Čo je 3D tlač?

3D tlač je výrobný proces, ktorý vytvára trojrozmerný, fyzický objekt z digitálneho súboru. Tento proces sa nazýva aditívna výroba, čo znamená, že materiál sa pridáva, nie odoberá.

Pomocou 3D tlače vytvoríte 3D digitálny dizajn v a modelovací program, známy ako CAD softvéra potom pomocou 3D tlačiarne vytvorte vrstvy materiálu na vytvorenie hotového objektu. Firmy, výskumníci, zdravotníci, fanúšikovia a ďalší využívajú 3D tlač na celý rad aplikácií.

Tu je pohľad na to, ako 3D tlač vznikla, ako funguje, na čo sa používa a aká je budúcnosť tejto technológie.

História (a budúcnosť) 3D tlače

Začiatkom 80. rokov sa objavila technológia 3D tlače, no bola známa ako technológia rýchleho prototypovania alebo RP. V roku 1980 Dr. Kodama z Japonska podal patentovú prihlášku na technológiu RP, ale proces nebol dokončený.

V roku 1984 Charles „Chuck“ Hull vynašiel proces, ktorý nazval stereolitografia, ktorý využíval UV svetlo na stuhnutie materiálu a vytvorenie 3D objektu vrstvu po vrstve. V roku 1986 bol Hullovi vydaný patent na jeho stereolitografický prístroj alebo stroj SLA.

Ďalšie procesy a technológie 3D tlače sa vyvíjali približne v rovnakom čase a ďalšie vylepšenia pokračovali počas 90. rokov a začiatkom 21. storočia. Primárnym zameraním technológie 3D tlače však bolo prototypovanie a priemyselné aplikácie.

Technológiu 3D tlače si hlavné médiá začali všímať v roku 2000, keď bola vytvorená prvá 3D tlačená oblička, hoci úspešná transplantácia 3D obličky prebehla až v roku 2013. V roku 2004 projekt RepRap nechal 3D tlačiareň vytlačiť ďalšiu 3D tlačiareň. Väčšiu pozornosť médií vzbudila v roku 2008 prvá 3D tlačená protetická končatina.

Ďalšie pokroky v 3D rýchlo nasledovali, vrátane domu s 3D tlačou, do ktorého sa rodina presťahovala v roku 2018.

3D tlač dnes nie je len o prototypoch a priemyselnej výrobe. Hobby, vedci a všetci ostatní používajú 3D tlač na výrobu produktov, spotrebného tovaru, medicínskych pokrokov, vzdelávacích materiálov a pod. Rýchlo sa stáva užitočnejším pre každodenného spotrebiteľa.

Oscar Adelman, generálny riaditeľ spoločnosti Remi, hovorí, že tento proces sa stáva populárnejším napríklad v dentálnom priemysle. Presnosť 3D tlače je neuveriteľne pôsobivá a môže pomôcť zákazníkom zubného lekárstva ušetriť až 80 percent na produktoch v porovnaní s tradičnými cenami v zubných ambulanciách.

„Keď sa technológia tlače stáva rýchlejšou, lacnejšou a bežnejšou, uvidíme, ako sa odvetvia, ako je dentálny sektor, viac spoliehajú na technológiu pri každodenných postupoch,“ hovorí.

Ako fungujú 3D tlačiarne

Existuje niekoľko typov technológií 3D tlače, vrátane Fused Deposition Modeling (FDM), známej aj ako Fused Filament Fabrication (FFF). FDM je najbežnejšia a najobľúbenejšia metóda a používa sa v najdostupnejších 3D tlačiarňach.

Metóda tlače FDM využíva vlákno z plastového materiálu, trochu ako strunu. Vlákno sa privádza z kotúča do vyhrievanej hlavy, ktorá roztaví plast. Hlava vytláča roztavený plast na lôžko stroja. Hlava sa pohybuje nad posteľou v 2D a nanáša prvú vrstvu materiálu.

Po dokončení prvej vrstvy sa hlava posunie nahor o hrúbku prvej vrstvy a na ňu sa nanesie ďalšia vrstva. Časť sa skladá vrstva po vrstve, ako keď sa pečie bochník chleba plátok po plátku.

Medzi obľúbené FDM 3D tlačiarne patria MakerBot a Ultimaker.

Príklad použitia 3D tlačiarne

Tu je pohľad na to, ako môže fungovať jednoduchá 3D tlač na tlačiarni FDM.

1. Stiahnite si 3D model, ktorý chcete vytlačiť, alebo si ho navrhnite sami.

   Nájdite modely na stiahnutie na Thingiverse alebo GrabCAD. Ak chcete navrhnúť model sami, skúste to SketchUp alebo Blender. Pre inžinierske diely skúste CAD softvér ako napr SolidWorks.

2. Ak ešte nie je, preveďte model do formátu 3D tlače, ako je napr súbor STL.

3. Importujte model do softvéru na rezanie, ako napr MakerWare, Cura, alebo Zjednodušte 3D.

   MakerWare spolupracuje s 3D tlačiarňami MakerBot. Cura a Simplify 3D vytvárajú G-kód, ktorý funguje s väčšinou 3D tlačiarní.

4. Nakonfigurujte zostavu v softvéri na rezanie. Rozhodnite sa, ako orientovať model na 3D tlačiarni. V prípade FDM minimalizujte previsy strmšie ako 45 stupňov, pretože si vyžadujú podporné konštrukcie.

   Pri rozhodovaní o orientácii zvážte, ako bude model načítaný, aby sa vrstvy neoddeľovali ľahko.

   

   Aby sa ušetril čas a materiály, modely vo všeobecnosti nie sú pevné. Zadajte percento výplne (zvyčajne 10 až 35 percent), počet obvodových vrstiev (zvyčajne 1 alebo 2) a počet spodných a vrchných vrstiev (zvyčajne 2 až 4). Kedy je potrebné zvážiť ďalšie veci príprava modelu pre 3D tlač.

5. Exportujte program, čo je zvyčajne súbor G-kódu. Softvér na rezanie skonvertuje model a konfiguráciu zostavy, ktorú ste zadali, na súbor pokynov. 3D tlačiareň takto zostaví diel.

6. Preneste program do 3D tlačiarne pomocou SD karty, USB alebo Wi-Fi.

7. Vytlačte model na 3D tlačiarni.

   

8. Keď 3D tlačiareň dokončí stavbu modelu, odstráňte ho a prípadne aj vyčistite. Odlomte všetky nosné konštrukcie a všetky zostávajúce hrudky zotrite jemným brúsnym papierom.

Iné typy 3D tlačiarenských strojov

Okrem FDM tlačiarní zahŕňajú metódy 3D tlače aj stereolitografiu (SLA), digitálne spracovanie svetla (DLP), Selektívne laserové spekanie (SLS), selektívne laserové tavenie (SLM), výroba laminovaných predmetov (LOM) a digitálny lúč Topenie (EBM).

SLA je najstaršia technológia 3D tlače a používa sa dodnes. DLP využíva osvetlenie aj polyméry, zatiaľ čo SLS využíva laser ako zdroj energie na vytváranie silných 3D tlačených objektov. SLM, LOM a EBM sa do značnej miery dostali do nemilosti.

Budúcnosť 3D tlače

Povedie 3D tlač k budúcnosti produktov na vyžiadanie, prispôsobených okamžite vyrobeným podľa našich presných špecifikácií? Aj keď to zostáva nejasné, technológia 3D tlače rýchlo rastie a používa sa v mnohých oblastiach.

3D tlač domov, telesných orgánov, ako sú obličky a končatiny, a ďalšie pokroky majú potenciál zlepšiť životy nespočetných ľudí na celom svete.