Čo je 3D tlačiareň

Jedným z najsľubnejších trendov v modernom svete je vytváranie trojrozmerných objektov pomocou 3D tlače. Technológia tlače umožňuje vytvárať pomerne zložité a detailné produkty. Využitie 3D tlače je dnes možné nielen na výrobných miestach, ale aj doma, stačí si k tomu zakúpiť 3D tlačiareň.

Čo je 3D tlačiareň?

Trojrozmerná tlačiareň je zariadenie schopné vytvárať objekty na základe vytvorených digitálnych 3D modelov. Produkty sa získavajú nanášaním materiálu po vrstvách. Ako základ sa používajú termoplastické a fotopolymérne živice, ale s rozvojom technológie sa zvyšuje počet materiálov používaných ako suroviny.

Výrobný postup vyzerá takto:

1. Prebieha proces tvorby 3D modelu, t.j. vytvára sa vizuálny obraz budúceho produktu pri zachovaní všetkých proporcií. Model je vytvorený pomocou špecializovaného softvéru.
2. Po vytvorení modelu je potrebné súbor spracovať. Spracovanie pozostáva z prevodu súboru do digitálneho kódu, ktorý rozdeľuje celý model do mnohých paralelných vrstiev. Týmto spôsobom sa generujú príkazy pre 3D zariadenie, ktoré distribuuje materiál na vytvorenie objektu.
3. Finálnou fázou je 3D tlač produktu, t.j. proces vytvárania produktu nanášaním materiálu vrstva po vrstve.Proces sa vykonáva pomocou tlačovej hlavy (extrudéra), ktorá sa pohybuje po osiach 0Y a 0X, t.j. materiál sa podáva iba pozdĺž horizontálnej roviny v súlade s programovým kódom vrstvy. Na nanesenie ďalšej vrstvy sa extrudér pohybuje pozdĺž vertikálneho vedenia (pozdĺž osi 0Z) vo vzdialenosti rovnajúcej sa veľkosti vrstvy. Potom sa začne nanášať ďalšia horizontálna vrstva.

Referencia: Proces tlače sa môže líšiť v závislosti od výrobnej technológie, ale všeobecný proces vytvárania produktov pozostáva z nanášania materiálu po vrstvách.

Typy 3D tlačiarní

Zariadenia sa delia v závislosti od jedinečnosti procesu tlače, t.j. na použitej technológii. Najbežnejšie metódy tlače sú FDM (Fused Deposition Modeling) a SLA (laserová stereolitografia).

Technológia smerového modelovania je jednou z prvých metód tlače, ktoré sa objavili. Termoplast sa používa ako materiál na výrobu predmetov vo forme navinutých pletacích ihiel alebo nití na cievke. Spôsob tlače je nasledujúci:

1. Cievka alebo vlákno je inštalované v extrudéri. Pod vplyvom vykurovacieho zariadenia sa materiál začne topiť a preteká kanálom na pracovnú plochu.
2. Extrudér sa pohybuje po špecifikovaných súradniciach v súlade s digitálnym kódom. Výroba prebieha vo vrstvách vzhľadom na horizontálnu rovinu.
3. Pri výrobe zložitých výrobkov sa používajú dva materiály: hlavný a pomocný. Výrobok je vytvorený pomocou základného materiálu. Pomocný materiál je určený na vytvorenie dočasných podpier, ako aj na vyplnenie dutého priestoru výrobku. PretožeTlačiareň nie je schopná vytlačiť predmet vo vzduchu bez akéhokoľvek dôvodu.

Referencia: Pomocný materiál sa následne odstráni pomocou špeciálneho rozpúšťadla alebo sa ľahko odlomí.

Produkty vyrobené technológiou FDM majú dobrú mechanickú a chemickú pevnosť. Takéto vlastnosti sa dosahujú použitím termoplastov priemyselnej kvality. Táto technológia je tiež ľahká a vhodná na domáce použitie.

SLA technológie, alebo stereolitografia, tlačia produkty pomocou tekutých fotopolymérových živíc, ktoré tvrdnú vplyvom zdroja energie v podobe lasera. Pomocou tejto metódy majú výrobky vysokú presnosť (až 15 mikrónov). Objekty sa tlačia nasledovne:

1. Pracovná plocha sa spustí do nádoby s fotopolymérnou kvapalinou do hĺbky jednej vrstvy;
2. Zdroj energie (laser) vyreže tvar objektu podľa zadaných súradníc objektu;
3. Nastáva polymerizačný proces, v dôsledku ktorého dochádza k vytvrdzovaniu v miestach kontaktu;
4. Postup sa opakuje pre každú vrstvu, kým sa nevyrobí predmet;
5. Po výrobe sa model ponorí do nádoby so špeciálnym roztokom na čistenie od pomocných prvkov;
6. Konečným stupňom je ultrafialové ožarovanie, aby sa urýchlil proces tvorby produktu.

Stereolitografia je jednou z najmodernejších technológií, vyžaduje si však drahé materiály. Existujú aj menej známe typy tlače:

SlS (selektívne laserové spekanie) princípom vytvárania predmetu je dodanie tenkej vrstvy materiálu vo forme prášku na pracovnú plochu, ktorá sa speká pôsobením lasera.Hlavnou výhodou tejto metódy je absencia potreby použitia pomocných prvkov, ale vyžaduje dodatočné tepelné spracovanie. Nie je určené na použitie v domácich podmienkach.

EBM (tavenie elektrónovým lúčom). Technológia je podobná selektívnemu laserovému spekaniu, ale produkt je vytvorený vo vákuu a nevyžaduje dodatočné tepelné spracovanie.

Trojrozmerná tlač obsahuje 3D pero. Princíp jeho fungovania je podobný technológii FDM, má však miniatúrnejší vzhľad a používa sa na vytváranie kresieb s trojrozmerným efektom.

Čo dokáže 3D tlačiareň?

Dnes sa 3D tlač používa takmer vo všetkých oblastiach života. Existujú príklady vytvárania kulinárskych jedál pomocou 3D tlače. Časti akejkoľvek zložitosti sú vytvorené pre zložitejšie štruktúry vo všetkých odvetviach. Najdôležitejšou a najpotrebnejšou oblasťou je však stále medicína.

Niekoľko spoločností vyvíja organické simulátory, ktoré môžu prakticky nahradiť prírodné tkaniny. 3D tlač môže pomôcť aj v oblasti náhrady kĺbov. Najbežnejšia aplikácia trojrozmernej výroby je v zubnom lekárstve. Okrem protetiky sa na výrobu modelov orgánov používajú tlačiarne. Možnosti 3D tlače sa zvyšujú a sú každým dňom dostupnejšie.

3D tlačiarne pomáhajú nielen ľuďom, ale aj zvieratám. Jedným zo známych prípadov je vytvorenie panciera pre korytnačku, ktorá sa zranila pri lesnom požiari. Nová škrupina teda zachránila život zvieraťa a takýchto prípadov je veľa. Ďalším unikátnym prípadom je protetická noha pre slona. Jedinečnosť prípadu spočíva v tom, že protetika pre slony sa prakticky nevyrába kvôli veľkej hmotnosti zvieraťa.

Moderná technológia tlače umožňuje vytvoriť aj celú budovu. Výstavba malého domu (37 m2) trvala výskumníkom iba 24 hodín a bola polovičná oproti konvenčnej metóde.