Veľkoplošná 3D tlač zahŕňa množstvo technológií a materiálov a bola aplikovaná v mnohých oblastiach. V skutočnosti je definícia „veľkého“ relatívna a neexistuje žiadny pevný štandard. Všeobecne povedané, domy, lode a veľký nábytok sú veľké predmety. 3D tlač vo veľkom meradle sa postupne stala na trhu hlavným prúdom, pretože výrobcovia, umelci a podniky si vyberajú 3D tlač, aby splnili svoje potreby týkajúce sa produktov vo veľkom meradle. Vývojári krok za krokom prerazia veľkosť 3D tlačiarní, prelomia technické hranice a tlačia čoraz väčšie produkty. Aké sú teda oblasti použitia veľkoplošnej 3D tlače? A čo veľké 3D tlačiarne?
Veľkosť produktu často závisí od technológie a materiálov a je potrebné nájsť rovnováhu medzi presnosťou a veľkosťou, čo robí výber správnej 3D tlačiarne kľúčovým faktorom úspechu. Softvér tiež zohráva dôležitú úlohu pri vytváraní veľkých produktov, pretože najlepší spôsob tlače veľkých objektov je často vytlačiť ich po častiach a zostaviť ich. Veľkoplošné 3D tlačené produkty zahŕňajú, ale nie sú obmedzené na nasledujúce položky:
● Displeje, rekvizity a značenie
● Domy a architektonické prvky
●Priemyselné a kovové časti
●Nábytok a vozidlá
△Centrum biodiverzity Naturalis v Holandsku má svoje vlastné laboratórium 3D tlače a použilo dve 3D tlačiarne Builder Extreme 1500 Pro na výrobu repliky Tyrannosaura rexa
●Múzeum dinosaurov bez Tyrannosaura rexa určite nie je skutočným múzeom! Na základe 3D skenovania skutočnej fosílie T. rex vytlačilo Japan Dinosaur Museum 3D 12-metrovú, 5-metrovú vysokú repliku ako veľkú časť vytlačenú pomocou dvoch veľkorozmerných zariadení Builder Extreme 3D tlačiarne využívajúce plastové vlákno PLA.
●Kurátori múzeí, dizajnéri filmových scén a rekvizít, zábavní parky, výrobcovia konferenčných a svetových výstav atď. si tiež vyberajú veľkoformátové 3D tlačiarne na urýchlenie výroby. Okrem rýchlosti a cenových výhod hrá rolu aj počítačom podporovaný dizajn (CAD) softvér Skvelý efekt, už nepotrebujete žiadne umelé sochy alebo sekundárne výtvory. Okrem toho je k dispozícii obrovské množstvo materiálov, od ultraľahkej peny až po extrémne odolný nylon plnený uhlíkovými vláknami.
△Umelec pokrýva omietku cez 17-stopu vysokú repliku Michelangelovho Davida vytlačenú na 3D tlačiarni, ktorá bola vytvorená pre Expo 2020 Dubaj
●Tento 17-stopu vysoký Michelangelov David vytlačený na 3D tlačiarni bol predstavený na výstave Expo 2020 Dubaj s cieľom propagovať cestovný ruch vo Florencii. Je nemožné, aby dostatočne veľká polymérová 3D tlačiareň vyrobila jedinú repliku v ultra jemných detailoch, preto bola rozdelená na 14 častí, ktoré je možné vytlačiť a následne zostavená ručne, pričom mramorovaný exteriér je ručne maľovaný. Vo vnútri 3D tlačeného Davida je mriežková sieťová štruktúra, ktorá pomáha udržať jeho hmotnosť iba 550 kg, no napriek tomu má silu na správne zabalenie a odoslanie.
△Nemecká spoločnosť Styles Werbetechnik používa veľkorozmerné FDM tlačiarne Tractus3D na výrobu svetelných písmen rýchlejšie ako tradičné metódy
●Styles Werbetechnik, nemecká spoločnosť na výrobu nápisov, si na výrobu vonkajších nápisov zvolila technológiu 3D tlače vo veľkom meradle. Spoločnosť chcela nielen zrýchliť výrobu, ale tiež chcela robiť písmená vo vlastnej réžii, namiesto toho, aby sa spoliehala na štandardné návrhy písmen od zámorských výrobcov. Spoločnosť tvrdí, že použitie polymérovej FDM tlače ponúka neobmedzené možnosti dizajnu na výrobu tvarovaných písmen. Napríklad hĺbka písmen pre svetelné nápisy je pri tradičných metódach obmedzená na minimálne 60 mm, ale pri 3D tlači ju možno zmenšiť na 30 mm. Môžu bežať aj večer a cez víkendy, čím sa zrýchli doba výroby, pretože počas procesu nie je potrebné obsluhovať 3D tlačiarne.
△ Smithsonian Museum 3D vytlačilo 120 sôch vedúcich žien v oblasti STEM v životnej veľkosti
V roku 2022 otvoril Smithsonov inštitút vo Washingtone, DC výstavu na počesť vedeckých pracovníčok, vrátane 120 sôch vytlačených 3D tlačou v životnej veľkosti. S názvom „IfThenSheCan – The Exhibit“ je to najväčšia zbierka ženských sôch, z ktorých každá bola vytlačená pomocou technológie FDM.
domy a architektonické prvky
Pokiaľ ide o veľké projekty 3D tlače, samozrejme projekty bývania sú nevyhnutné. Zatiaľ čo len málo budov je vytlačených výlučne 3D (často vyžadujúce alebo zahŕňajúce konštrukčné podpory, ako je oceľová výstuž alebo tradičné drevené konštrukcie), 3D tlač môže slúžiť vďaka svojej rýchlosti, úspore práce a odolnosti konštrukcie. Pre dom a hotel. Očakáva sa, že globálny trh s 3D tlačou v stavebníctve v priebehu nasledujúcich piatich rokov vzrastie o takmer 20 percent.
●Dvojposchodovú budovu na obrázku nižšie spoločne dokončili architektonické a inžinierske spoločnosti Hannah a Cive a Peri 3D Construction, ktoré poskytli 3D tlačiarne. Dom s rozlohou 4000-štvorcové stopy bol predaný anonymnému záujemcovi a jeho dokončenie bude trvať celkovo dva roky. Portálová tlačiareň Cobod Bod2 od Peri, popredná tlačiareň v architektúre 3D tlače, sa používa na vytláčanie špecializovaných betónových zmesí na vytváranie schodísk a iných funkčných štruktúr a na tomto projekte sa vytlačilo celkovo 330 hodín.
obrázok
△Prvý plne 3D vytlačený dvojposchodový dom v Spojených štátoch sa nachádza v Houstone
●Okrem stavania budov sa 3D tlačiarne široko používajú na architektonické prvky vrátane fasád a historických prvkov na reštaurovanie a na interiérový dizajn vrátane stien, displejov a deliacich prvkov miestností. Existujú dokonca 3D tlačené podlahy, 3D tlačené mosty a 3D tlačené umelé koralové útesy. Materiály podobné betónu nie sú jedinou možnosťou v stavebníctve, svoju úlohu zohrávajú aj polyméry. Branch Technology sa špecializuje na rozsiahlu 3D tlač pomocou robotických extrudérov polymérov, čím vytvára všetko od sôch po vesmírne biotopy. Jeho inovatívny systém stavebných panelov s názvom BranchClad otvára nové možnosti pre fasády budov. Stačí sa pozrieť na mesačný povrch nainštalovaný na operačnej strane nového vesmírneho tábora US Space and Rocket Center (nižšie). Fasády, vytvorené pomocou digitálnych skenov mesiaca, vykazujú úžasnú vernosť mesačnému povrchu. Pozitívna forma lunárneho vzoru bola 3D vytlačená a následne natretá štukovým materiálom.
obrázok
△Nová 3D tlačená mesačná stena Branch Technology je nainštalovaná na strane novej prevádzky vesmírneho tábora amerického vesmírneho a raketového centra
Priemyselné a kovové diely
obrázok
△Kovová 3D tlačiareň Stargate spoločnosti Relativity Space
●Výrobca rakiet Relativity Space tvrdí, že jeho 3D tlačená raketa Terran 1 je najväčšia samostatná 3D tlačená konštrukcia vôbec, je vysoká 35,2 metra a má priemer 2,3 metra. Raketa novej generácie spoločnosti Terran R je rovnako veľká. Obidva sú 3D vytlačené na patentovanom kove pomocou 3D tlačiarne Stargate spoločnosti s využitím technológie robotického usmerňovania energie. Spoločnosť Relativity Space uviedla, že schopnosť rakety odolať stresu pri štarte bola obrovskou výhrou, čo demonštruje štrukturálnu integritu jej metódy kovovej 3D tlače.
obrázok
△Holandská kráľovná Maxima oficiálne otvorila kovový 3D tlačový most MX3D.
●Kovový most cez amsterdamský kanál navrhnutý laboratóriom Jorisa Laarmana vytlačil MX3D pomocou technológie aditívnej výroby robotického oblúka. 12-metrový „inteligentný most“ z nehrdzavejúcej ocele obsahuje zabudovanú sieť senzorov, ktorá pomáha amsterdamským výskumníkom študovať úlohu systémov internetu vecí v zastavanom prostredí. Štruktúra vyvinutá pomocou generatívneho dizajnu a techník optimalizácie topológie je extrémne ľahká. Most MX3D tiež predstavuje aplikáciu kovovej 3D tlače v umení a sochárstve.
●Nižšie je ďalšie tlačové dielo MX3D, ktoré nainštalovali umelci Mariagrazia Abbaldo a Paolo Albertelli v Turíne, talianskej kráľovskej záhrade. 880 kg vážiaca socha, nazývaná „The Whale Passage“, zobrazuje plutvy veľryby, ktorá prechádza zo zeme. Všetky modely vyrobené počas tohto projektu boli vytlačené 3D.
obrázok
△ „Whale Pass“ navrhli Mariagrazia Abbaldo a Paolo Albertelli a 3D vytlačila spoločnosť MX3D
●Veľkú kovovú 3D tlač možno použiť v mnohých priemyselných odvetviach, pričom spoločnosti v námornom, ropnom a plynárenskom priemysle a v odvetví ťažkých stavebných zariadení dokážu vyrábať veľké diely rýchlejšie, často priamo na mieste. Napríklad námorná vrtuľa nižšie bola 3D vytlačená pomocou technológie WAAM, aby sa vytvoril takmer čistý tvar, ktorý bol potom opracovaný s užšími toleranciami. V tomto prípade WAAM nahrádza kovanie a môže byť vykonané bližšie k miestu, kde je to potrebné, s použitím menšieho množstva surovín.
obrázok
△Táto lodná vrtuľa je jedným z prvých príkladov priemyselnej aplikácie technológie WAAM
●Kov pre 3D tlač môže tiež znížiť hmotnosť dielov, pretože 3D tlačou možno vyrobiť tvary, ktoré sa nedajú dosiahnuť kovaním alebo odlievaním. Časť podvozku lietadla (nižšie) s rozmermi 455 x 295 x 805 mm je podľa výrobcu tlačiarní SLM Solutions prvou 3D tlačenou časťou na svete s laserovým práškovým tavením. Súčiastka je nielen o 15 percent ľahšia ako tradičné kované súčiastky, ale táto technológia tiež skracuje dobu obrátky. Keďže komponent je súčasťou systému, ktorý prenáša zaťaženie z kolies na konštrukciu lietadla, je vyrobený z titánu kvôli pevnosti. Výber materiálov dodáva dielu silné mechanické vlastnosti a zároveň je odolný voči korózii bez potreby povrchovej úpravy, vytlačené pomocou štvorlaserovej tlačiarne SLM 800 3D. "Aditívna výroba pomáha šetriť čas vo fáze kvalifikácie a certifikácie rýchlym dodaním dielov na testovanie. Hlavné komponenty sme schopní vyrobiť v priebehu niekoľkých dní, použitie procesu kovania trvá niekoľko mesiacov."
obrázok
△3D tlačené časti predného podvozku pre súkromné lietadlá
3D tlač veľkých foriem na odlievanie kovových dielov je dôležitou aplikáciou veľkoplošnej 3D tlače. Pre kovové priemyselné diely, ktoré sa musia odlievať, je krok výroby formy prácny a časovo náročný. S pieskovými 3D tlačiarňami môžu výrobcovia 3D tlačiť pieskové odliatky a formy priamo bez potreby veľkých modelov. Voxlejet VX4000 je najväčšia svetová 3D tlačiareň na odlievanie do piesku a využíva technológiu spojovacieho tryskania na výrobu nielen obrovských foriem, ale aj tisícok z nich v jedinom procese tlače.
obrázok
△Tlačiareň Voxlejet VX4000 (zdroj: Voxeljet)
nábytok a vozidlá
obrázok
△ Stolička vyrobená z jedného kusu pomocou 3D tlačiarne WASP.
●Interiéri postupne volia aj veľkoformátovú 3D tlač na realizáciu zložitých návrhov a použitie unikátnych materiálov. Najčastejšie používanými materiálmi pre 3D tlačený nábytok sú polyméry, najmä recyklované plasty, ale dá sa použiť aj betón a kov. Táto školská lavica vo veľkosti dieťaťa v Gambii (nižšie) je príkladom 3D tlače, ktorý rieši praktickú potrebu. Ľahký a odolný, tento dizajn môže byť vyrobený z recyklovaného plastu, čím sa rieši aj problém plastového odpadu. Model bol vytlačený na 3D tlačiarni Magnum v The Industry Sweden z plastu PETG, ktorý sa bežne používa vo fľašiach na nápoje.
obrázok
△ Prototypové stoly na testovanie 3D tlačeného konceptu školského nábytku v Gambii, prípadne s použitím recyklovaného plastu
●Existuje nespočetné množstvo príkladov krásnych 3D tlačených stoličiek a stolov, vrátane nádhernej kolekcie konferenčných stolíkov NYXO Visionary Design (nižšie) vyrobených z ľahkej penovej PLA vytlačenej na 3D tlačiarni Colossus XS.
obrázok
△Sériu sochárskych stolov Primavera navrhla dubajská architektonická a produktová dizajnérska firma NYXO Visionary Design a vytlačila sa pomocou ColorFabb PLA na tlačiarni Colossus XS (zdroj: Colossus)
Do Guinessovej knihy rekordov sa ako najväčšia 3D tlačená loď a doteraz najväčší fyzicky 3D tlačený objekt zapísala 3D tlačená loď zobrazená nižšie, ktorá je dlhá 7,72 metra. Loď bola vytlačená v roku 2019 Centrom pre pokročilé štruktúry a kompozity na University of Maine. Je vyrobený z plastu a drevenej celulózy. 3D tlač trvala iba 72 hodín a váži 2,2 tony.
obrázok
△Plne 3D tlačená loď v životnej veľkosti vyrobená Univerzitou v Maine
●Výrobcovia bicyklov si tiež zvolili technológiu 3D tlače, aby vyriešili problémy so zváraním vo svojom výrobnom reťazci. Jednodielny 3D tlačený rám nielenže šetrí čas, ale umožňuje nové stupne voľnosti pri návrhu, ktorá nie je obmedzená konštrukčnými spojmi. Výrobca bicyklov vyrába modely z titánu, ocele a kompozitov z uhlíkových vlákien. Elektrobicykel s oceľovým rámom nižšie od Urwahn bol sériovo vyrábaný pomocou kovovej 3D tlače, aby sa dosiahla rovnováha formy, funkcie, ľahkej konštrukcie a materiálov. Špeciálne elastické prvky zadnej časti zavesujú zadné kolesá a vytvárajú nový typ pohodlia pri jazde, zatiaľ čo oceľový rám integruje motor a batériu, hovorí spoločnosť.
obrázok
△Urwahnov 3D tlačený elektrický bicykel s oceľovým rámom
Dizajnové tipy a softvér pre veľké výtlačky
obrázok
△ 30-vysoká 3D tlačená socha je zostavená z 365 jednotlivých 3D tlačených častí a každá časť sa vytlačí na 55 3D tlačiarňach za 28 hodín
Jednodielna 3D tlač je často ideálna, pretože eliminuje montážnu prácu, urýchľuje výrobu a zlepšuje štrukturálnu integritu, pretože neexistujú žiadne švy ani povrchy. Ak je však vytlačený objekt taký veľký, že ho potrebujete rozdeliť na viacero častí, ako rozdelíte model na 3D výtlačky?
●Na dokončenie veľkej 3D tlače môžete model rozdeliť priamo v CAD softvéri (napríklad Fusion360 alebo Solid Works), čo má tú výhodu, že vám umožňuje navrhnúť niektoré pomôcky na montáž a zarovnanie, ako sú klince, hrbole a drážky, pery, alebo otvory a štrbiny;
●Ak sa chystáte len zlepiť veľké predmety alebo použiť skrutky (iba pre pevnejšie materiály, ako je nylon plnený uhlíkovými vláknami), môžete operáciu štiepania prenechať nástroju na krájanie, ako je Cura. Segmentácia je rýchla a automatizovaná pomocou sieťových nástrojov Cura;
● Pri manuálnom segmentovaní digitálneho modelu sa vyhnite priamemu prechádzaniu detailnými oblasťami alebo oblasťami podpory. vyhnúť sa štiepeniu na najslabšom mieste dizajnu,
Konkrétne tie oblasti, ktoré sú oveľa tenšie ako zvyšok modelu.
Špičková veľká 3D tlačiareň
obrázok
△ GEFERTEC Arc60x WAAM Metal 3D tlačiareň (Zdroj: Gefertec)
Ak chcete použiť 3D tlačiareň na vytváranie dielov, ako sú veľké plastové diely, rekvizity a nápisy, môžete použiť veľkoformátové filamentové 3D tlačiarne, ktoré sú v podstate rovnaké ako stolové filamentové tlačiarne. Niektoré tlačiarne dokážu tlačiť s odolnými materiálmi technickej kvality.
Ak chcete byť väčší ako najväčšie FDM tlačiarne (plus 1 600 x 1 200 x 1 300), budete potrebovať 3D tlačiareň s robotickým ramenom, robotické rameno s extrudérovou hlavou pripevnenou na konci. Môžu byť umiestnené na koľajniciach alebo nadzemnom portáli, takže teoreticky je možné tlačiť na veľkosť dostupných koľajníc. Guinnessov svetový rekord pre najväčšiu 3D tlačiareň je zostava portálovej vytláčacej hlavy na University of Maine, ktorá môže dosiahnuť 30,000 x 6700 x 3,000 mm. Táto tlačiareň však nie je na predaj. Ďalšou výhodou tlačiarní s robotickým ramenom je, že často tlačia pomocou polymérov v ekonomickejšej forme peliet
Živicové 3D výtlačky vo všeobecnosti nemôžu byť väčšie ako 1,000 mm, s niekoľkými výnimkami, ako sú Kings 1700 Pro a 3D Systems ProX 950 kvôli extrémne dlhým časom tlače. Živica zvyčajne trvá dlhšie ako FDM.
obrázok
△Stredne veľká 3D tlačiareň na betón vyniká vo veľkoformátových umeleckých aplikáciách
Betónové 3D tlačiarne sú prekvitajúcim trhom nielen pre stavbu domov, ale pre akýkoľvek typ betónového debnenia, nábytku, konštrukcie a dokonca aj kvetináčov a sôch. 3D tlač veľmi veľkých kovových častí sa často dosahuje technikou 3D tlače s priamym ukladaním energie, ako je napríklad výroba aditív elektrického oblúka (WAAM). Tieto metódy využívajú 3D tlačovú hlavu nasadenú na robotické rameno, ktoré má široký dosah a je limitované len veľkosťou ramena.
