Storskalig 3D-utskrift involverar en mängd olika tekniker och material och har använts inom många områden. Faktum är att definitionen av "stor" är relativ, och det finns ingen fast standard. Generellt sett är hus, båtar och stora möbler alla stora föremål. Storskalig 3D-utskrift har gradvis blivit mainstream på marknaden eftersom tillverkare, konstnärer och företag väljer 3D-utskrift för att möta sina storskaliga produktbehov. Utvecklare bryter steg för steg igenom storleken på 3D-skrivare, bryter igenom de tekniska gränserna och skriver ut fler och större produkter. Så vilka är tillämpningsområdena för storskalig 3D-utskrift? Hur är det med stora 3D-skrivare?
Storleken på produkten beror ofta på teknik och material och det är nödvändigt att hitta en balans mellan precision och storlek, vilket gör valet av rätt 3D-skrivare till en nyckelfaktor för framgång. Programvara spelar också en viktig roll för att skapa stora produkter, eftersom det bästa sättet att skriva ut stora objekt ofta är att skriva ut dem i bitar och sätta ihop dem. Storskaliga 3D-tryckta produkter inkluderar men är inte begränsade till följande artiklar:
●Displayer, rekvisita och skyltar
● Hus och arkitektoniska element
●Industri- och metalldelar
●Möbler och fordon
△The Naturalis Biodiversity Centre i Nederländerna har sitt eget 3D-utskriftslaboratorium och använde två Builder Extreme 1500 Pro 3D-skrivare för att göra en kopia av Tyrannosaurus rex
●Ett dinosauriemuseum utan Tyrannosaurus rex är verkligen inte ett riktigt museum! Baserat på en 3D-skanning av ett faktiskt T. rex-fossil, skrev Japan Dinosaur Museum 3D ut den 12-meterlånga, 5-meterhöga kopian som en stor del utskriven med två Builder Extreme storskaliga 3D-skrivare som använder PLA plastfilament.
●Museumkuratorer, filmdesigner och rekvisita, nöjesparker, konferens- och världsutställningstillverkare, etc. väljer också 3D-skrivare i storformat för att påskynda produktionen. Förutom snabbhet och kostnadsfördelar, spelar datorstödd design (CAD) också en roll Stor effekt, behöver inte längre någon konstgjord skulptur eller sekundär skapande. Dessutom finns ett stort utbud av material tillgängliga, från ultralätt skum till extremt hållbart kolfiberfyllt nylon.
△Konstnären täcker gips över en 17-fot hög 3D-printad kopia av Michelangelos David återskapad för Expo 2020 Dubai
●Denna 17-fot höga 3D-printade Michelangelos David visades upp på Expo 2020 Dubai för att främja turism i Florens. Det är omöjligt för en tillräckligt stor polymer 3D-skrivare att producera en enda replika i ultrafin detalj, så den delades upp i 14 utskrivbara delar och sattes sedan ihop för hand, med den marmorerade utsidan handmålad. Inuti den 3D-printade David finns en gitternätstruktur som hjälper till att hålla sin vikt på bara 550 kg, men som ändå har styrkan att packa och skicka på rätt sätt.
△Tysklands stilar Werbetechnik använder Tractus3D storskaliga FDM-skrivare för att producera upplysta skyltbokstäver snabbare än traditionella metoder
●Styles Werbetechnik, ett tyskt skyltproduktionsföretag, valde storskalig 3D-utskriftsteknik för att tillverka utomhusskyltar. Företaget ville inte bara påskynda produktionen, utan det ville också göra brevtillverkning internt, snarare än att förlita sig på standardbrevdesign från utländska producenter. Företaget säger att användning av polymer FDM-utskrift erbjuder obegränsade designmöjligheter för tillverkning av konturerade bokstäver. Till exempel är bokstavsdjupet för upplysta skyltar begränsat till minst 60 mm i traditionella metoder, men kan minskas till 30 mm vid 3D-utskrift. De kan även köra kvällar och helger, vilket påskyndar produktionstiderna eftersom 3D-skrivarna inte behöver skötas under processen.
△Smithsonian Museum 3D skrev ut 120 statyer i naturlig storlek av kvinnliga ledare inom STEM-området
År 2022 öppnade Smithsonian Institution i Washington, DC en utställning som hedrar kvinnliga vetenskapsmän, inklusive 120 3D-utskrivna statyer i naturlig storlek. Kallad "IfThenSheCan – The Exhibit", det är den största samlingen av kvinnliga statyer någonsin, som var och en har tryckts med FDM-teknik.
hus och arkitektoniska element
När det kommer till storskaliga 3D-printprojekt är naturligtvis bostadsprojekt oumbärliga. Medan få byggnader uteslutande är 3D-utskrivna (ofta kräver eller innehåller strukturella stöd såsom stålarmering eller traditionella träkonstruktioner), kan 3D-utskrift fungera på grund av dess hastighet, arbetsbesparingar och strukturella hållbarhet. För hem och hotell. Den globala byggmarknaden för 3D-utskrift förväntas växa med nästan 20 procent under de kommande fem åren.
●Tvåvåningsbyggnaden på bilden nedan färdigställdes gemensamt av arkitektoniska design- och ingenjörsföretagen Hannah and Cive och Peri 3D Construction, som tillhandahållit 3D-skrivare. Huset på 4,000-kvadratfot har sålts till en anonym budgivare och kommer att ta totalt två år att färdigställa. Peris Cobod Bod2 portalskrivare, den ledande skrivaren inom 3D-utskriftsarkitektur, används för att extrudera specialiserade betongblandningar för att skapa trapphus och andra funktionella strukturer, och totalt 330 timmar skrevs ut på detta projekt.
bild
△Det första helt 3D-utskrivna tvåvåningshuset i USA ligger i Houston
●Förutom att bygga byggnader används 3D-skrivare i stor utsträckning för arkitektoniska element, inklusive fasader och historiska detaljer för restaurering, och för inredning, inklusive väggar, displayer och rumsavdelare. Det finns till och med 3D-tryckta golv, 3D-tryckta broar och 3D-tryckta konstgjorda korallrev. Betongliknande material är inte det enda alternativet i konstruktion, polymerer spelar också en roll. Branch Technology är specialiserat på storskalig 3D-utskrift med hjälp av robotpolymerextruder, vilket skapar allt från skulpturer till rymdmiljöer. Dess innovativa byggnadspanelsystem kallat BranchClad öppnar nya möjligheter för att bygga fasader. Se bara på månytan installerad på den operativa sidan av US Space and Rocket Centers nya rymdläger (nedan). Skapad med hjälp av digitala skanningar av månen, uppvisar fasaderna en häpnadsväckande trohet mot månens yta. Månmönstrets positiva form 3D-printades och målades sedan med ett stuckaturmaterial.
bild
△Branch Technologys nya 3D-printade månvägg är installerad på sidan av US Space and Rocket Centers nya rymdlägerverksamhet
Industri- och metalldelar
bild
△Relativity Spaces Stargate metall 3D-skrivare
●Rakettillverkaren Relativity Space hävdar att dess 3D-printade raket Terran 1 är den största enskilda 3D-tryckta strukturen någonsin, den är 35,2 meter hög och 2,3 meter i diameter. Företagets nästa generations raket, Terran R, är lika stor. Båda är 3D-utskrivna på egen metall med hjälp av företagets Stargate 3D-skrivare, med hjälp av robotstyrd energideponeringsteknik. Relativity Space sa att raketens förmåga att motstå uppskjutningens påfrestningar var en enorm vinst, vilket visar den strukturella integriteten hos dess metall 3D-utskriftsmetod.
bild
△Drottning Maxima av Nederländerna öppnade officiellt MX3D-metall 3D-utskriftsbron.
●Metallbron över Amsterdam-kanalen designad av Joris Laarmans laboratorium trycktes av MX3D med hjälp av robotbågetillverkningstekniken. Den 12-meterlånga "smarta bron" i rostfritt stål inkluderar ett inbyggt sensornätverk för att hjälpa Amsterdam-forskare att studera IoT-systemens roll i den byggda miljön. Utvecklad med generativ design och topologioptimeringstekniker, är strukturen extremt lätt. MX3D-bron visar också upp tillämpningen av 3D-utskrift av metall i konst och skulptur.
●Nedan är ytterligare ett MX3D-utskriftsverk installerat av konstnärerna Mariagrazia Abbaldo och Paolo Albertelli i Turin, Italiens kungliga trädgård. Den 880 kg långa skulpturen, kallad "The Whale Passage", visar fenorna på en val som passerar från marken. Alla modeller som gjordes under detta projekt 3D-printades.
bild
△"Whale Pass" designades av Mariagrazia Abbaldo och Paolo Albertelli, och 3D-tryckt av MX3D
●Stor 3D-utskrift av metall kan användas i många industrier, med företag inom marin-, olje- och gasindustrin och tung anläggningsutrustning som kan producera stora delar snabbare, ofta på plats. Till exempel 3D-printades den marina propellern nedan med WAAM-teknik för att producera en nästan nätform, som sedan bearbetades till snävare toleranser. I det här fallet ersätter WAAM smide och kan göras närmare där det behövs, med mindre råmaterial.
bild
△Denna marinpropeller är ett av de första exemplen på industriell tillämpning av WAAM-teknik
●3D-utskrift av metall kan också minska vikten på delar, eftersom 3D-utskrift kan producera former som inte kan uppnås genom smidning eller gjutning. Flygplanets landningsställsdel (nedan), som mäter 455 x 295 x 805 mm, är världens första laserpulverbäddfusion 3D-utskrivna del, enligt skrivartillverkaren SLM Solutions. Delen är inte bara 15 procent lättare än traditionella smidda delar, utan tekniken minskar också handläggningstiden. Eftersom komponenten är en del av ett system som överför laster från hjulen till flygplanets struktur, är den tillverkad av titan för styrka. Materialvalet ger delen starka mekaniska egenskaper samtidigt som den är korrosionsbeständig utan behov av beläggning, tryckt med en fyrlaser SLM 800 3D-skrivare. "Additiv tillverkning hjälper till att spara tid i kvalificerings- och certifieringsfasen genom att snabbt leverera delar för testning. Vi kan producera viktiga komponenter inom några dagar. Att använda smidesprocessen tar flera månader."
bild
△3D-printade främre landningsställsdelar för privata jetplan
3D-utskrift av stora formar för gjutning av metalldelar är en viktig tillämpning av storskalig 3D-utskrift. För industriella metalldelar som måste gjutas är steget för tillverkning av formen mödosamt och tidskrävande. Med sand 3D-skrivare kan tillverkare 3D-printa sandgjutgods och formar direkt utan behov av fullskaliga modeller. Voxlejets VX4000 är världens största 3D-skrivare för sandgjutning, och den använder bindemedelsstråleteknik för att producera inte bara enorma formar, utan tusentals av dem i en enda utskriftsprocess.
bild
△Voxlejets VX4000-skrivare (Källa: Voxeljet)
möbler och fordon
bild
△En stol tillverkad i ett stycke med en WASP 3D-skrivare.
●Inredningsarkitekter väljer också gradvis 3D-utskrift i storformat för att förverkliga komplexa mönster och använda unika material. Polymerer, särskilt återvunnen plast, är de mest använda materialen för 3D-printade möbler, men betong och metall kan också användas. Denna skolbänk i barnstorlek i Gambia (nedan) är ett exempel på 3D-utskrift som tillgodoser ett praktiskt behov. Denna design är lätt och hållbar och kan tillverkas av återvunnen plast, vilket också löser problemet med plastavfall. Modellen trycktes på en Magnum 3D-skrivare på The Industry Sweden i PETG-plast, vanligen använd i dryckesflaskor.
bild
△ Prototypbord för att testa 3D-printat skolmöbelkoncept i Gambia, eventuellt med återvunnen plast
●Det finns otaliga exempel på vackra 3D-printade stolar och bord, inklusive NYXO Visionary Designs (nedan) härliga samling av soffbord gjorda av lätt skummad PLA tryckta på en Colossus XS 3D-skrivare.
bild
△Skulpturbordsserien Primavera designades av det Dubai-baserade arkitekt- och produktdesignföretaget NYXO Visionary Design och trycktes med ColorFabb PLA på en Colossus XS-skrivare (Källa: Colossus)
Att gå in i Guinness Book of World Records som både den största 3D-utskrivna båten och det största fysiskt 3D-utskrivna objektet hittills är den 3D-printade båten på bilden nedan, som är 7,72 meter lång. Båten trycktes 2019 av Center for Advanced Structures and Composites vid University of Maine. Den är gjord av plast och träcellulosa. Det tog bara 72 timmar att 3D-printa och väger 2,2 ton.
bild
△En helt 3D-printad båt i naturlig storlek producerad av University of Maine
●Cykeltillverkare har också valt 3D-utskriftsteknik för att lösa svetsproblem i sin tillverkningskedja. En 3D-utskriven ram i ett stycke sparar inte bara tid, den möjliggör nya grader av designfrihet som inte begränsas av strukturella fogar. Cykeltillverkaren har tagit fram modeller i titan, stål och kolfiberkompositer. Den stålramade e-cykeln nedan från Urwahn massproducerades med 3D-utskrift av metall för att uppnå en balans mellan form, funktion, lättviktskonstruktion och material. Särskilda resårer i bakstycket hänger upp bakhjulen och genererar en ny typ av åkkomfort, medan stålramen integrerar motor och batteri, säger företaget.
bild
△Urwahns 3D-printade elcykel i stålram
Designtips och programvara för stora tryck
bild
△Den 30-fot höga 3D-utskrivna statyn är sammansatt av 365 individuella 3D-utskrivna delar, och varje del tar 28 timmar att skriva ut på 55 3D-skrivare
3D-utskrift i ett stycke är ofta idealiskt eftersom det eliminerar monteringsarbete, påskyndar produktionen och förbättrar strukturell integritet eftersom det inte finns några sömmar eller ytor. Men om det utskrivna objektet är så stort att du behöver dela upp det i flera delar, hur delar du upp modellen i 3D-utskrifter?
●För att slutföra stora 3D-utskrifter kan du dela upp modellen direkt i CAD-programvara (som Fusion360 eller Solid Works), vilket har fördelen att du kan designa vissa monterings- och inriktningshjälpmedel, såsom spikar, stötar och spår, läppar, eller hål och slitsar;
●Om du bara ska limma ihop stora föremål eller använda skruvar (endast för starkare material som kolfiberfylld nylon) kan du överlåta klyvningsoperationen till ett skärverktyg som Cura. Segmentering är snabb och automatiserad med hjälp av Curas mesh-verktyg;
● När du manuellt segmenterar den digitala modellen, undvik att gå direkt genom detaljområden eller stödområden. undvik splittring vid den svagaste punkten i designen,
Nämligen de områden som är mycket tunnare än resten av modellen.
Topp stor 3D-skrivare
bild
△GEFERTEC Arc60x WAAM Metal 3D-skrivare (Källa: Gefertec)
Om du vill använda en 3D-skrivare för att skapa delar som stora plastdelar, rekvisita och skyltar, kan du använda filament-3D-skrivare i storformat, som i huvudsak är desamma som stationära filamentskrivare. Vissa skrivare kan skriva ut med hållbara material av teknisk kvalitet.
Om du vill bli större än de största FDM-skrivarna (plus 1 600 x 1 200 x 1 300), behöver du en 3D-skrivare med robotarm, en robotarm med ett extruderhuvud fäst i änden. De kan placeras på skenor eller överliggande portal, så i teorin är det möjligt att skriva ut till storleken på tillgängliga skenor. Guinness världsrekord för den största 3D-skrivaren är en portalextruderingshuvudenhet vid University of Maine, som kan nå 30,000 x 6 700 x 3,000 mm. Den här skrivaren är dock inte till salu. En annan fördel med robotarmsskrivare är att de ofta skriver ut med polymerer i en mer ekonomisk pelletsform
Resin 3D-utskrifter kan i allmänhet inte vara större än 1,000mm, med några få undantag som Kings 1700 Pro och 3D Systems ProX 950 på grund av de extremt långa utskriftstiderna. Harts tar vanligtvis längre tid än FDM.
bild
△Medelstor betong 3D-skrivare utmärker sig i storformatskonstapplikationer
Betong 3D-skrivare är en blomstrande marknad, inte bara för hembyggen, utan för alla typer av betongformar, möbler, konstruktioner och till och med krukor och skulpturer. 3D-utskrift av mycket stora metalldelar uppnås ofta med en riktad energideposition 3D-utskriftsteknik som till exempel elektrisk ljusbågetillverkning (WAAM). Dessa metoder använder ett 3D-skrivhuvud monterat på en robotarm, som har en bred räckvidd och begränsas endast av armens storlek.
