Budowanie obiektów 3D o kontrolowanych właściwościach
Obiekty drukowane trójwymiarowo są tworzone przy użyciu indywidualnie przydzielanych elementów objętościowych nazywanych wokselami. Unikalną cechą technologii HP Multi Jet Fusion jest możliwość kontrolowania właściwości każdego woksela w celu zdefiniowania charakterystyki fizycznej całego obiektu punkt po punkcie
Wprowadzenie
Obrazy w wydrukach konwencjonalnych i na wyświetlaczach elektronicznych składają się z tzw. pikseli. Są to punkty drukowane (lub emitujące światło) w określonej ilości na cal długości (dpi – dots per inch), a także w określonym rozmiarze i przy użyciu określonego koloru. Trójwymiarowy odpowiednik piksela jest określany mianem woksela. W druku dwuwymiarowym (2D) piksele są rozmieszczone na powierzchni regularnej siatki. W druku trójwymiarowym (3D) woksele są również drukowane na regularnej siatce 2D z tą różnicą, że woksel posiada dodatkowy wymiar – głębokość. Woksele tworzą cienką warstwę stanowiącą wycinek przekroju poprzecznego drukowanej przestrzennie części. Docelowo, w celu utworzenia obiektu, wiele takich warstw jest umieszczanych na sobie. Podczas gdy 100 mikronów jest typową wartością dla druku trójwymiarowego, drukarka HP Jet Fusion 3D 4200 jest w stanie wytwarzać warstwy o grubości 70-120 mikronów (tj. 0,0025-0,005 cala). Aby zapoznać się z najnowszymi specyfikacjami technicznymi, prosimy odwiedzić stronę internetową: hp.com/go/3Dprint lub drukarki3dhp.pl. Określanie właściwości każdego woksela umożliwia definiowanie części drukowanej przestrzennie punkt po punkcie na jego powierzchniach i w całej jego objętości.
Na Rysunku 1 zobrazowano piksel dwuwymiarowy, który został wydrukowany na arkuszu papieru biurowego o grubości około 100 mikronów; dwa (2) woksele wydrukowane w warstwach o grubości 100 mikronów. Rysunek przedstawia analogię pomiędzy drukowaniem pikseli w obrazie czarno-białym a drukowaniem wokseli przy użyciu konwencjonalnych technologii 3D: piksel jest drukowany lub nie, a woksel jest wytwarzany lub nie.
Rysunek 1. Piksel, woksel binarny i woksele HP Multi Jet Fusion
Technologia druku 3D HP Multi Jet Fusion nie stoi w miejscu. Proces ewolucji przebiega w analogiczny sposób jak dodawanie koloru do technologii druku atramentowego pozwoliło niegdyś poszerzyć jego możliwości oraz wkroczyć w nowe segmenty zastosowań. W procesie druku dwuwymiarowego różne atramenty (niebiesko-zielony, magenta, żółty i czarny) mogą być łączone w obszarze danego piksela. W rezultacie możliwe jest wydrukowanie obrazu w pełnym zakresie kolorów. Przy użyciu różnych funkcjonalnych agentów (zwanych także odczynnikami), technologia HP Multi Jet Fusion może drukować do 1200 wokseli na cal długości w każdej warstwie z zachowaniem wszystkich wymaganych właściwości fizycznych i funkcjonalnych, łącznie z kolorem. Odczynniki są wtryskiwane przez głowice HP Thermal Inkjet w celu kontrolowania procesu powstawania każdego woksela z uwzględnieniem jego specyficznych właściwości.
Woksele HP Multi Jet Fusion przedstawiane zostały w kolorze w celu zobrazowania potencjału technologii HP Multi Jet Fusion. Jak widać przeniesienie druku 3D na nowe poziomy w tej technologii jest na wyciągnięcie ręki. Drukowanie wokseli, których właściwości można indywidualnie kontrolować, stało się możliwe dzięki zastosowaniu specjalistycznych odczynników (agentów) HP Multi Jet Fusion. Dzięki głowicom HP Thermal Inkjet mogą one być precyzyjnie umieszczane w obszarze roboczym drukarek HP Jet Fusion 3D.
Odczynniki
W procesach technologii HP Multi Jet Fusion, odczynniki utrwalające i wykańczające pozwalają kontrolować łączenie poszczególnych wokseli oraz krawędzi pomiędzy połączonymi i niepołączonymi obszarami każdej warstwy. Przekraczając możliwości konwencjonalnego druku 3D przy użyciu agentów modyfikujących można wytwarzać części o specyficznych właściwościach mechanicznych i fizycznych w odniesieniu do pojedynczej części lub dla wielu oddzielnych elementów drukowanych równocześnie w komorze roboczej drukarki.
Odczynniki modyfikujące kontrolują wzajemną interakcję odczynników utrwalających i wykańczających jak również właściwości stapianego materiału. Osadzanie agentów modyfikujących woksel po wokselu na każdej warstwie umożliwia drukarkom HP Jet Fusion 3D wytwarzać części, których nie można wykonać przy użyciu innych metod.
Właściwości, które mogą być kontrolowane przez odczynnik modyfikujący dla danej części:
- Dokładność wymiarowa i szczegółowość
- Przewodność elektryczna i termiczna
- Chropowatość, struktura powierzchni oraz współczynnik tarcia
- Nieprzezroczystość lub przezroczystość tworzyw sztucznych
- Wytrzymałość na rozciąganie, elastyczność, twardość itp.
- Kolor: w całej objętości lub tylko na powierzchni
Dzięki zastosowaniu agenta modyfikującego wytwarzana część może posiadać wytrzymałe, twarde powierzchnie o niskim współczynniku tarcia i innych właściwościach w innych obszarach danej części w celu spełnienia założonych norm i osiągnięcia określonych wymagań funkcjonalnych. Przed nadejściem technologii HP Multi Jet Fusion części o takich charakterystykach mogły być wytwarzane wyłącznie poprzez łączenie poszczególnych elementów składowych o określonych funkcjonalnościach lub poprzez stosowanie wielostopniowych procesów obróbki (utwardzanie, polerowanie itp.) wybranych powierzchni za pomocą obróbki maszynowej, chemikaliów czy laserów.
Zdolność agenta modyfikującego do rozmieszczania elementów przewodzących zarówno wewnątrz części, jak również na jej powierzchni umożliwi przyszłym generacjom drukarek HP Jet Fusion 3D wytwarzać inteligentne części będące w stanie mierzyć i określać swój stan podczas obsługi. Na przykład, takie inteligentne części będą mogły posiadać wbudowane tensometry dla bardzo dokładnego pomiaru obciążeń. Pozwoli to wyeliminować dodatkowe czynności montażowe wymagające precyzyjnego rozmieszczania tj. przyklejanie tensometrów. Obszary przewodzące mogą łączyć wbudowane i powierzchniowe czujniki z obwodami elektronicznymi przetwarzającymi i określającymi status części w czasie rzeczywistym przy użyciu widzialnych wskaźników (np. diod emitujące światło) lub przy użyciu niskonapięciowych technologii bezprzewodowych.
Rysunek 2. Podstawowe właściwości druku 2D przeniesione do druku 3D
Przeniesienie technologii HP Thermal Inkjet z kartki papieru do świata trójwymiarowej produkcji addytywnej (przyrostowej) stanowi naturalną ewolucję trzydziestoletniego doświadczenia HP w drukowaniu i obrazowaniu cyfrowym. Na Rysunku 2 przedstawiono podstawowe właściwości piksela i woksela HP Multi Jet Fusion wykorzystywane w złożonych procesach druku przestrzennego. Technologia HP Multi Jet Fusion jest nową technologią budowaną na fundamencie jakim jest wydrukowanie setek miliardów stron przy użyciu produktów HP z wykorzystaniem technologii HP Thermal Inkjet.
Podobnie jak tradycyjne rozwiązania dla druku ewoluowały od atramentowych drukarek biurkowych w latach 80 XX wieku do rozwiązań druku przemysłowego, tak samo technologia HP Multi Jet Fusion będzie ewoluować poza możliwości oferowane przez pierwszą generację drukarek HP Jet Fusion 3D. Przyszłość druku 3D będzie realizowana poprzez cyfrowe opracowywanie i projektowanie nowych materiałów na poziomie woksela.
