Co je 3D tiskárna

Jedním z nejslibnějších trendů moderního světa je vytváření trojrozměrných objektů pomocí 3D tisku. Technologie tisku umožňuje vytvářet poměrně složité a detailní produkty. Využití 3D tisku je dnes možné nejen ve výrobních provozech, ale i doma, k tomu stačí pořídit si 3D tiskárnu.

Co je to 3D tiskárna?

Trojrozměrná tiskárna je zařízení schopné vytvářet objekty na základě vytvořených digitálních 3D modelů. Produkty se získávají nanášením materiálu vrstva po vrstvě. Jako základ se používají termoplastické a fotopolymerní pryskyřice, ale s rozvojem technologie se zvyšuje počet materiálů používaných jako suroviny.

Výrobní postup vypadá takto:

1. Probíhá proces tvorby 3D modelu, tzn. je vytvořen vizuální obraz budoucího produktu při zachování všech proporcí. Model je vytvořen pomocí specializovaného softwaru.
2. Po vytvoření modelu je potřeba soubor zpracovat. Zpracování spočívá v převodu souboru do digitálního kódu, který rozděluje celý model do mnoha paralelních vrstev. Tímto způsobem jsou generovány příkazy pro 3D zařízení, které distribuuje materiál pro vytvoření objektu.
3. Konečnou fází je 3D tisk produktu, tzn. proces vytváření produktu nanášením materiálu vrstva po vrstvě.Proces se provádí pomocí tiskové hlavy (extruderu), která se pohybuje po osách 0Y a 0X, tzn. materiál je přiváděn pouze podél vodorovné roviny v souladu s programovým kódem vrstvy. Pro nanesení další vrstvy se extrudér pohybuje podél svislého vedení (podél osy 0Z) ve vzdálenosti rovné velikosti vrstvy. Poté se začne nanášet další horizontální vrstva.

Odkaz: Proces tisku se může lišit v závislosti na výrobní technologii, ale obecný proces vytváření produktů sestává z nanášení materiálu vrstvou po vrstvě.

Typy 3D tiskáren

Zařízení se dělí v závislosti na jedinečnosti tiskového procesu, tzn. na použité technologii. Nejběžnějšími tiskovými metodami jsou FDM (Fused Deposition Modeling) a SLA (laserová stereolitografie).

Technologie směrového modelování je jednou z prvních tiskových metod, které se objevily. Termoplast se používá jako materiál pro výrobu předmětů ve formě navinutých pletacích jehel nebo nití na cívce. Způsob tisku je následující:

1. Cívka nebo vlákno je instalováno v extrudéru. Pod vlivem topného zařízení se materiál začne tavit a proudí kanálem na pracovní plochu.
2. Extrudér se pohybuje po zadaných souřadnicích v souladu s digitálním kódem. Výroba probíhá ve vrstvách vzhledem k horizontální rovině.
3. Při výrobě složitých výrobků se používají dva materiály: hlavní a pomocné. Výrobek je vytvořen ze základního materiálu. Pomocný materiál je určen k vytvoření dočasných podpěr a také k vyplnění dutého prostoru výrobku. ProtožeTiskárna není schopna bezdůvodně vytisknout předmět ve vzduchu.

Odkaz: Pomocný materiál se následně odstraní pomocí speciálního rozpouštědla, případně se snadno odlomí.

Výrobky vyrobené technologií FDM mají dobrou mechanickou a chemickou pevnost. Těchto vlastností je dosaženo použitím termoplastů průmyslové kvality. Tato technologie je také lehká a vhodná pro použití v domácnosti.

Technologie SLA neboli stereolitografie tisknou produkty pomocí tekutých fotopolymerních pryskyřic, které tvrdnou vlivem zdroje energie v podobě laseru. Při použití této metody mají výrobky vysokou přesnost (až 15 mikronů). Objekty se tisknou následovně:

1. Pracovní plocha se spustí do nádoby s fotopolymerní kapalinou do hloubky jedné vrstvy;
2. Zdroj energie (laser) vyřeže tvar předmětu podle zadaných souřadnic objektu;
3. Dochází k polymeračnímu procesu, jehož výsledkem je vytvrzení v místech kontaktu;
4. Postup se opakuje pro každou vrstvu, dokud není objekt vyroben;
5. Po vyrobení je model ponořen do nádoby se speciálním roztokem k očištění od pomocných prvků;
6. Poslední fází je ultrafialové ozáření, aby se urychlil proces tvorby produktu.

Stereolitografie je jednou z nejmodernějších technologií, ale vyžaduje drahé materiály. Existují také méně známé typy tisku:

SlS (selektivní laserové sintrování) principem tvorby předmětu je dodání tenké vrstvy materiálu ve formě prášku na pracovní plochu, která je spékána působením laseru.Hlavní výhodou této metody je absence nutnosti použití pomocných prvků, ale vyžaduje dodatečné tepelné zpracování. Není určeno pro použití v domácích podmínkách.

EBM (tavení elektronového svazku). Technologie je podobná selektivnímu laserovému slinování, ale produkt je vytvořen ve vakuu a nevyžaduje dodatečné tepelné zpracování.

Trojrozměrný tisk obsahuje 3D pero. Princip jeho fungování je podobný technologii FDM, má však miniaturnější vzhled a používá se k vytváření kreseb s trojrozměrným efektem.

Co umí 3D tiskárna?

Dnes se 3D tisk používá téměř ve všech oblastech života. Existují příklady vytváření kulinářských pokrmů pomocí 3D tisku. Díly jakékoli složitosti jsou vytvářeny pro složitější struktury ve všech průmyslových odvětvích. Ale nejrelevantnější a nejpotřebnější oblastí je stále medicína.

Několik společností vyvíjí organické simulátory, které mohou prakticky nahradit přírodní tkaniny. 3D tisk může pomoci i v oblasti kloubních náhrad. Nejběžnější aplikace trojrozměrné výroby je ve stomatologii. Kromě protetiky se k výrobě modelů orgánů používají tiskárny. Možnosti 3D tisku rostou a jsou každým dnem dostupnější.

3D tiskárny pomáhají nejen lidem, ale i zvířatům. Jedním ze slavných případů je vytvoření krunýře pro želvu, která byla zraněna při lesním požáru. Nová skořápka tedy zachránila život zvířete a takových případů je mnoho. Dalším unikátním případem je protetická noha pro slona. Jedinečnost pouzdra spočívá v tom, že protetika pro slony se kvůli velké hmotnosti zvířete prakticky nevyrábí.

Moderní technologie tisku umožňuje vytvořit i celou budovu. Stavba malého domu (37 m2) trvala výzkumníkům pouhých 24 hodin a byla poloviční oproti konvenční metodě.