Co je 3D tisk?

3D tisk je soubor technologií, které se všechny snaží odpovědět na otázku: „Jaký je nejlepší způsob, jak vyrobit jakýkoli jednotlivý fyzický objekt tím, že jej vytvoříte vrstvu po vrstvě?“ Pomocí 3D tisku obvykle postavíte bochník chleba plátek po plátku.

Všechny technologie fungují jinak, ale jedna z nejběžnějších FDM (Fused Deposition Modelling) pracuje s tiskovou hlavou, která je napájena plastovým vláknem (obvykle ABS, stejný plast, ze kterého je vyrobeno LEGO).

3D soubor je zkontrolován softwarem, zda je možné jej vytisknout.

Software pak soubor rozřízne a odešle do počítače.

Přes tiskovou hlavu je vedeno plastové vlákno.

Vlákno se roztaví a hlava jej poté uloží na stavební platformu.

Hlava se pohybuje kolem a ukládá materiál tak, že tvoří spodní řez předmětu.

Hlava se vrátí do výchozí polohy a stavební plošina se spustí.

Hlava pak vytvoří novou vrstvu na první a to se opakuje, dokud není objekt hotový.

Pro DIY simulaci vymáčkněte tubu zubní pasty z ruky.

Pokud bychom postavili tvar sklenice na víno, narazili bychom na problém. Pokud bychom chtěli potisknout misku skla, plast by prošel všude kolem. Z tohoto důvodu moderní stroje (a brzy i stolní stroje) odkládají podpůrný materiál. S nosným materiálem má tisková hlava dva extrudéry, jeden nanáší stavební materiál a druhý nosný materiál. Takže při stavbě sklenice na víno byste ve skutečnosti postavili tvar válce, který sahá až k nejvzdálenějším místům misky sklenice.

Tisková hlava by vytlačovala stavební materiál pro části vrstvy, které by skončily jako sklenice na víno, a také vytlačovala spoustu podpůrného materiálu, takže jakmile je třeba postavit převislou konstrukci, lze na ni postavit stavební materiál. Takže skončíte s plastovým válcem, ve kterém je vaše sklenice na víno. Poté můžete použít vodu nebo lázeň s rozpouštědlem (existuje mnoho způsobů) k umytí nosného materiálu a zbyde vám konečný objekt.

Zde je video, které ukazuje, jak tento proces funguje (zveřejnění, video je vytvořeno společností Materialize, pro kterou jsem pracoval):

Zde je další video od Shapeways (zveřejnění, také jsem tam pracoval), které vám ukazuje nějaký podpůrný materiál a jeho odstranění:

FDM vám poskytuje vysokou rozměrovou přesnost, ale díly jsou obecně méně atraktivní než díly vyrobené jinými technologiemi.

Selektivní laserové slinování

 

 

Selektivní laserové intering neboli laserové sintrování je odlišný proces, při kterém se nanese jemný plastový prášek (PA12 podobný Nylonu) a laser spéká díly, které se stanou vaším modelem. Zbytek prášku funguje jako podpora. Poté se nanese nová vrstva a proces se opakuje. Poté vám zůstane blok jemného prášku, který drží vaše části. SLS působí jako džíny a má skvělé mechanické vlastnosti, ale materiál je porézní, takže absorbuje nečistoty a tekutiny. Nahoře je křídlo UAV postavené s SLS.

DMLS

 

 

Můžete také 3D tisknout titan a ocel pomocí DMLS (Direct Metal Laser Sintering), které funguje stejným způsobem, ale s titanovým práškem. Zde můžete vidět, jak se vyrábí čelistní implantát:

DMLS vám dává kovové části a velmi vysokou pevnost, ale kromě podpory pocházející z nespékaného prášku je nutné vyrobit další podpůrné struktury kvůli vysokým teplotám působícím na součást. Ty je nutné odstranit ručně pomocí flexu nebo jiného obráběcího stroje.

EBM

 

 

Electon Beam Melting (EBM) pracuje s usměrněným paprskem elektronů. EBM má hrubší povrchovou strukturu než jiné procesy, ale díky tomu je ideální pro implantáty. Každý rok je pomocí EBM vyrobeno více než 30{1}} ortopedických implantátů.

3D tisk

 

Skutečný správný název pro všechny technologie 3D tisku je aditivní výroba, ale veřejnost si jako termín zvolila 3D tisk. 3D tisk je vlastně název jedné sady technologií odvozených z patentu MIT 3D printing, kdy tisková hlava (stejná jako ve vaší tiskárně Hewlett-Packard) přejede vrstvu prášku a spojí tento materiál pojivem. Tímto procesem můžete tisknout barevně a to je to, co stroje Zcorp dělají. Pomocí stejné technologie, ale se složitějším procesem, může ExOne tisknout kov. Díly Zcorp mají barvu, ale jsou křehké. ExOne vyrábí kovové díly levně (ocelový snubní prsten stojí 8 $), ale má nižší rozměrovou přesnost a vyžaduje poměrně hodně času.

Voxeljet používá stejnou technologii k tisku písku a PMMA a tento proces se používá pro odlévání mnoha čerpadel a dalších průmyslových strojů. Voxeljet má v současnosti největší 3D tiskárnu na světě, která má stavební objem 4 x 2 x 1 metr.

 

Stereolitografie

 

Stereolitografie byla vlastně první technologií, která byla komercializována a vynalezl ji Chuck Hull ve 3D Systems. Lasery se hromadí a objekt v lázni pryskyřice. Tento proces vám poskytuje velkou hladkost a pěkně vypadající díly, ale vyžaduje krok po vytvrzení a podpůrné struktury je nutné odstranit ručně. Na fotografii výše můžete vidět podpůrné konstrukce držící repliku mumie krále Tuta (všimněte si mřížové podpůrné konstrukce držící hlavu). Díly SLA jsou také obvykle méně odolné vůči opotřebení v reálném světě a používají se pro věci, jako jsou prototypy, protože vypadají dobře a po dokončení vypadají úžasně. Příklad interiéru vozu Citroen GT a přístrojové desky níže, video ukazuje lampu vyrobenou pomocí SLA.

 

Envisiontec

 

(Zveřejnění, v současné době dělám konzultační práci pro Envisiontec) Zatímco téměř všechny technologie 3D tisku fungují vrstvu po vrstvě, existují výjimky. S Envisiontec se používá digitální zpracování světla (stejná technologie jako u DLP projektorů a DLP TV). Tekutá pryskyřice je vytvrzena a zpevněna pomocí DLP projektoru, který na ni promítá obraz voxelu (objemový pixel). Velikost a tvar výsledného vytištěného voxelu se může lišit v závislosti na obrázku. Envisiontec neumí vyrobit opravdu velké věci, ale vyrábí malé velmi detailní věci, jako jsou naslouchací pomůcky, zubní implantáty a formy na šperky. Nahoře můžete vidět sestavovací zásobník sluchadel. Více než 10,000,000 párů sluchadel bylo vytištěno 3D tiskem. Druhé video je v němčině, ale ukazuje vám, jak tuto technologii používají zubní lékaři.

 

Objekt

Objekt funguje, když je fotopolymer nanášen inkoustovou tiskovou hlavou. Výsledná vrstva se následně vytvrdí UV lampou. Tradičně byl problém s Objetem v tom, že díly vyrobené s ním byly velmi křehké, ale vylepšovali materiály. Nejzajímavější na Objetu je, že umí multimateriálový 3D tisk, takže můžete například vyrábět věci s různou hustotou a tvrdostí. Rukojeť holicího strojku níže může být vyrobena z části ohebná a v ostatních částech pevná, zatímco budete mít měkké podložky, to vše v jednom tisku (je legrační, břitva níže může být případem porušení autorských práv, protože Gillette má patenty pokrývající výrobu 3D tištěných žiletek, 3D, takže to může znamenat, že se jedná o tvar, který nesmíte vytvořit. Patent EP2266727A1 - Způsob výroby funkční kazety na holicí strojek a funkční kazety na holicí strojek)

 

Proč je 3D tisk užitečný?

3D tisk umožňuje rychle vytvářet jedinečné tvary bez počátečních nákladů. V tradiční hromadné výrobě strávíte osm týdnů výrobou formy a nástrojů a osm týdnů musíte čekat, než vám věci dorazí z Číny. Forma vás může stát od 10 $,000 do 200 $,000, ale jakmile věnujete čas a náklady na výrobu této formy, může vyplivnout milion stejných věcí vysokou rychlostí za velmi nízké náklady.

S 3D tiskárnou musí být objekt postaven individuálně ve stroji. Jakmile budete mít návrh, můžete začít tisknout. Ale kvůli ceně materiálů a ceně stroje a prostoru, který díl ve stroji zabírá (nákup, vnitřní objem a rychlost), bude vaše věc obvykle dražší než vstřikovaná položka. Takže 3D tištěná lampa vás může stát 80 $, zatímco vstřikovaná lampa bude stát 1 $. Ale s 3D tiskem byste mohli vytvořit tisíce variant této lampy a všechny je vytisknout bez dalších nákladů nebo času, přičemž každá stojí 80 $ (větší lampy budou dražší a mohou být náklady na přizpůsobení designu).

3D tisk vyniká ve výrobě jedinečných věcí. Věci, které je třeba vyrobit jen jednou, věci, které jsou individualizované, věci, které mají být krásné jen pro jednoho člověka.

Proč je 3D tisk revoluční?

Díky 3D tisku můžete tisknout v blízkosti zákazníka nebo dokonce u vás doma. Protože mnohé z věcí, které nás obklopují, jsou hromadně vyráběné, jsou tyto věci na hovno. Jsou určeny k výrobě po milionech, protože tak tyto procesy hromadné výroby fungují. Mají tedy oslovit velké množství lidí, aniž by uspokojovaly něčí potřeby. S 3D tiskem můžete vyrábět a navrhovat jedinečné věci a vyrábět věci pro jednoho člověka. Můžete také vyrábět tvary, které nelze vytvořit žádným jiným způsobem. Odlišnou výrobou můžete vyrábět věci na vyžádání nebo opakovat a testovat svůj design a přitom neustále vyrábět lepší věci. Můžeme také spolupracovat a sdílet návrhy a vylepšovat je pomocí softwaru, a tím zlepšovat kvalitu všech věcí. Budeme také schopni demokratizovat výrobu a potenciálně nechat kohokoli vyrábět cokoli. To bude mít zásadní dopad na náš svět.

Pro více informací můžete zkontrolovat tuto odpověď:
Proč se říká, že 3D tisk je třetí průmyslovou revolucí?

Průmysl 3D tisku

Odvětví 3D tisku je odvětví za 2 $,000,000,000, jehož příjmy od roku 1989 rostou o 26 procent ročně. Zatímco se média zaměřují na domácí 3D tisk, téměř celé odvětví je business to business.

Mnoho společností používá 3D tiskárny k prototypování věcí. Používají je k rychlejšímu testování návrhů a vývoji produktů. Jiné společnosti využívají technologii pro malosériové díly, náhradní díly nebo malosériovou výrobu. Používá se v automobilových závodech k výrobě dílů a také při úpravách automobilů a v takových věcech, jako je přístrojová deska Veyron. Díly na Dreamlineru a Airbusu A380 jsou tištěny 3D a používá se v lékařských prototypech, chirurgických vodítkách a implantátech. Všude tam, kde je potřeba jedinečný předmět se specifickým designem, lze najít 3D tisk. V samém jádru je příslib 3D tisku jako technologie splnění přání, která nám umožní vysnít si jakoukoli věc a uskutečnit ji.

Jaká jsou některá omezení 3D tisku?

Stroje jsou příliš drahé a nespolehlivé.
Materiály nejsou dostatečně pevné.
Mnoho 3D tištěných dílů nevypadá dost dobře.
Je příliš těžké navrhnout pro 3D tisk.
Problém s prázdným plátnem znamená, že často nejsme inspirováni nebo se dokonce bojíme něco vytvořit.
Stroje nejsou dostatečně rychlé.
Mnoho částí není dostatečně hladké.
atd.