La impressió 3D a gran escala implica una varietat de tecnologies i materials, i s'ha aplicat en molts camps. De fet, la definició de "gran" és relativa i no hi ha cap estàndard fix. En termes generals, les cases, els vaixells i els mobles grans són elements grans. La impressió 3D a gran escala s'ha convertit gradualment en un corrent al mercat a mesura que fabricants, artistes i empreses trien la impressió 3D per satisfer les seves necessitats de productes a gran escala. Els desenvolupadors superen pas a pas la mida de les impressores 3D, superen els límits tècnics i imprimeixen productes més grans i més grans. Quines són, doncs, les àrees d'aplicació de la impressió 3D a gran escala? Què passa amb les grans impressores 3D?
La mida del producte sovint depèn de la tecnologia i dels materials, i cal trobar un equilibri entre precisió i mida, la qual cosa fa que l'elecció de la impressora 3D adequada sigui un factor clau per a l'èxit. El programari també té un paper important en la creació de productes grans, ja que la millor manera d'imprimir objectes grans és sovint imprimir-los a trossos i muntar-los. Els productes impresos en 3D a gran escala inclouen, entre d'altres, els elements següents:
●Pantalles, atrezzo i senyalització
● Cases i elements arquitectònics
●Peces industrials i metàl·liques
●Mobles i vehicles
△El Centre de Biodiversitat Naturalis als Països Baixos té el seu propi laboratori d'impressió 3D i va utilitzar dues impressores 3D Builder Extreme 1500 Pro per fer una rèplica del Tyrannosaurus rex
●Un museu de dinosaures sense tiranosaure rex no és un veritable museu! Basant-se en una exploració 3D d'un fòssil real de T. rex, el Museu dels Dinosaures del Japó va imprimir en 3D la rèplica de 12-metre de llarg i 5- metres d'alçada com a gran part impresa amb dos Builder Extreme a gran escala. Impressores 3D amb filament de plàstic PLA.
●Els comissaris de museus, els dissenyadors d'escenografia i accessoris de pel·lícules, els parcs d'atraccions, els fabricants de pantalles de conferències i de l'Expo Mundial, etc. també trien impressores 3D de gran format per accelerar la producció. A més dels avantatges de velocitat i costos, el programari de disseny assistit per ordinador (CAD) també té un paper Gran efecte, ja no necessita cap escultura artificial o creació secundària. A més, hi ha una gran varietat de materials disponibles, des d'escuma ultralleugera fins a niló ple de fibra de carboni extremadament durador.
△L'artista cobreix guix sobre una rèplica impresa en 3D d'un 17-peu d'alçada del David de Miquel Àngel recreada per a l'Expo 2020 Dubai
●Aquest David de Miquel Àngel imprès en 3D de 17-un peus d'alçada es va mostrar a l'Expo 2020 Dubai per promoure el turisme a Florència. És impossible que una impressora 3D de polímer prou gran produeixi una única rèplica amb un detall ultrafin, de manera que es va dividir en 14 parts imprimibles i després es va muntar a mà, amb l'exterior marbret pintat a mà. Dins del David imprès en 3D hi ha una estructura de malla de gelosia que ajuda a mantenir el seu pes en només 550 kg, però té la força per empaquetar i enviar correctament.
△Germany's Styles Werbetechnik utilitza impressores FDM a gran escala Tractus3D per produir lletres de signes il·luminats més ràpidament que els mètodes tradicionals
●Styles Werbetechnik, una empresa de producció de senyalització alemanya, va triar la tecnologia d'impressió 3D a gran escala per fabricar rètols exteriors. L'empresa no només volia accelerar la producció, sinó que també volia fer cartes a casa, en lloc de confiar en dissenys de cartes estàndard de productors estrangers. L'empresa diu que l'ús de la impressió FDM de polímer ofereix possibilitats de disseny il·limitades per a la fabricació de lletres contornejades. Per exemple, la profunditat de les lletres per a la senyalització il·luminada està limitada a un mínim de 60 mm en els mètodes tradicionals, però es pot reduir a 30 mm en la impressió 3D. També poden funcionar els vespres i els caps de setmana, accelerant els temps de producció ja que les impressores 3D no necessiten ser ateses durant el procés.
△El Museu Smithsonian va imprimir en 3D 120 estàtues de mida real de dones líders en el camp STEM
El 2022, la Smithsonian Institution de Washington, DC va obrir una exposició en honor a les dones científiques, incloses 120 estàtues de mida natural impreses en 3D. Anomenada "IfThenSheCan - The Exhibit", és la col·lecció d'estàtues femenines més gran de la història, cadascuna de les quals s'ha imprès amb tecnologia FDM.
cases i elements arquitectònics
Quan es tracta de projectes d'impressió 3D a gran escala, per descomptat, els projectes d'habitatge són indispensables. Tot i que pocs edificis s'imprimeixen exclusivament en 3D (sovint requereixen o incorporen suports estructurals com ara reforç d'acer o estructures tradicionals de fusta), la impressió 3D pot servir per la seva velocitat, estalvi de mà d'obra i durabilitat estructural. Per a casa i hotel. S'espera que el mercat global d'impressió 3D de construcció creixi gairebé un 20 per cent durant els propers cinc anys.
●L'edifici de dos pisos de la imatge següent va ser completat conjuntament per les empreses d'enginyeria i disseny arquitectònic Hannah i Cive i Peri 3D Construction, que van proporcionar impressores 3D. La casa de 4,000-pies quadrats s'ha venut a un licitador anònim i trigarà un total de dos anys a completar-se. La impressora pòrtic Cobod Bod2 de Peri, la impressora líder en l'arquitectura d'impressió 3D, s'utilitza per extruir mescles de formigó especialitzades per crear escales i altres estructures funcionals, i en aquest projecte es van imprimir un total de 330 hores.
imatge
△La primera casa de dos pisos totalment impresa en 3D als Estats Units es troba a Houston
●A més de construir edificis, les impressores 3D s'utilitzen àmpliament per a elements arquitectònics, incloses façanes i elements històrics per a la restauració, i per al disseny d'interiors, com ara parets, pantalles i divisors d'habitacions. Fins i tot hi ha sòls impresos en 3D, ponts impresos en 3D i esculls de corall artificials impresos en 3D. Els materials semblants al formigó no són l'única opció en la construcció, els polímers també hi tenen un paper. Branch Technology s'especialitza en la impressió 3D a gran escala mitjançant extrusores de polímers robòtics, creant des d'escultures fins a hàbitats espacials. El seu innovador sistema de panells d'edifici anomenat BranchClad obre noves oportunitats per a les façanes d'edificis. Només cal veure la superfície lunar instal·lada al costat operatiu del nou camp espacial del Centre espacial i de coets dels EUA (a sota). Creades mitjançant escanejos digitals de la lluna, les façanes mostren una fidelitat sorprenent a la superfície lunar. El motlle positiu del patró lunar es va imprimir en 3D i després es va pintar amb un material d'estuc.
imatge
△La nova paret lunar imprès en 3D de Branch Technology s'instal·la al costat de la nova operació del camp espacial del Centre espacial i de coets dels EUA
Peces industrials i metàl·liques
imatge
△La impressora 3D de metall Stargate de Relativity Space
●El fabricant de coets Relativity Space afirma que el seu coet imprès en 3D Terran 1 és l'estructura única impresa en 3D més gran mai, té 35,2 metres d'alçada i 2,3 metres de diàmetre. El coet de nova generació de la companyia, el Terran R, és igual de gran. Tots dos estan impresos en 3D en metall patentat mitjançant la impressora 3D Stargate de l'empresa, utilitzant la tecnologia de deposició d'energia dirigida robòtica. Relativity Space va dir que la capacitat del coet per suportar l'estrès del llançament va ser una gran victòria, demostrant la integritat estructural del seu mètode d'impressió 3D de metall.
imatge
△La reina Maxima dels Països Baixos va obrir oficialment el pont d'impressió 3D de metall MX3D.
●El pont metàl·lic sobre el canal d'Amsterdam dissenyat pel laboratori de Joris Laarman va ser imprès per MX3D mitjançant la tecnologia de fabricació additiva d'arc robòtic. El "pont intel·ligent" d'acer inoxidable de 12-metre de llargada inclou una xarxa de sensors integrada per ajudar els investigadors d'Amsterdam a estudiar el paper dels sistemes IoT a l'entorn construït. Desenvolupada mitjançant tècniques de disseny generatiu i optimització de topologia, l'estructura és extremadament lleugera. El pont MX3D també mostra l'aplicació de la impressió 3D de metall en l'art i l'escultura.
●A continuació es mostra un altre treball d'impressió MX3D instal·lat pels artistes Mariagrazia Abbaldo i Paolo Albertelli a Torí, el Jardí Reial d'Itàlia. Anomenada "El passatge de la balena", l'escultura de 880 kg mostra les aletes d'una balena que passa des del terra. Tots els models realitzats durant aquest projecte es van imprimir en 3D.
imatge
△ "Whale Pass" va ser dissenyat per Mariagrazia Abbaldo i Paolo Albertelli, i imprès en 3D per MX3D
●La impressió 3D de metall gran es pot utilitzar en moltes indústries, amb empreses del sector marítim, del petroli i del gas i d'equips de construcció pesada capaços de produir peces grans més ràpidament, sovint in situ. Per exemple, l'hèlix marina a continuació es va imprimir en 3D mitjançant la tecnologia WAAM per produir una forma propera a la xarxa, que després es va mecanitzar amb toleràncies més estrictes. En aquest cas, WAAM substitueix la forja i es pot fer més a prop d'on es necessita, utilitzant menys matèria primera.
imatge
△Aquesta hèlix marina és un dels primers exemples d'aplicació industrial de la tecnologia WAAM
●El metall d'impressió 3D també pot reduir el pes de les peces, perquè la impressió 3D pot produir formes que no es poden aconseguir mitjançant la forja o la fosa. La part del tren d'aterratge de l'avió (a sota), que mesura 455 x 295 x 805 mm, és la primera part impresa en 3D de fusió làser de pols del món, segons el fabricant d'impressores SLM Solutions. La peça no només és un 15 per cent més lleugera que les peces forjades tradicionals, sinó que la tecnologia també redueix el temps de resposta. Com que el component forma part d'un sistema que transfereix les càrregues de les rodes a l'estructura de l'avió, està fet de titani per a la seva resistència. L'elecció dels materials confereix a la peça unes propietats mecàniques fortes alhora que és resistent a la corrosió sense necessitat d'un recobriment, impresa amb una impressora SLM 800 3D quadrilàser. "La fabricació additiva ajuda a estalviar temps en la fase de qualificació i certificació mitjançant el lliurament ràpid de peces per a proves. Som capaços de produir components principals en pocs dies, l'ús del procés de forja triga diversos mesos".
imatge
△Peces del tren d'aterratge frontal impreses en 3D per a jets privats
La impressió 3D de motlles grans per a la fosa de peces metàl·liques és una aplicació important de la impressió 3D a gran escala. Per a peces industrials metàl·liques que s'han de colar, el pas de fabricació del motlle és laboriós i requereix molt de temps. Amb les impressores 3D de sorra, els fabricants poden imprimir en 3D peces de fosa i motlles de sorra directament sense necessitat de models a gran escala. La VX4000 de Voxlejet és la impressora 3D de fosa en sorra més gran del món i utilitza la tecnologia d'injecció de lligant per produir no només motlles enormes, sinó milers d'ells en un sol procés d'impressió.
imatge
△La impressora VX4000 de Voxlejet (Font: Voxeljet)
mobles i vehicles
imatge
△Una cadira fabricada en una sola peça amb una impressora 3D WASP.
●Els dissenyadors d'interiors també estan triant gradualment la impressió 3D de gran format per realitzar dissenys complexos i l'ús de materials únics. Els polímers, especialment els plàstics reciclats, són els materials més utilitzats per als mobles impresos en 3D, però també es pot utilitzar formigó i metall. Aquest taulell d'escola de mida infantil a Gàmbia (a sota) és un exemple d'impressió 3D que respon a una necessitat pràctica. Lleuger i durador, aquest disseny es pot produir a partir de plàstic reciclat, solucionant també el problema dels residus plàstics. El model es va imprimir en una impressora 3D Magnum a The Industry Sweden en plàstic PETG, utilitzat habitualment en ampolles de begudes.
imatge
△ Prototips de taulells per provar el concepte de mobiliari escolar imprès en 3D a Gàmbia, possiblement utilitzant plàstic reciclat
●Hi ha innombrables exemples de belles cadires i taules impreses en 3D, inclosa la preciosa col·lecció (a sota) de NYXO Visionary Design de taules de cafè fetes de PLA lleuger d'escuma imprès en una impressora 3D Colossus XS.
imatge
△La sèrie de taules d'escultures Primavera va ser dissenyada per l'empresa d'arquitectura i disseny de productes amb seu a Dubai NYXO Visionary Design i impresa amb ColorFabb PLA en una impressora Colossus XS (Font: Colossus)
Entrar al Llibre Guinness dels rècords mundials com el vaixell imprès en 3D més gran i l'objecte imprès físicament en 3D més gran fins ara és el vaixell imprès en 3D que es mostra a continuació, que fa 7,72 metres d'eslora. El vaixell va ser imprès el 2019 pel Centre d'Estructures Avançades i Composites de la Universitat de Maine. Està fet de plàstic i cel·lulosa de fusta. Només va trigar 72 hores a imprimir-se en 3D i pesa 2,2 tones.
imatge
△Un vaixell a mida real totalment imprès en 3D produït per la Universitat de Maine
●Els fabricants de bicicletes també han escollit la tecnologia d'impressió 3D per resoldre problemes de soldadura en la seva cadena de fabricació. Un marc imprès en 3D d'una sola peça no només estalvia temps, sinó que permet nous graus de llibertat de disseny no limitats per juntes estructurals. El fabricant de bicicletes ha produït models en compostos de titani, acer i fibra de carboni. La bicicleta elèctrica amb marc d'acer que hi ha a sota d'Urwahn es va produir en sèrie mitjançant la impressió 3D de metall per aconseguir un equilibri de forma, funció, construcció lleugera i materials. Els elàstics especials de la part posterior suspenen les rodes posteriors i generen un nou tipus de comoditat de conducció, mentre que el marc d'acer integra el motor i la bateria, segons la companyia.
imatge
△La bicicleta elèctrica de marc d'acer imprès en 3D d'Urwahn
Consells de disseny i programari per a impressions grans
imatge
△L'estàtua impresa en 3D de 30-un peu d'alçada està muntada a partir de 365 peces impreses en 3D individuals, i cada part triga 28 hores a imprimir-se en impressores 55 3D
La impressió 3D d'una sola peça sovint és ideal perquè elimina la mà d'obra de muntatge, accelera la producció i millora la integritat estructural perquè no hi ha costures ni superfícies. Tanmateix, si l'objecte imprès és tan gran que cal dividir-lo en diverses parts, com es divideix el model en impressions 3D?
●Per completar la impressió 3D gran, podeu dividir el model directament al programari CAD (com Fusion360 o Solid Works), que té l'avantatge de permetre dissenyar algunes ajudes de muntatge i alineació, com ara claus, cops i solcs, llavis, etc. o forats i ranures;
●Si només voleu enganxar objectes grans junts o utilitzar cargols (només per a materials més resistents com el niló farcit de fibra de carboni), podeu deixar l'operació de divisió a una eina talladora com Cura. La segmentació és ràpida i automatitzada mitjançant les eines de malla de Cura;
● Quan segmenteu manualment el model digital, eviteu passar directament per àrees de detall o àrees de suport. evitar dividir-se en el punt més feble del disseny,
És a dir, aquelles zones que són molt més primes que la resta del model.
Impressora 3D de gran mida superior
imatge
△Impressora 3D de metall GEFERTEC Arc60x WAAM (Font: Gefertec)
Si voleu utilitzar una impressora 3D per crear peces com ara peces de plàstic grans, accessoris i rètols, podeu utilitzar impressores 3D de filament de gran format, que són essencialment les mateixes que les impressores de filament d'escriptori. Algunes impressores poden imprimir amb materials duradors de grau d'enginyeria.
Si voleu ser més gran que les impressores FDM més grans (a més de 1.600 x 1.200 x 1.300), necessitareu una impressora 3D de braç robòtic, un braç robòtic amb un capçal d'extrusora connectat a l'extrem. Es poden col·locar sobre rails o pòrtic aeri, de manera que, en teoria, és possible imprimir a la mida dels rails disponibles. El rècord mundial Guinness per a la impressora 3D més gran és un conjunt de capçals d'extrusió de pòrtic a la Universitat de Maine, que pot arribar a 30,000 x 6.700 x 3,000 mm. Tanmateix, aquesta impressora no està a la venda. Un altre avantatge de les impressores de braç robòtic és que sovint imprimeixen amb polímers en forma de pellets més econòmics
En general, les impressions en 3D de resina no poden ser superiors a 1,000mm, amb algunes excepcions, com ara la Kings 1700 Pro i la 3D Systems ProX 950 a causa dels temps d'impressió extremadament llargs. La resina sol trigar més que la FDM.
imatge
△La impressora 3D de formigó de mida mitjana destaca en aplicacions d'art de gran format
Les impressores 3D de formigó són un mercat en auge, no només per a la construcció d'habitatges, sinó per a qualsevol tipus d'encofrat de formigó, mobles, construcció i fins i tot tests i escultures. La impressió 3D de peces metàl·liques molt grans s'aconsegueix sovint amb una tècnica d'impressió 3D de deposició d'energia dirigida, com ara la fabricació additiva d'arc elèctric (WAAM). Aquests mètodes utilitzen un capçal d'impressió 3D muntat en un braç robòtic, que té un abast ampli i només està limitat per la mida del braç.
