שדות יישומים וסטטוס קוו של הדפסת תלת מימד בקנה מידה גדול

הדפסת תלת מימד בקנה מידה גדול כרוכה במגוון טכנולוגיות וחומרים, ומיושמת בתחומים רבים. למעשה, ההגדרה של "גדול" היא יחסית, ואין תקן קבוע. באופן כללי, בתים, סירות ורהיטים גדולים הם כולם פריטים גדולים. הדפסת תלת מימד בקנה מידה גדול הפכה בהדרגה למיינסטרים בשוק כאשר יצרנים, אמנים ועסקים בוחרים בהדפסת תלת מימד כדי לענות על צורכי המוצרים בקנה מידה גדול שלהם. מפתחים פורצים צעד אחר צעד את הגודל של מדפסות תלת מימד, פורצים את הגבולות הטכניים ומדפיסים מוצרים נוספים וגדולים יותר. אז מהם תחומי היישום של הדפסת תלת מימד בקנה מידה גדול? מה לגבי מדפסות תלת מימד גדולות?

גודל המוצר תלוי פעמים רבות בטכנולוגיה ובחומרים, ויש צורך למצוא איזון בין דיוק לגודל, מה שהופך את הבחירה במדפסת התלת מימד הנכונה לגורם מפתח להצלחה. לתוכנה יש גם תפקיד חשוב ביצירת מוצרים גדולים, שכן הדרך הטובה ביותר להדפיס חפצים גדולים היא לרוב להדפיס אותם בחלקים ולהרכיב אותם. מוצרים מודפסים בתלת מימד בקנה מידה גדול כוללים בין היתר את הפריטים הבאים:
●תצוגות, אביזרים ושילוט
● בתים ואלמנטים אדריכליים
●חלקי תעשייה ומתכת
●רהיטים וכלי רכב

△למרכז המגוון הביולוגי של Naturalis בהולנד יש מעבדת הדפסת תלת מימד משלו והשתמש בשתי מדפסות תלת מימד Builder Extreme 1500 Pro כדי ליצור העתק של טירנוזאורוס רקס

●מוזיאון דינוזאורים ללא טירנוזאורוס רקס הוא בהחלט לא מוזיאון אמיתי! בהתבסס על סריקה תלת-ממדית של מאובן T. rex בפועל, מוזיאון הדינוזאור של יפן בתלת-ממד הדפיס את ההעתק באורך 12-מטר בגובה 5-מטר כחלק גדול שהודפס באמצעות שני Builder Extreme בקנה מידה גדול מדפסות תלת מימד באמצעות נימה פלסטית PLA.

●אוצרי מוזיאון, מעצבי תפאורה ואביזרים לסרטים, פארקי שעשועים, יצרני תצוגות כנסים ו-World Expo וכו' בוחרים גם במדפסות תלת מימד בפורמט גדול כדי להאיץ את הייצור. בנוסף ליתרונות המהירות והעלות, תוכנת עיצוב בעזרת מחשב (CAD) משחקת תפקיד גם אפקט גדול, כבר לא צריך שום פיסול מלאכותי או יצירה משנית. בנוסף, מגוון עצום של חומרים זמין, מקצף קל במיוחד ועד ניילון עמיד במיוחד במילוי סיבי פחמן.

△האמן מכסה גבס על 17-רפליקה מודפסת תלת-ממדית בגובה 17-מטר של דיוויד של מיכלאנג'לו שיוצר מחדש עבור אקספו 2020 דובאי

●דיוויד של מיכלאנג'לו, המודפס בתלת-ממד בגובה 17-מטר, הוצג ב-Expo 2020 דובאי כדי לקדם את התיירות בפירנצה. זה בלתי אפשרי שמדפסת תלת מימד פולימרית גדולה מספיק תייצר העתק בודד בפרטים עדינים במיוחד, אז היא חולקה ל-14 חלקים הניתנים להדפסה ואז הורכבה ביד, כשהחלק החיצוני המשויש נצבע ביד. בתוך דוד המודפס בתלת מימד נמצא מבנה רשת סריג המסייע לשמור על משקלו על 550 ק"ג בלבד, אך עם זאת יש לו את הכוח לארוז ולשלוח כמו שצריך.

△סגנונות Werbetechnik של גרמניה משתמשת במדפסות FDM בקנה מידה גדול של Tractus3D כדי לייצר אותיות שלט מוארות מהר יותר משיטות מסורתיות

●Styles Werbetechnik, חברת ייצור שילוט גרמנית, בחרה בטכנולוגיית הדפסה תלת מימדית בקנה מידה גדול לייצור שלטי חוץ. לא רק שהחברה רצתה להאיץ את הייצור, אלא שהיא גם רצתה לעשות מכתבים בעצמה, במקום להסתמך על עיצובי מכתבים סטנדרטיים של יצרנים בחו"ל. החברה אומרת ששימוש בהדפסת פולימר FDM מציעה אפשרויות עיצוב בלתי מוגבלות לייצור אותיות עם קווי מתאר. לדוגמה, עומק האותיות עבור שילוט מואר מוגבל למינימום של 60 מ"מ בשיטות מסורתיות, אך ניתן להקטין ל-30 מ"מ בהדפסת תלת מימד. הם יכולים גם להפעיל בערבים ובסופי שבוע, ולהאיץ את זמני הייצור מכיוון שאין צורך לטפל במדפסות התלת מימד במהלך התהליך.

△מוזיאון הסמיתסוניאן בתלת-ממד הדפיס 120 פסלים בגודל טבעי של מנהיגות נשים בתחום ה-STEM

בשנת 2022, מכון סמיתסוניאן בוושינגטון הבירה פתח תערוכה לכבוד נשים מדעניות, כולל 120 פסלים בגודל טבעי מודפס בתלת מימד. המכונה "IfThenSheCan – The Exhibit", זהו האוסף הגדול ביותר אי פעם של פסלי נשים, שכל אחד מהם הודפס באמצעות טכנולוגיית FDM.

בתים ואלמנטים אדריכליים

כשמדובר בפרויקטים של הדפסת תלת מימד בקנה מידה גדול, כמובן שפרויקטי דיור הם הכרחיים. בעוד שבניינים מעטים מודפסים באופן בלעדי בתלת-ממד (לעתים קרובות דורשים או משלבים תומכים מבניים כגון חיזוק פלדה או מבני עץ מסורתיים), הדפסת תלת-ממד יכולה לשמש בשל המהירות, החיסכון בעבודה והעמידות המבנית שלה. לבית ולמלון. שוק הדפסת תלת מימד לבנייה העולמי צפוי לצמוח בכמעט 20 אחוז במהלך חמש השנים הקרובות.

●הבניין בן שתי הקומות שבתמונה למטה הושלמה במשותף על ידי חברות התכנון וההנדסה הארכיטקטוני Hannah and Cive ו-Peri 3D Construction, שסיפקו מדפסות תלת מימד. הבית בשטח של 4,000-מ"ר נמכר למציע אנונימי וייקח שנתיים לסיום. מדפסת הגנטי Cobod Bod2 של פרי, המדפסת המובילה בארכיטקטורת הדפסת תלת מימד, משמשת להוצאת תערובות בטון מיוחדות ליצירת חדרי מדרגות ומבנים פונקציונליים אחרים, ובסך הכל הודפסו 330 שעות בפרויקט זה.

תְמוּנָה
△הבית הראשון בן שתי קומות מודפס בתלת מימד בארצות הברית ממוקם ביוסטון

●בנוסף לבניית מבנים, מדפסות תלת מימד נמצאות בשימוש נרחב עבור אלמנטים אדריכליים, כולל חזיתות ומאפיינים היסטוריים לשיקום, ולעיצוב פנים, לרבות קירות, תצוגות ומחלקי חדרים. יש אפילו רצפות מודפסות בתלת מימד, גשרים מודפסים בתלת מימד ושוניות אלמוגים מלאכותיות מודפסות בתלת מימד. חומרים דמויי בטון הם לא האופציה היחידה בבנייה, גם לפולימרים יש תפקיד. Branch Technology מתמחה בהדפסת תלת מימד בקנה מידה גדול באמצעות מכבשי פולימר רובוטיים, היוצרים הכל מפסלים ועד בתי גידול בחלל. מערכת פאנל הבניין החדשנית שלה בשם BranchClad פותחת הזדמנויות חדשות לחזיתות בנייה. רק תסתכל על פני הירח המותקן בצד המבצעי של מחנה החלל החדש של מרכז החלל והרקטות האמריקאי (להלן). נוצרו באמצעות סריקות דיגיטליות של הירח, החזיתות מפגינות נאמנות מדהימה לפני הירח. התבנית החיובית של תבנית הירח הודפסה בתלת מימד ולאחר מכן נצבעה בחומר טיח.

תְמוּנָה
△קיר הירח החדש של Branch Technology מודפס בתלת מימד מותקן בצד המבצע החדש של מרכז החלל והרקטות האמריקאי

חלקי תעשייה ומתכת

תְמוּנָה
△מדפסת תלת מימד מתכת Stargate של Relativity Space

● יצרנית הרקטות Relativity Space טוענת כי הרקטה המודפסת בתלת-ממד שלה Terran 1 היא המבנה המודפס בתלת-ממד הגדול ביותר אי פעם, גובהו 35.2 מטרים וקוטרו 2.3 מטרים. טיל הדור הבא של החברה, ה-Terran R, גדול באותה מידה. שניהם מודפסים בתלת מימד על מתכת קניינית באמצעות מדפסת התלת מימד Stargate של החברה, תוך שימוש בטכנולוגיית שקיעת אנרגיה מכוונת רובוטית. מרחב היחסות אמר כי יכולתה של הרקטה לעמוד בלחץ של השיגור הייתה ניצחון ענק, המדגים את השלמות המבנית של שיטת ההדפסה התלת-ממדית המתכתית שלה.

תְמוּנָה
△מלכת מקסימה מהולנד פתחה רשמית את גשר ההדפסה התלת מימדית המתכתית MX3D.

●גשר המתכת על פני תעלת אמסטרדם שתוכנן על ידי המעבדה של Joris Laarman הודפס על ידי MX3D באמצעות טכנולוגיית ייצור תוסף קשת רובוטית. "הגשר החכם" מפלדת אל-חלד באורך 12-מטר, כולל רשת חיישנים משובצת כדי לעזור לחוקרים באמסטרדם לחקור את תפקידן של מערכות ה-IoT בסביבה הבנויה. המבנה, שפותח תוך שימוש בטכניקות אופטימיזציה של עיצוב גנרטיבי וטופולוגיה, קל משקל במיוחד. גשר MX3D מציג גם את היישום של הדפסת תלת מימד מתכת באמנות ובפיסול.

●להלן עוד עבודת הדפסה MX3D שהותקנה על ידי האמנים Mariagrazia Abbaldo ו-Paolo Albertelli בטורינו, הגן המלכותי של איטליה. הפסל, שזכה לכינוי "מעבר הלוויתן", במשקל 880 ק"ג מציג סנפירים של לוויתן חולף מהקרקע. כל הדגמים שנוצרו במהלך פרויקט זה הודפסו בתלת מימד.

תְמוּנָה
△"לווייתן מעבר" עוצב על ידי Mariagrazia Abbaldo ו-Paolo Albertelli, והודפס בתלת מימד על ידי MX3D

● ניתן להשתמש בהדפסת תלת מימד מתכת גדולה בתעשיות רבות, כאשר חברות בתעשיות ימיות, נפט וגז וציוד בנייה כבד מסוגלות לייצר חלקים גדולים יותר מהר יותר, לרוב באתר. לדוגמה, המדחף הימי שלמטה הודפס בתלת-ממד באמצעות טכנולוגיית WAAM כדי לייצר צורה כמעט נטו, אשר לאחר מכן עברה במכונה לסובלנות הדוקה יותר. במקרה זה, WAAM מחליף פרזול וניתן לבצע אותו קרוב יותר למקום הדרוש, תוך שימוש בפחות חומר גלם.

תְמוּנָה
△מדחף ימי זה הוא אחת הדוגמאות הראשונות ליישום תעשייתי של טכנולוגיית WAAM

● הדפסת תלת מימד מתכת יכולה גם להפחית את משקל החלקים, מכיוון שהדפסת תלת מימד יכולה לייצר צורות שלא ניתן להשיג על ידי חישול או יציקה. חלק גלגלי הנחיתה של המטוס (למטה), בגודל 455 x 295 x 805 מ"מ, הוא החלק הראשון בעולם המודפס במיטת אבקת לייזר היתוך תלת מימדית, לפי יצרנית המדפסות SLM Solutions. לא רק שהחלק קל יותר ב-15 אחוז מחלקים מחושלים מסורתיים, אלא שהטכנולוגיה גם מפחיתה את זמן האספקה. מכיוון שהרכיב הוא חלק ממערכת המעבירה עומסים מהגלגלים למבנה המטוס, הוא עשוי מטיטניום לצורך חוזק. בחירת החומרים מעניקה לחלק תכונות מכניות חזקות תוך שהוא עמיד בפני קורוזיה ללא צורך בציפוי, מודפס באמצעות מדפסת SLM 800 3D מרובעת לייזר. "ייצור תוסף עוזר לחסוך זמן בשלב ההסמכה וההסמכה על ידי אספקה ​​מהירה של חלקים לבדיקה. אנו מסוגלים לייצר רכיבים עיקריים תוך מספר ימים, השימוש בתהליך הפרזול אורך מספר חודשים."

תְמוּנָה
חלקי נחיתה קדמיים מודפסים בתלת מימד למטוסים פרטיים

הדפסת תלת מימד תבניות גדולות ליציקת חלקי מתכת היא יישום חשוב של הדפסת תלת מימד בקנה מידה גדול. עבור חלקי מתכת תעשייתיים שיש ליצוק, שלב ייצור התבנית הוא עמל וגוזל זמן. עם מדפסות תלת מימד של חול, היצרנים יכולים להדפיס תלת מימד יציקות ותבניות חול ישירות ללא צורך בדגמים בקנה מידה מלא. ה-VX4000 של Voxlejet היא מדפסת התלת מימד הגדולה בעולם ליציקת חול, והיא משתמשת בטכנולוגיית הזרקת קלסר כדי לייצר לא רק תבניות ענק, אלא אלפים מהן בתהליך הדפסה אחד.

תְמוּנָה
△מדפסת VX4000 של Voxlejet (מקור: Voxeljet)

רהיטים וכלי רכב

תְמוּנָה
△כיסא המיוצר מקשה אחת באמצעות מדפסת תלת מימד WASP.

● גם מעצבי פנים בוחרים בהדרגה בהדפסת תלת מימד בפורמט גדול כדי לממש עיצובים מורכבים ושימוש בחומרים ייחודיים. פולימרים, במיוחד פלסטיק ממוחזר, הם החומרים הנפוצים ביותר עבור רהיטים מודפסים בתלת מימד, אך ניתן להשתמש גם בבטון ומתכת. שולחן בית ספר זה בגודל ילד בגמביה (למטה) הוא דוגמה להדפסת תלת מימד הנותנת מענה לצורך מעשי. קל משקל ועמיד, עיצוב זה יכול להיות מיוצר מפלסטיק ממוחזר, גם פותר את בעיית פסולת הפלסטיק. הדגם הודפס במדפסת Magnum 3D ב-The Industry Sweden בפלסטיק PETG, המשמש בדרך כלל בבקבוקי משקה.

תְמוּנָה
△ שולחנות אב טיפוס לבדיקת רעיון ריהוט בית ספר מודפס בתלת מימד בגמביה, אולי באמצעות פלסטיק ממוחזר

●יש אינספור דוגמאות של כיסאות ושולחנות יפים בהדפסת תלת מימד, כולל האוסף המקסים של שולחנות קפה של NYXO Visionary Design (למטה) העשויים מ-PLA מוקצף קל משקל המודפס במדפסת תלת מימד של Colossus XS.

תְמוּנָה
△סדרת שולחנות הפיסול של Primavera עוצבה על ידי חברת האדריכלות ועיצוב המוצר NYXO Visionary Design מדובאי והודפסה באמצעות ColorFabb PLA במדפסת Colossus XS (מקור: Colossus)

כניסה לספר השיאים של גינס גם בתור הסירה המודפסת בתלת-ממד הגדולה ביותר וגם כאובייקט המודפס בתלת-ממד הגדול ביותר עד כה היא הסירה המודפסת בתלת-ממד בתמונה למטה, שאורכה 7.72 מטרים. הסירה הודפסה בשנת 2019 על ידי המרכז למבנים וחומרים מתקדמים באוניברסיטת מיין. הוא עשוי מפלסטיק ותאית עץ. זה לקח רק 72 שעות להדפסה תלת מימדית ומשקלו 2.2 טון.

תְמוּנָה
△סירה מודפסת תלת מימדית בגודל טבעי המיוצרת על ידי אוניברסיטת מיין

●יצרני אופניים בחרו גם בטכנולוגיית הדפסת תלת מימד כדי לפתור בעיות ריתוך בשרשרת הייצור שלהם. מסגרת מודפסת תלת מימדית מקשה אחת לא רק חוסכת זמן, היא מאפשרת דרגות חדשות של חופש עיצובי שאינן מוגבלות על ידי חיבורים מבניים. יצרנית האופניים ייצרה דגמים ברכיבי טיטניום, פלדה וסיבי פחמן. האופניים האלקטרוניים עם מסגרת פלדה למטה מ-Urwahn יוצרו בהמוניהם באמצעות הדפסת מתכת תלת מימדית כדי להשיג איזון בין צורה, תפקוד, בנייה קלה וחומרים. אלסטיות מיוחדות בחלק האחורי תלויות את הגלגלים האחוריים ומייצרות סוג חדש של נוחות נסיעה, בעוד שמסגרת הפלדה משלבת את המנוע והסוללה, אומרת החברה.

תְמוּנָה
△אופניים חשמליים עם מסגרת פלדה מודפסת בתלת מימד של Urwahn

טיפים לעיצוב ותוכנה להדפסות גדולות

תְמוּנָה
△הפסל המודפס בתלת-ממד 30-בגובה מטר מורכב מ-365 חלקים נפרדים מודפסים בתלת-ממד, וכל חלק נמשך 28 שעות להדפיס במדפסות 55 3D

הדפסת 3D מקשה אחת היא לרוב אידיאלית מכיוון שהיא מבטלת את עבודת ההרכבה, מזרזת את הייצור ומשפרת את השלמות המבנית מכיוון שאין תפרים או משטחים. עם זאת, אם האובייקט המודפס כל כך גדול שצריך לפצל אותו למספר חלקים, איך מפצלים את הדגם להדפסות תלת מימד?

●כדי להשלים הדפסת תלת מימד גדולה, ניתן לפצל את הדגם ישירות בתוכנת CAD (כגון Fusion360 או Solid Works), אשר היתרון בכך שהוא מאפשר לעצב כמה עזרי הרכבה ויישור, כגון מסמרים, בליטות וחריצים, שפתיים, או חורים וחריצים;

●אם אתה רק מתכוון להדביק חפצים גדולים זה לזה או להשתמש בברגים (רק לחומרים חזקים יותר כגון ניילון במילוי סיבי פחמן), אתה יכול להשאיר את פעולת הפיצול לכלי פריסה כמו Cura. הפילוח מהיר ואוטומטי באמצעות כלי הרשת של Cura;

● בעת פילוח ידני של המודל הדיגיטלי, הימנע מלעבור ישירות דרך אזורי פירוט או אזורי תמיכה. להימנע מפיצול בנקודה החלשה ביותר בעיצוב,

כלומר אותם אזורים שהם הרבה יותר דקים משאר הדגם.

מדפסת תלת מימד גדולה בגודל גדול

תְמוּנָה
△מדפסת תלת מימד מתכת GEFERTEC Arc60x WAAM (מקור: Gefertec)

אם ברצונך להשתמש במדפסת תלת מימד כדי ליצור חלקים כגון חלקי פלסטיק גדולים, אביזרים ושלטים, תוכל להשתמש במדפסות תלת מימד נימה בפורמט גדול, שהן בעצם זהות למדפסות נימה שולחניות. מדפסות מסוימות יכולות להדפיס עם חומרים עמידים ברמה הנדסית.

אם אתה רוצה להיות גדול יותר ממדפסות ה-FDM הגדולות ביותר (בתוספת 1,600 x 1,200 x 1,300), תזדקק למדפסת תלת-ממדית עם זרוע רובוטית, זרוע רובוטית עם ראש אקסטרודר מחובר לקצה. ניתן למקם אותם על מסילות או על גגון עילי, כך שבתיאוריה, ניתן להדפיס לפי גודל המסילות הזמינות. שיא גינס למדפסת התלת-ממד הגדולה ביותר הוא מכלול ראשי אקסטרוזיה באוניברסיטת מיין, שיכול להגיע ל-30,000 x 6,700 x 3,000 מ"מ. עם זאת, מדפסת זו אינה למכירה. יתרון נוסף של מדפסות זרוע רובוטיות הוא שלעתים קרובות הן מדפיסות באמצעות פולימרים בצורת גלולה חסכונית יותר

הדפסות תלת מימד של Resin בדרך כלל לא יכולות להיות גדולות מ-1,000 מ"מ, למעט כמה יוצאי דופן כגון Kings 1700 Pro ו-3D Systems ProX 950 עקב זמני ההדפסה הארוכים במיוחד. שרף בדרך כלל לוקח יותר זמן מאשר FDM.

תְמוּנָה
△מדפסת תלת מימד מבטון בגודל בינוני מצטיינת ביישומי אמנות בפורמט גדול

מדפסות תלת מימד בטון הן שוק פורח, לא רק לבניית בית, אלא לכל סוג של טפסות בטון, ריהוט, בנייה ואפילו עציצים ופסלים. הדפסת תלת מימד חלקי מתכת גדולים מאוד מושגת לעתים קרובות עם טכניקת הדפסה תלת מימדית של השקעת אנרגיה מכוונת כגון ייצור תוסף קשת חשמלית (WAAM). בשיטות אלו נעשה שימוש בראש הדפסה תלת מימדית המותקן על זרוע רובוטית, בעל טווח הגעה רחב ומוגבלת רק על ידי גודל הזרוע.