Klasifikace 3d tiskáren

S příchodem 3d tiskáren nastala nová technologická éra – nyní je možné tisknout trojrozměrné předměty. Trojrozměrné objekty lze použít k velmi různorodým účelům – od hraček až po lékařské protézy. Práce je založena na digitální model (nebo výkres), který se pak převede na jeho přesnou reálnou kopii. Taková zařízení jsou k dispozici v různých kapacitách a konfiguracích a v domácím i průmyslovém provedení. Dnešní typy 3D tiskáren používají nejrůznější materiály pro získání trojrozměrného tisku.

Technologie 3D tisku

Pro použitou technologii existuje specifická klasifikace, která by byla užitečná pro každého budoucího majitele 3D tiskárny:

• FDM;
• Polyjet nebo MJM;
• OBJEKTIVY;
• LOM;
• SLA;
• SLS;
• 3DP;

FDM

Jedná se o nejoblíbenější technologii v daných zařízeních. V jednotce FDM (fused deposition modeling) se spotřební materiál protlačí speciální tryskou vrstvu po vrstvě. Patří mezi ně:

• Zařízení podobná Makerbotu;
• Tiskárny Stratasys;
• jednotky používané v kulinářském průmyslu (sýrové výrobky, těsta, glazury);
• zdravotnické prostředky (lékařský gel s živými buňkami).

Polyjet

Zajímavá je také metoda MJM (Multi Jet Modeling), která zahrnuje techniku modelování více trysek. Proces je podobný běžnému inkoustovému tisku, protože materiál je veden přes malé trysky (může jich být několik set). Po vytvrzení předchozí vrstvy se vytvoří požadovaný 3D model.

Spotřební materiál jsou fotopolymery a plasty, vhodné jsou také speciální vosky. Běžně se používá při výrobě lékařských implantátů, zubních protéz a forem.

Vícebarevné varianty a objekty s různými vlastnostmi, např. pružné v kombinaci s pevnými.

Nevýhodou použití tohoto druhu technologie je, že vstupní materiál je velmi drahý a že křehký výsledek. Typické aplikace jsou v medicíně a při výrobě průmyslových prototypů.

OBJEKTIVY

LASEROVĚ INŽENÝROVANÉ TVAŘENÍ SÍTĚ znamená, že spotřební materiál vyfouknutý z trysky je v přímém ohnisku laserového paprsku s rizikem okamžitého spékání. Používání stránek kovový prášek pomohl při výrobě předmětů z oceli a titanu, což umožnilo použití 3d tiskáren v průmyslu. Mnoho slitin se reálně mísí a získává přímo v procesu. Takto se například vyrábějí titanové lopatky turbín.

LOM

Při výrobě laminovaných objektů se tenké a již zalaminované desky laserem vyřezávají, lepí, spékají nebo lisují do trojrozměrného objektu. Tímto způsobem lze tisknout plastové, hliníkové a papírové 3D objekty.

Mimochodem, zdrojem pro hliníkové předměty je odpovídající fólie – bude „spékána“ pomocí ultrazvukových vibrací.

Navzdory lehkosti výchozího materiálu jsou papírové modely velmi robustní a jejich výrobní náklady jsou prakticky nulové. Musíte se však smířit s tím, že s výrobkem půjde i spousta odpadu. Ačkoli tomu lze předejít umístěním několika malých předmětů najednou na stejný list.

SLA

Abyste pochopili, jak stereolitografie funguje, musíte si představit vanu naplněnou vodou kapalný polymer. Laserový paprsek procházející přes její povrch polymerizuje vrstvu. Jakmile je jedna z vrstev připravena, plošina spustí díl tak, aby kapalný polymer vyplnil prázdné prostory. Pak se situace změní: obrobek se zvedne nahoru a samotný laser se umístí do spodní části.

tato metoda vyžaduje úpravu povrchu pískem a odstranění přebytečného materiálu. Někdy se výsledek navíc peče v ultrafialových pecích.

Takovou tiskárnu doma mít nemůžete:

• kvůli toxicitě fotopolymeru;
• nákladná údržba.

SLS

Selektivní laserové spékání se podobá výše uvedené technologii, ale místo fotopolymeru se používá laserem vypálený prášek. Nemůžete se bát, rozbití v procesu části, a jako spotřební materiál je pravděpodobné, že použít ocel, nylon, bronz, titan, keramika, sklo, slévárenský vosk a další materiály.

Technologie předpokládá vytváření složitých věcí. Výborně se hodí například pro tvorbu jakýchkoli prototypů – např, pro šperky. Nevypálený prášek podepře převislé prvky – není tedy třeba vytvářet žádné speciální podpůrné obaly.

3DP

Metoda 3DP spočívá v nanesení vrstvy lepidla na materiál, následně vrstvy čerstvého prášku a pak znovu celého materiálu. Výsledkem je materiál podobný sádrovci (pískovci). Pokud se do tohoto lepidla přidá barva, vytvoří se barevné objekty. Technologie je bezpečná pro domácí i kancelářské použití. Pro materiály jsou vhodné prášky ze skla, kostí, pryže a dokonce i pilin.  Lze vyrobit a jedlé figurky (s použitím čokolády nebo cukrového prášku) – v tomto případě se však používá speciální potravinářské lepidlo.

Není to bez nevýhod – konečný výsledek může mít hkorunaý povrch a nízké rozlišení.

Rozdělení tiskáren podle typu použitého materiálu

Spotřební materiál definuje typy 3d tiskáren. Laser jednotky spékají a laminují prášek. Inkoustový tisk 3D tiskárna lepí vrstvy použité suroviny jednu po druhé a poté dochází ke spékání. Dalším krokem je chlazení. Zde lze použít typy fotopolymerních plastů, pryskyřic, prášků, silikonu, kovových a voskových komponentů. Podívejme se, jak tato technika funguje na různých materiálech.

Prášek

Princip této techniky je následující:

• Na základě zadaného modelu začne tisková hlava nanášet speciální pojivo na určitá místa;
• prášek se nanáší jemným válečkem a spéká se na látku.
• pak se proces opakuje.

Takové zařízení je zcela reálné stavět vlastníma rukama – Stačí mít potřebné součásti. Dalším „bonusem“ takového zařízení je práce s práškovým kovem.

Sádra

Sádrová varianta je také plněna prášky, ale odpovídajícími prášky – od sádry po tmel, cement apod. Povinná dostupnost spojovací prostředek. Takové tiskárny se nejčastěji používají pro výzdobu interiérů. Výrobky, které se zde získávají, jsou velmi rozmanité.

Fotopolymer

V tomto případě se k výrobě objektů používají tekuté fotopolymery. Zajímavý princip vytváření čísel. Ultrafialový laser, řízený počítačovým modelem, osvětlí určitá místa. Následně se vlivem ultrafialového světla zpevní. Takové osvětlení bude prováděno prostřednictvím speciálně připravené fotomasky – pouze zde bude použita UV lampa. Vzor se mění s každou novou vrstvou.

Pokud je zvolena stereolitografická technika, lze využít vysokou přesnost objemového tisku. Jedinou nevýhodou je nízká rychlost, ale pokud jde o přesnost, čas je důležitý.

Vosk

Tento druh zařízení tiskne pomocí vosku, materiálu s nízkým bodem tání. Navíc se s ním snadno pracuje. Proto je jasnost a přesnost vytvořeného náčrtu dokonalá.

Jak dosáhnout barvy

Tato technika využívá speciální matrici k výrobě různobarevných předmětů. Existuje několik důvodů extrudéry – Součásti schopné tavit a nanášet použitý spotřební materiál.

Většina těchto strojů se používá při výrobě dětských hraček. Dalším účelem je tvorba designových šperků.

Existuje další metoda nazvaná „sublimace„. Tento typ tiskárny se používá, pokud chcete na reliéfní povrch přenést obrázek (například z fotografie). Pro dosažení vzoru na určitých místech se barvy zahřívají – vlivem teploty dochází k odpařování a požadovaný vzor zůstává.

Jak vybrat 3D tiskárnu

Při výběru tiskárny se nejprve rozhodněte pro technologii tisku. Zařízení amatérské úrovně, která jsou jako jediná potenciálně dostupná běžnému spotřebiteli, nikoli celé společnosti, jsou založena na vývoji tzv Jet plast (PJP), Některé zdroje ji označují jako Fused Deposition Modeling (FDM) nebo Fused Filament Fabrication (FFF). Jedná se v podstatě o totéž.

Typy materiálů pro amatérský tisk

Tento typ zařízení využívá především plasty s různými vlastnostmi. Dodává se ve formě plastové šňůry navinuté na cívce nebo nastříhané na brčka. V hromadné výrobě se používají dva typy plastů: ABS a PLA.

Plast ABS Bezpečné, netoxické, vhodné pro dětské tvoření a lze s nimi pracovat v přítomnosti dětí. Je silný a slouží dlouho. Nevýhodou plastu je, že na slunci a v extrémních mrazech ztrácí svou prodejnost. Používá se spíše při výrobě profesionálních dílů.

PLA plast (polylaktid) je křehčí a nemá tak dobré vlastnosti. Je však tvárnější a nabízí více možností pro složité tvary. Je to přírodní produkt, protože se vyrábí z kukuřice a cukrové třtiny. Je šetrný k životnímu prostředí a rozpadá se ze 100 % na své nezávadné složky. Předměty vyrobené z PLA jsou odolné proti oděru, drží svou geometrii. Plast se proto dokonale hodí pro pohyblivé části.  Obecně se jedná spíše o amatérskou verzi plastové hmoty.

Alternativní materiály pro 3D tisk

Kromě plastu se v těchto tiskárnách používají tyto materiály.

1. Nerezová ocel. Používá se pouze v profesionálním prostředí. Poskytuje velké možnosti pro výrobu detailů.
2. Dřevo. Ve skutečnosti se nejedná o dřevo, ale o směs pojivového polymeru a přísady do dřeva.  Tento materiál je velmi drahý a nevyžaduje žádné zvláštní dovednosti. Výrobky z něj jsou „teplé“, vzhledově se od dřeva neliší.
3. Pryskyřice také stojí hodně. Odtud můžete tisknout díly s vysokou přesností a vynikající kvalitou povrchu – hladké a pevné. Pryskyřice na slunci ztrácí průhlednost.
4. Nylon. Používá se hlavně pro průmyslové a lékařské aplikace.

Důležité! Při nákupu tiskového materiálu je třeba dbát na to, aby formát cívky a tloušťka šňůry odpovídaly specifikacím tiskárny.

Vlastnosti 3D tiskáren

Pro výběr tiskárny nebo pro provedení analýzy, která určí lídra, je nutné pochopit, které vlastnosti zařízení jsou klíčové.

1. Oblast tisku. Tento parametr definuje maximální objem detailů, které lze vytvořit pomocí daného zařízení. V dokumentaci je uveden objem nebo kostka.cm nebo hranice lineárních rozměrů v mm.
2. Rozlišení tisku (vrstva). Jedná se o tloušťku vrstvy, kterou je materiál potištěn. Čím vyšší rozlišení, tím jemnější plast, tím jemnější reliéfy, tím vyšší kvalita povrchu. Pod touto hodnotou jsou díly více „neohrabané“, bez jemných detailů. U některých zařízení může tento parametr nastavit obsluha.
3. Extruder. Jedná se o provozní uzel tiskárny, který je zodpovědný za přípravu (ohřev) a výdej materiálu. Plast (nebo jiná surovina) je změkčen při vysoké teplotě v trysce a přiveden do tiskárny (vytlačován). Tato sestava zahrnuje samotnou trysku, dopravník šňůr (plastových vláken), regulátor teploty a chladicí mechanismus. 3D tiskárny s jedním extrudérem zvládnou pouze jedno vlákno na jeden průchod. Pro vícebarevný tisk jsou potřeba alespoň 2-3 extrudery. V průmyslových zařízeních je možné vybavit jednu jednotku dvojitou tryskou. To je nákladné a spotřebitelská zařízení nejsou takto vybavena.
   

   3D tiskárna se dvěma extrudery

4. Tiskárny lze „připojit“ k externím zařízením (počítač, chytrý telefon nebo jen externí paměť) prostřednictvím USB a/nebo Wi-Fi. To není vždy podmínkou pro provoz.
5. Firmware (software) tiskárny. Ve výchozím nastavení je přednastaveno. Je zodpovědný za rozpoznávání, zpracování dokumentů ve formátu stl pro následný tisk. Tyto soubory se vytvářejí v profesionálních programech, jako je Sketchup a Autodesk Inventors Fusion.
6. Další funkce. Ergonomie, design a další detaily nezasahují do pracovních procesů v tiskárně, ale často určují její cenu.

3D tiskárny mohou být dodávány jako samostatné jednotky (sestavené) nebo ve formě stavebnice (DIY). Druhá varianta stojí podstatně méně.

Shrnutí

3D tisk přitahuje velké množství lidí, kteří se o něj zajímají z osobní zvědavosti nebo pro výrobní účely. Pro ty, kteří nemají žádné zkušenosti v oboru, není obtížné naučit se umění objemového tisku, a to jak na virtuálních, tak na skutečných kurzech. Důležitější bude další: pro jaké konkrétní účely si takové zařízení koupíte. Správné stanovení priorit v kombinaci se znalostí technologie použité pro danou aplikaci umožňuje využít plný potenciál technologie.