. Sama 3D

konstrukcija modela sa dananjim metodama moe se izraditi bilo unutar nekoliko sati ili

nekoliko dana, ovisno o metodama koje koristimo te o sloenosti samog modela. Aditivna

tehnologija moe skratiti to vrijeme na nekoliko sati ali to varira s obzirom na veliinu i broj

modela koji se ele proizvesti istovremeno.

POSTUPAK PRINTANJA

Objekt koji elimo kreirati moemo dobiti na dva naina. Preko 3D programa za modeliranje

(CAD program) preko kojeg moemo izraditi potpuno novi objekt, ili upotrebom 3Dskenera

kojim kopiramo ve postojei objekt. Skener tako napravi 3D kopiju objekta i poaljega u 3D

program za modeliranje. Nakon modeliranja u CAD programu njega je potrebno spremiti u

STL formatu. CAD (engl. Computer Aided Design) jest program za oblikovanje modela na

raunalu. STL (engl. Standard Tessellation Language ) format je programski jezik za prostorni

opis volumena. Ovaj format predstavlja 3D povrinu koja nastaje kao sklop planarnih

trokuta. Vea preciznost postie se poveanjem broja trokuta, to dovodi do poveanja STL

datoteke i tada se automatski i produuje vrijeme za predradnje. Osim STL-a koji ne

najkoriteniji, koriste se i datoteke spremljene u VRML, PLY i SFX formatu. Daljnji korak jest


3/13

stvaranje slojeva. Slojevi se naravno niu od najdonjega do najgornjeg. Proces uvrivanja

se ponavlja za svaki sloj posebno dok se ne dobije itava konstrukcija. Kod aditivnog procesa

postupak dobovanja modela lei u uzastopnom nanoenju sloja po sloja sve dok se ne dobije

konaan proizvod.Svaki od tih slojeva

se moe vidjeti kao

tanko rezani

vodoravni presjek

krajnje tvari.

Prednost izgradnje

po slojevima jest

izgradnja

kompleksnih oblika

koje je klasinim

metodama gotovo nemogue izraditi. Takoer je mogua izrada kompliciranih struktura

unutar modela. Nakon toga slijedi ienje od neeljenog materijala , sad ve fiziki

postojanog modela u prostoru, te poliranje, bruenje i bojanje ukoliko je potrebno.

VRSTE 3D PRINTANJA

Na tritu je dostupan velik broj konkurentnih tehnologija tako i vie vrs ta 3D printera.

Glavna razlika izmeu tih printera je u nainu na koji se dobivaju slojevi i kreiraju dijelovi

strukture koju elimo dobit. Neki od njih omekavaju materijale kako bi dobili slojeve, drugi

slau tekue termosetove koji se uvruju na razliite naine , dok trei reu tanke slojeve

materijala i zatim ih spajaju zajedno.


4/13

Selektivno lasersko sinteriranje (engl. Selective Laser Sintering, SLS )

Selektivno lasersko sinteriranje je tehnika aditivne proizvodnje koja koristi lasere velike

snage radi spajanja malih dijelova plastike, metala, keramike ili stakla u masu koja ima eljeni

3D oblik. Laser spaja prah materijala uz pomo skeniranja presjeka preuzetih iz 3D digitalnih

modela na povrinu podloge sa prahom. Nakon to se skenira jedan presjek, podloga sa

prahom se sputa za

debljinu jednog sloja,

dodaje se novi sloj

materijala na vrhu iproces se ponavlja dok

eljeni 3D oblik nije gotov.

SLS proizvodnjom mogu

se proizvesti raznovrsni

oblici poto su dostupni

razliiti prahovi za izradu.

Ova tehnologija je u

upotrebi irom svijeta zbog lake izrade veoma kompleksnih geometrijskih oblika direktno iz

CAD programa. Za razliku od nekih drugih metoda aditivne proizvodnje kao to su SLA i FDM,

SLS ne zahtjeva konstrukcije za potporu zbog injenice da je dio koji se izrauje cijelo vrijeme

okruen prahom.

Direktno lasersko sinteriranje metala (engl. Direct Metal Laser Sintering, DMLS)

U procesu DMLS metode koristi se 3D CAD program

koji se prevodi u STL datoteku i alje softveru

printera. Zatim se geometrija 3D modela

odgovarajue orijentira kako bi se mogla izraditi

odreena struktura i dodaje se konstrukcija za

podupiranje. Ova tehnologija spaja metalni prah u

vrsti dio tako to ga lokalno topi uz pomo

fokusiranog laserskog snopa. Dijelovi se izrauju dodavanjem materijala sloj po sloj. Obino

Selektivno lasersko sintetiranje


5/13

koristei slojeve debljine 20 m. DMLS metodu karakterizira izrada struktura visoke tonosti

detalja i visoke povrinske kvalitete te dobivanje odlinih mehanikih karakteristika izraenih

struktura. Ova metoda dozvoljava slobodu konstruiranja i efikasnija konstrukcijska rjeenja u

tehnikim aplikacijama. Poto se oblici izrauju sloj po sloj, mogue je izraditi unutranjeoblike i prijelaze koji ne bi mogli biti izliveni ili izraeni na drugi nain. DMLS ima jo

prednosti u odnosu na tradicionalne tehnike proizvodnje, krae vrijeme izrade gdje nisu

potrebni nikakvi dodatni alati, izrada vie razliitih struktura istovremeno i mogunost izrade

struktura od razliitih legura, zbog ega se naziva tehnologijom koja tedi vrijeme i novac.

Modeliranje nanoenjem rastopljenog materijala (engl. Fused Deposition

Modeling, FDM)

FDM poinje sa softverskim procesom, koji

procesira STL datoteku nekoliko minuta,

matematiki izrezujui i orijentirajui model za

proces izrade. Ako je potrebno automatski se

dodaje i konstrukcija za potporu. Printer u sebi

ima uskladitena dva materijala, jedan za izradu

modela i drugi za potpornu konstrukciju koja se

nakon toga odbacuje. Plastina nit ilimetalna icase topi i prolazi kroz glavu za trcanje koja

se kree horizontalno ili vertikalno po putanji izlijevanja koju smo definirali CAD crteom.

Materijal se lije u slojevima debljine 0,125 mm, a model se izrauje sloj po sloj od dna prema

vrhu.

Stereolitografija (engl. Stereolitography, SLA)

Stereolitografija je tehnologija aditivne proizvodnje modela kod koje se koristi podloga sa

tekuim fotopolimerom, tvz. smolom i UV laser radi izrade modela sloj po sloj. Na svakom

sloju, laserski snop iscrtava presjek modela po povrini smole. Izloenost UV laserskom

snopu uvruje presjek koji je iscrtan na smoli i spaja ga sa vrstim slojem ispod njega.

Nakon to se iscrta presjek, platforma se spusti na nie za veliinu jednog sloja, obino


6/13

0,05 mm do 0,15 mm. Onda smola ponovno prekrije model, i ponovno se iscrtava presjek

sljedeeg sloja. Nakon izrade kompletnog 3D modela, model se isti od zaostale smole, a

zatim se dodatno

uvruje u UV komori.Jedna od znaajnih

prednosti je to se eljeni

model ma koliko

kompliciran bio moe

proizvesti za jedan dan.

Modeli napravljani

stereolitografijom mogu

biti veoma znaajni poto

su dovoljno vrsti da budu

dodatno obraivani, a

mogu biti koriteni i kao kalupi za postupke izlijevanja metala i drugih materija la. Iako se

stereolitografijom mogu napraviti razliiti oblici, proces je esto veoma skup.

Otapanje elektronskom zrakom (engl. Electron Beam Melting, EBM)

EBM je tip aditivnog procesa izrade

metalnih struktura. Ovom metodom se

proizvode metalne strukture

zagrijavanjem direktno iz metalnog

praha sloj po sloj sa elektronskim

snopom u visokom vakuumu. Za razliku

od nekih drugih tehnika, dobivene

strukture imaju punu gustou, iste su

legure, bez upljina i ekstremno su jaki.

Iz tog razloga kod EBM nije potrebna

dodatna termika obrada za dobivanje punih mehanikih karakteristika dobivenih struktura.

Titanske legure se iroko koriste ovom tehnologijom, to je ini pogodnom za trite

medicinskih implatanata.


7/13

Laminiranje (engl. Laminated Object Manufacturing, LOM)

Kod LOM metode slojevi papira, plastike ili metalnih laminata se meusobno zaljepljuju i

laserom izrezuju na odgovarajui oblik. Ovaj proces se odvija sljedeim postupkom. Prvo se

list materijala premazuje

adhezivnim sredstvom (koje

povezuje jedan materijal na drugi)

uz pomo zagrijanog valjka. Zatim

laser izrezuje odgovarajui oblik i

dimenziju modela i uklanja se

viak materijala. Platforma se

pomie prema gore i pozicionira

za primanje novog sloja. Taj

proces se ponavlja dok model nije

zavren. Lom metodu karakteriziraju niska cijena zbog spremnog i gotovog sirovog

materijala, dimenzijska tonost je malo manja nego kod stereolitografije i SLS-a i bez

mogunosti izrade relativno velikih modela bez ikakvih reakcija. Takoer, papirnati modeli

imaju karakteristike sline drvetu, pa se mogu i na taj nain obraivati.

3D printanje (engl. 3D Printing, 3DP)

3D printer radi tako to uzima 3D datoteku, a zatim koristi i pravi seriju slojeva u poprenom

presjeku. Svaki sloj se onda tiska preko prethodnog kako bi se napravio 3D objekt. 3D

printeri su generalno bri, pristupaniji i jednostavniji za koritenje od ostalih aditivnih

tehnologija. Omoguuju printanje struktura i sklopova napravljenih od nekoliko materijala sa

razliitim mehanikim i fizikim karakteristikama u jednom procesu izrade.


8/13

3D PRINTANJE NA NANO SKALI

Iako se u posljednje vrijeme tehnologija 3D printanja najee dovodi u vezu s veim

industrijskim proizvodima poput kuita mobitela, alata, igraaka, printanje na nano skali

predstavlja vanu tehnologiju koja e dovesti novih siunih elektronikih ureaja poput

medicinskih implatanata za praenje zdravlja i lijeenje. Osim za medicinske svrhe ova

tehnologija se primjenjuje u mikroelektronici, gdje se jeftini polimeri koriste u proizvodnji

metalnih struktura.


9/13


10/13

PRINTERI

Photonic ProfessionalGTHigh Speed 3D Micro- and NanoprintingBrz i snaan printer sa mogunou rada na mikro i nano skali.

3Z PROZa izradu preciznih modela kompliciranih dizajna sa ultra finim detaljima i glatkom

povrinom. Gradivni materijal je vosak.


11/13

ProJet 6000 i 7000Mogunost 3D printa visoko preciznih modela uz tehnike karakteristike materijala

kao u izradi profesionalnih SLA komada. Dizajnirani su za izradu svakodnevnih

koritenih plastinih modela, ultra preciznih (prozirnih) plastinih modela za primjenu

u stomatolokim laboratorijima.

CubeJednostavan printer sa radnim volumenom 140x140x140 mm, materijalom u raznim

bojama i jednostavnou koritenja.


12/13

ZANIMLJIVOSTI

3D printerom isprintane matine stanice embrija. Znanstvenici su nedavno objavili da su

napravili veliki korak prema svetom gralu medicine uspjeli su konstruirati printer koji u tri

dimenzije tiska embrionalne matine stanice iz kojih bi se mogla razvijati cijela tkiva ili ak

organe. Printer koji je napravio tim Heriot-Watt sveuilita u Edinburghu stvara sferoide,

odnosno kuglice ivih embrionalnih matinih stanica razliitih veliina. Voditelj studije dr.

Will Wenmiao Shu kae da je tehnologija dovoljno njena da odri stanice na ivotu i

istovremeno dovoljno precizna da

stvori sferoide eljenih i jednakih

veliina. to je najvanije, otisnute

matine stanice zadravaju svoju

sposobnost da se razviju u bilo koje

tkivo. Ljudske embrionalne matine

stanice dobivaju se iz ljudskih embrija,

a mogu se razviti u sve vrste tkiva

odraslih od miia srca, preko kostiju do mozga. Ovo svojstvo ini ih idealnim za

regenerativnu medicinu, odnosno za popravljanje i zamjenu oteenih stanica, tkiva i organa.Nova metoda mogla bi se koristiti za stvaranje ljudskog tkiva u tri dimenzije, za testiranje

novih lijekova bez potrebe za pokusnim ivotinjama, za izgradnju organa bez potrebe za

darivateljima, ili pak za printanje stanica izravno u oteene dijelove tijela.

3D printerom stvorene ui kao prave. Bioinenjeri i lijenici sa sveuilitaCornell uspjeli su

uz pomo 3D printera stvoriti umjetne uke koje izgledaju i

funkcioniraju ba kao prave. U 3D printer ubacili gel sastavljen

od ivih stanica i stvorili vjerne kopije prirodnih uki. Tri mjeseca

kasnije gel se pretvorio u hrskavicu kao u pravim uima. Ovo

postignue trebalo bi vratiti nadu tisuama djece koja se raaju s

uroenom deformacijom poznatom kao mikrotija, mala ili

skvrena uka koja u ekstremnim sluajevima izaziva gluhou,

takoer i odraslima koji su u nesrei ili zbog raka izgubili uke.


13/13

3D prehrana. Hranu bismo mogli u budunosti printati. Znanstvenici sa Sveuilita Cornell u

New Yorku razvijaju 3D printer hrane. Koristio bi tinte sirovih namirnica, vi bi samo trebali

odabrati recept i kliknuti. Dosad su znanstvenici imali uspjeha samo s namirnicama koje se

mogu istisnuti iz price, poput tekueg sira, okolade ili tijesta za kolae.

Documents

Nano 3D Printer