3D tlač - všetko, čo potrebujete vedieť

Dozvieš sa tu:

  • Čo je 3D tlač?

  • Je 3D tlač naozaj Tlač?

  • Ako funguje 3D tlač?

  • Kto vynašiel 3D tlač?

  • Aké sú výhody 3D tlače?

  • Čo vedia 3D tlačiarne?

  • Čo sú služby 3D tlače?

  • Kde môžem kúpiť 3D tlačiareň?

  • Aký softvér potrebujem pre 3D tlač?

  • Aká je budúcnosť 3D tlače?

Čo je 3D tlač?

3D tlač je vo svojej najzákladnejšej podobe výrobný proces, pri ktorom je materiál pokladaný vrstvu po vrstve, aby vytvoril trojrozmerný objekt. (Toto je považované za aditívny proces, pretože objekt je postavený od nuly, na rozdiel od subtraktívnych procesov, v ktorých sa materiál reže, vŕta, frézuje alebo opracováva.)

Hoci 3D tlačiarne používajú rôzne materiály (ako je plast alebo kov) a techniky, zdieľajú schopnosť prevádzať digitálne súbory obsahujúce trojrozmerné dáta – či už sú vytvorené v programe computer-aided design (CAD ) alebo computer-aided production (CAM), alebo z 3D skenera – do fyzických objektov.

Je 3D tlač naozaj Tlač?

Áno, 3D tlač možno považovať za tlač, aj keď nie tak, ako je tradične definovaná. Príslušné definície „tlače“ sa sústredia na:

  • výrobu tlačovín,
  • publikácií alebo
  • fotografií
  •  výrobu pomocou odtlačku (aplikácia tlaku)

Ani jedna z týchto definícií nezodpovedá 3D tlači. Ale z technologického hľadiska je 3D tlač výplodom tradičnej tlače, pri ktorej sa nanáša vrstva materiálu (obvykle atramentu). Obvykle je tak tenký, že nie je viditeľná výška (hoci u tlačiarní s pevným atramentom je trochu hrubšia).

To, čo 3D tlač robí, je že výrazne rozširuje túto výšku aplikovaných vrstiev. Malo by teda zmysel rozšíriť definíciu tlače tak, aby zahŕňala výrobu trojrozmerných objektov týmto spôsobom.

Ako funguje 3D tlač?

Podobne ako tradičné tlačiarne aj 3D tlačiarne využívajú rôzne technológie. Najbežnejšie známe je "fused deposition modeling" (FDM) , tiež známe ako "fused filament fabrication" (FFF).

V ňom sa vlákno / filament / tlačí struna – zložená z akrylonitrilbutadienstyrénu (ABS), kyseliny polymliečnej (PLA) alebo iného termoplastu – roztaví na danú teplotu a nanesie cez vyhrievanú trysku vo vrstvách. Prvé 3D tlačiarne, ktoré prišli na trh, vyrobené v polovici 90. rokov spoločnosťou Stratasys s pomocou IBM, používali FDM (termín chránený ochrannou známkou Stratasys), rovnako ako väčšina 3D tlačiarní určených pre spotrebiteľov, fanúšikov a školy.
Ďalšou technológiou používanou pri 3D tlači je "stereolitografie" (SLA). V ňom je UV laserom svietené do kade s fotopolymérom citlivým na ultrafialové žiarenie a na jej povrchu obkresľuje objekt, ktorý má byť vytvorený. Polymer tuhne, kdekoľvek sa ho lúč dotkne, a lúč „tlačí“ objekt vrstvu po vrstve podľa pokynov v súbore CAD alebo CAM, ze sa súbor pre tlačiareň pripraví. Podobná tejto technológii je tiež 3D tlač "digital light projector" (DLP). Táto metóda vystavuje kvapalný polymér svetlu z digitálneho projektora. To vytvrdzuje polymér vrstvu po vrstve, kým nie je objekt postavený, a zvyšný kvapalný polymér je vypustený. Ďalšou variáciou tejto technológie je"liqud crystal display" (LCD). Táto metóda tiež používa projektor, ale medzi ním a vaničkou s resinom je LCD display, ktorý prepúšťa svetlo iba tam, kde sa má polymér vyvrtnúť.

Multi-jet modelovanie je atramentový 3D tlačový systém, ktorý strieka farebné spojivo podobné lepidlu na následné vrstvy prášku, kde má byť objekt formovaný. Ide o jednu z najrýchlejších metód a jednu z mála, ktorá podporuje viacfarebnú tlač. Touto technológiou imponuje najmä spoločnosť HP.

Je tiež možné upraviť štandardnú atramentovú tlačiareň pre tlač s inými materiálmi ako atramentom. Podnikaví majstri postavili alebo upravili tlačové hlavy, všeobecne piezoelektrické hlavy, pre prácu s rôznymi materiálmi – v niektorých prípadoch tlačia samotné tlačové hlavy na iných 3D tlačiarňach! Spoločnosti ako MicroFab Technologies predávajú 3D tlačové hlavy (a tiež kompletné tlačové systémy).

Najužitočnejšou technológiou je "selective laser sintering " (SLS) využíva vysoko výkonný laser na spájanie častíc plastu, kovu, keramiky alebo skla. Na konci práce je zostávajúci materiál recyklovaný. Tavenie elektrónovým lúčom (EBM) využíva elektrónový lúč na roztavenie prášku, vrstvu po vrstve. Materiál Titan sa často používa s EBM na tlač lekárskych implantátov, rovnako ako súčasťou lietadiel.

V závislosti na technike môžu 3D tlačiarne používať rôzne materiály, vrátane kovov (medzi nimi nerezová oceľ, hliník a titán); plasty a polyméry (vrátane kompozitov, ktoré kombinujú plasty s kovmi, drevom a inými materiálmi); keramika; sklo; a dokonca aj potraviny ako syr, poleva a čokoláda! (Pozri náš základ pre typy vlákien pre 3D tlačiarne.)

Kto vynašiel 3D tlač?

Prvá 3D tlačiareň, ktorá využívala techniku stereolitografie, vytvoril Charles W Hull v polovici 80. rokov.

Stereolitografia bola tradične nákladnou komerčnou technikou, ktorej náklady sa pohybovali v piatich a dokonca šesťciferných číslach, ale v posledných rokoch sa objavili stolné stereolitografické tlačiarne, ktoré stáli niekoľko stoviek tisíc, rovnako ako spotrebiteľské systémy, ktoré začínajú hlboko pod tisícmi.

V roku 1986 Hull založil3D Systems, spoločnosť, ktorá dnes predáva 3D tlačiarne využívajúce rôzne technológie. Siaha od základných sád až po pokročilé komerčné systémy a 3D Systems taktiež poskytuje náhradné diely na vyžiadanie, väčšinou firemným zákazníkom.

Aké sú výhody 3D tlače?

Vďaka 3D tlači majú dizajnéri možnosť rýchlo premeniť koncepty na 3D modely alebo prototypy (anglicky "rapid prototyping") a implementovať rýchle zmeny dizajnu. Umožňuje firmám vyrábať produkty na zákazku skôr kusovo, než vo veľkých sériách, čo zlepšuje riadenie zásob a znižuje nároky na skladovací priestor. Ľudia na odľahlých miestach môžu vyrábať predmety, ktoré by pre nich inak boli nedostupné.

Z praktického hľadiska môže 3D tlač ušetriť peniaze a materiál oproti subtraktívnym technikám, pretože sa vyplytvá veľmi málo surovín. A sľubuje, že zmení povahu výroby a nakoniec umožní spotrebiteľom sťahovať súbory pre tlač aj zložitých 3D objektov – vrátane napríklad elektronických zariadení a umožniť tak tlač v ich vlastných domovoch.

Čo vedia 3D tlačiarne?

      • Dizajnéri používajú 3D tlačiarne na rýchlu tvorbu modelov produktov a prototypov, ale stále častejšie sa používajú aj na výrobu finálnych produktov.
      • Medzi predmetmi vyrobenými na 3D tlačiarňach patria napríklad:
      • Automobilový a letecký priemysel tiež využíva na výrobu dielov 3D tlačiarne.
        • Najmä kvôli zníženiu nákladov
      • Umelcimôžu vytvárať sochy a architekti môžu vyrábať modely svojich projektov.
      • Archeológovia používajú 3D tlačiarne na rekonštrukciu modelov krehkých artefaktov, vrátane niektorých starožitností, ktoré boli v posledných rokoch zničené ISIS. ak>
      • Rovnako tak môžu paleontológovia a ich študenti duplikovať kostry dinosaurov a ďalšie skameneliny.
      • Lekári a zdravotní technici môžu využiť 3D tlač na výrobu protetiky, načúvacích prístrojov, umelých zubov a kostných štepov, rovnako ako replikovať modely orgánov, nádorov a ďalších vnútorných telesných štruktúr z CT skenov pri príprave na operáciu.
        • Dobrým príkladom je projekt Daniel, ktorý 3D tlačí protetické paže a ruky pre obete násilia v Sudáne.Tiež vyvíjané 3D tlačiarne, ktoré dokážu položiť vrstvy buniek na vytvorenie umelých orgánov (ako sú obličky a krvné cievy), sú už vo fáze výskumu a vývoja. Vo forenznej praxi je dokonca miesto pre 3D tlač, napríklad na replikáciu guľky uväznenej vo vnútri obete.
      • Tlačená elektronika je súbor tlačových metód, ktoré umožňujú tlač elektronických zariadení alebo obvodov na flexibilné materiály, ako sú štítky, látky a kartón, aplikáciou elektronických alebo optických atramentov. Poskytuje veľmi lacnú výrobu zariadení s nízkym výkonom. Tlačená elektronika sa začína kombinovať s 3D tlačou, čo umožňuje tlač vrstvených obvodov alebo zariadení. Prirodzeným dôsledkom tohto silného kombá je, že jedného dňa možno budete môcť vytlačiť gadgety z 3D plánov, než ich kupovať.
      • Príprava jedla je ďalší spôsob, ako možno využiť 3D tlačiarne.
        • Francúzsky kulinársky inštitút používa na prípravu umeleckých lahôdok open-source 3D tlačiareň Fab@Home vyvinutú na Cornellovej univerzite.
        • MIT tiež vytvorilo 3D potravinovú tlačiareň s názvom Cornucopia. Malý počet reštaurácií testuje prototypy potravinárskych tlačiarní.
        • Výskum 3D tlače NASA zahŕňala tlač potravín, ako je 3D tlač pizze.
      • Hrstka potravinárskych 3D tlačiarní sa stala komerčne dostupnou. Majú tendenciu sa zameriavať na konkrétne potraviny, ako je čokoláda, palacinky alebo sušienky.

Čo sú služby 3D tlače?

Nemusíte vlastniť 3D tlačiareň, aby ste z nej mohli ťažiť. Mnoho služieb 3D tlače, ako sú 3DWiser a Průša, tlačí na zákazku na vlastných 3D tlačiarňach a potom ich odosiela zákazníkovi. Zákazníci môžu buď odoslať svoje vlastné súbory 3D objektov, alebo si vybrať položky, väčšinou navrhnuté inými užívateľmi služby, z online katalógu.
Služby 3D tlače už ale nie sú len doménou špecialistov. Veľké spoločnosti ako UPS zaviedli služby 3D tlače a niektoré tradičné tlačiarne pridali do svojho repertoáru 3D tlač na vyžiadanie.

Kde môžem získať 3D tlačiareň?

Väčšina výrobcov 3D tlačiarní predáva svoje produkty priamo online. Mnoho e-shopov ich teraz skladuje, vrátane spoločností iba online a ďalšie, ktoré majú aj kamenné obchody. Niektoré z nich, ako napríklad tento eshop, ich ponúkajú v obchodoch aj online, ale nezabudnite si overiť dostupnosť tlačiarní, napríklad na našom chatu.

Aký softvér potrebujem pre 3D tlač?

Takmer všetky 3D tlačiarne prijímajú súbory v takzvanom formáte STL (pomenovaný po stereolitografii). Tieto typy súborov môže vytvárať väčšina akéhokoľvek CAD softvéru, od drahých komerčných balíčkov, ako je AutoCAD, až po bezplatné alebo open source produkty, ako sú Fusion360, Google SketchUp a Blender. Pre tých, ktorí nechcú vytvárať svoje vlastné 3D súbory, ponúka databázy 3D objektov, ako je MakerBot Thingiverse, početné súbory 3D objektov, ktoré je možné stiahnuť a vytlačiť.

Väčšina 3D tlačiarní sa dodáva so softvérovým balíkom, ktorý je dodávaný buď na disku alebo je k dispozícii na stiahnutie a ktorý obsahuje všetko, čo potrebujete na tlač. Súpravy zvyčajne poskytujú program na ovládanie tlačiarne a slicer, ktorý v rámci prípravy na tlač formátuje objektový súbor do vrstiev na základe zvoleného rozlíšenia a ďalších faktorov. Niektoré sady obsahujú program pre "opravu" súboru/objektu, ktoré by mohli narušovať hladkú tlač - to je napríklad služba Netfab. Programy vzišli z hnutia RepRap s otvoreným zdrojovým kódom, z ktorého sa vyvinula fanúšikovská 3D tlač. U niektorých tlačiarní si môžete vybrať jednotlivé komponenty na stiahnutie, než aby ste používali čokoľvek, čo je súčasťou sady.

Čo prináša budúcnosť 3D tlače?

Rada 3D tlačiarní pre domácnosti a malé podniky je ľahko dostupná, ale stále sú často považované za exotické a pomerne drahé vychytávky . Očakávajte, že sa to zmení počas niekoľkých nasledujúcich rokov, kedy sa 3D tlačiarne stanú bežnejšími v domácnostiach – nájdu sa na pracovných stoloch, v štúdiách, v domácich kanceláriách a dokonca aj v kuchyni. Možno ich nenájdete v každej domácnosti, ale stanú sa nenahraditeľnými pre ľudí, ktorí ich majú.

Výtlačky vyrobené na 3D tlačiarňach majú zatiaľ skôr ale začneme vídať zložitejšie výtvory kombinujúce viac materiálov a kompozitov, rovnako ako tlačiteľnú elektroniku. Ak u dnešných 3D tlačiarní stratíte kryt batérie diaľkového ovládača televízora, bude možné vytlačiť náhradný kryt. So zajtrajším, ak stratíte ovládač, možno si budete môcť vytlačiť úplne nový ovládač.

Tiež 3D tlač získava oporu vo vesmíre. NASA experimentuje s 3D tlačiarňami na palube Medzinárodnej vesmírnej stanice. Nakoniec by 3D tlačiarne mohli byť použité na vytvorenie biotopov na Marse a ďalších svetoch. Aby zachránila astronautov Apolla 13 pred smrťou udusením oxidom uhoľnatým, musela NASA v skutočnosti nájsť spôsob, ako umiestniť štvorcový kolík do okrúhleho otvoru. Ak by na palube bola 3D tlačiareň, mohli byť schopní problém ľahko vyriešiť navrhnutím a vytlačením konektora. Astronauti sa nemôžu oháňať Home Depotom, ak potrebujú vymeniť ventil alebo widget, ale 3D tlačiareň by ich mohla vyrobiť podľa potreby. Podobne uvidíme 3D tlačiarne na antarktických základniach a ďalších vzdialených pozemských miestach, kde ľudia nemôžu čakať šesť mesiacov na ďalšiu zásobu, aby nahradili základné súčasti alebo nástroje.

Lekárske aplikácie 3D tlače nekončia u protetiky, načúvadiel a zubných koruniek. Náhradné diely nemusia byť obmedzené na mechanické diely. V posledných niekoľkých rokoch sme videli explóziu v rozmanitosti a využití 3D tlačiarní. Je to podobné tomu, kde boli osobné počítače približne v roku 1980. Aj keď je dosť ľahké vidieť niektoré oblasti, do ktorých sa oblasť 3D tlače rozvetví, iné sú mimo našej schopnosti predvídať, rovnako ako si nikto v roku 1980 nedokázal predstaviť mnoho z toho , čo osobný počítač by sa zmenil v. Je možné, že 3D tlač nemusí mať na spotrebiteľov v každodennom živote rovnaký vplyv ako PC, ale má potenciál spôsobiť revolúciu vo výrobe, a čo je možno dôležitejšie, priniesť ho do rúk každodenných spotrebiteľov. Jedno je však isté: 3D tlač tu zostane.