Drukowanie przestrzenne czy też addytywne jest określane potocznie drukiem 3D. Technologia ta polega na odtwarzaniu przedmiotu z trójwymiarowego projektu poprzez nanoszenie kolejnych warstw materiału. Urządzenia wykorzystywane w tym procesie są określane mianem drukarek 3D, ponieważ nanoszenie kolejnych warstw materiału przypomina drukowanie tekstu linijka po linijce. Początkowo sprzęt tego typu wykorzystywano eksperymentalnie w pracach laboratoryjnych, ale z czasem trafił do przemysłu, a dziś praktycznie każdy może posiadać drukarkę 3D i tworzyć najrozmaitsze przedmioty w domowym zaciszu. Wybierając takie urządzenie należy mieć świadomość, w jaki sposób one działają, jakich materiałów wymagają i jak z nimi pracować. Poniżej znajdziesz wszystko, co musisz wiedzieć o drukarkach 3D!
Jak działa drukarka 3D?
Zacznijmy od krótkiego wprowadzenia historycznego. Za początek technologii druku przestrzennego uznaje się rok 1984, kiedy Charles Hull wynalazł stereolitografię opatentowaną ostatecznie w 1986 roku. W 1988 roku pojawiła się koncepcja znana z dzisiejszych drukarek komercyjnych, czyli technologia FDM. Polega ona na nanoszeniu warstw z topionego materiału. Prawdziwy bum w rozwoju druku przestrzennego miał miejsce na przełomie wieków, kiedy zaczęły się pojawiać coraz wydajniejsze drukarki, a wytwarzane przedmioty w ten sposób znajdowały zastosowanie w przemyśle. Obecnie stosuje się trzy główne typy druku przestrzennego.
- FDM (Fused Deposition Modeling) – technologia osadzania topionego materiału zalicza się do budżetowych rozwiązań. Właśnie ta metoda jest stosowana w większości komercyjnych drukarek 3D. W jej założeniu urządzenie roztapia tworzywa termoplastyczne pokroju ABS czy PLA i wyciska je przez wąską dyszę o grubości dziesiątych części milimetra. Grubość dyszy ma wpływ na jakość wydruku. Materiał jest nanoszony na płaską powierzchnię i następnie nakładany warstwami do uzyskania ostatecznej formy.
- SLA/SL (Stereolitografia) – technologia polegająca na utwardzaniu żywicy światłoczułej przy użyciu wiązki laserowej. Dzięki dużemu zróżnicowaniu fizyko-chemicznemu materiałów stosowanych w tej metodzie druku, stała się ona bardzo popularna w przemyśle motoryzacyjnym, medycznym czy w jubilerstwie. Technika ta wymaga drukarki z wanienką wypełnianą światłoczułą żywicą. Zanurza się w niej panel, do którego przytwierdzana jest pierwsza warstwa utwardzona wiązką lasera. Następnie powierzchnia unosi się delikatnie i tak kolejna warstwa zostaje dodana do powstającego wydruku.
- SLS (Selective Laser Sintering) – technologia selektywnego spiekania proszków polimerowych za pomocą wiązek laserowych. W drukarkach tego typu znajdują się pojemniki na termoczuły proszek polimerowy, który zostaje nagrzany do temperatury poniżej wartości topnienia. Wiązka lasera wytapia w nim warstwę wydruku po czym mechanizm nanosi kolejną warstwę proszku, która zostaje wypalona i połączona ze wcześniejszą. Proces trwa do uzyskania gotowego modelu. Technologia druku SLS jest wykorzystywana głównie w pracach prototypowych oraz produkcji małych serii przedmiotów.
Wymienione powyżej technologie są najczęściej wykorzystywanymi, ale nie jedynymi. Warto w tym miejscu zwrócić uwagę, że druk 3D może się posługiwać różnymi materiałami, które pod wpływem temperatury zmieniają swój stan skupienia. Drukować można z tworzyw sztucznych, żywic, a nawet z produktów spożywczych pokroju czekolady.
Konstrukcja drukarki FDM
Praktycznie większość drukarek dostępnych dla prywatnych odbiorców to modele FDM i to one zazwyczaj kojarzą się z drukiem 3D. Dlatego przyjrzyjmy się nieco bliżej ich konstrukcji. Sercem urządzenia drukującego w tej technologii jest ekstruder, czyli komponent odpowiedzialny za pobieranie filamentu ze szpuli i przetłaczanie go w kierunku dysz. Mechanizm ten jest osadzony na ramie pozwalającej poruszać się mu w trzech wymiarach. Filament jest przetłaczany do zimnego bloku, skąd jest przenoszony do bloku grzewczego.
Podgrzany filament trafia do dyszy w półpłynnej postaci. Za jej pośrednictwem zostaje umieszczony na podgrzewanym stole. Warto wspomnieć, że dysze często są chłodzone wentylatorem, aby już na tym etapie inicjować szybsze krzepnięcie materiału. Podgrzewany stół jest niezwykle ważny, ponieważ musi on utrzymać temperaturę pozwalającą na przylgnięcie filamentu do blatu i pozostanie w stabilnej pozycji. Co więcej, utrzymanie temperatury zapobiega kurczeniu się filamentu przed ukończeniem druku. Zasilacze w drukarkach 3D muszą dbać o stałe napięcie, aby zachować płynność procesu drukowania. Ewentualne przerwy lub spadki wydajności mogłyby całkowicie zniszczyć drukowany model. Konstrukcję dopełnia sterownik zarządzający pracą całego urządzenia. Drukarki 3D mogą być łączone z komputerami za pośrednictwem przewodu USB lub coraz częściej drogą łączności WiFi.
W przypadku drukarek FDM warto wspomnieć jeszcze o rodzajach filamentów. Najczęściej są one dostępne w szpulach pod postacią żyłki. Standardowa średnica wynosi 1,75 mm, ale można spotkać także filamenty o średnicy 2,85 mm. Głównie stosuje się biodegradowalny materiał PLA lub trwalsze tworzywo sztuczne ABS o wyższej temperaturze topnienia. Właściwości obu materiałów łączy w sobie PETG.
Jak drukować modele 3D?
Wiemy już jakie technologie druku są wykorzystywane w konstrukcji urządzeń tego typu. Większość drukarek przeznaczonych do zastosowań domowych czy dla klientów prywatnych to modele FDM. Bez względu na rodzaj sprzętu proces drukowania od strony użytkownika wygląda niemal identycznie i zaczyna się od przygotowania projektu 3D.
Jak zrobić projekt dla drukarki 3D? Użytkownik może zaprojektować samodzielnie przedmiot, który chce wydrukować, w programie modelującym, takim jak np. CAD. Projekt można także uzyskać korzystając ze skanerów 3D i oprogramowania konwertującego skan w odpowiedni rodzaj plików obsługiwanych przez system drukarki. W ten sposób można przenieść istniejący przedmiot do postaci cyfrowej. W sieci znajdziemy także całą masę gotowych projektów, które wgrywa się do oprogramowania drukarki.
Po wgraniu projektu należy już tylko zadbać o materiał do druku oraz czystość przestrzeni wykorzystywanej do wydruku. Całą resztą zajmie się urządzenie. Ingerencja użytkownika nie jest wskazana, aby nie uszkodzić powstającego modelu. Poszczególne modele drukarek wymagają kalibracji pod kątem stosowanych materiałów, a szczegóły tych procesów znajdują się w instrukcjach urządzeń.
Co można wydrukować na drukarce 3D?
W zasadzie można by powiedzieć, że na drukarce 3D wydrukujemy dosłownie wszystko. Dowodem na to niech będą drukowane części do maszyn i pojazdów, protezy oraz inne sprzęty medyczne, czy w końcu cała masa przedmiotów dekoracyjnych. Druk 3D okazał się jedną z najtańszych metod produkcyjnych. Różnorodność drukarek pozwala zarówno tworzyć modele wysokiej rozdzielczości, które zaskakują precyzją wykonania, jak i przedmioty, które potocznie mówiąc nie muszą wyglądać, ale spełniają swoje funkcje.
Druk 3D daje możliwość tworzenia niskim kosztem modeli niestandardowych i krótkich serii produkcyjnych. Przygotowanie maszyn CNC do takiej produkcji byłoby wielokrotnie droższe niż zastosowanie drukarki przestrzennej. W efekcie technologia ta stała się podstawowym narzędziem w prototypowaniu. W zasadzie druk 3D nie nadaje się jedynie do tworzenia przedmiotów mających kontakt ze skrajnie wysokimi temperaturami.
Ile kosztują drukarki 3D?
Drukarki 3D w ostatnim czasie stały się bardzo popularne i na rynku można znaleźć wiele stosunkowo tanich urządzeń, których ceny nie przekraczają 1000 zł. Należy jednak mieć świadomość, że takie modele mają na ogół podstawowe funkcje i nie oferują wysokiej rozdzielczości druku. Co ciekawe niektóre modele są dostępne jedynie w postaci mechanicznych komponentów i ramy, zaś obudowę w razie potrzeby trzeba sobie wydrukować samemu.
W przypadku modeli oferujących nieco lepszą jakość i więcej funkcji należy się liczyć z kosztem niespełna 2000 zł. Powyżej 3000 zł otrzymamy już modele pozwalające na całkiem wydajną i precyzyjną pracę. Drukarki przemysłowe wiążą się z kosztem ok. 10 000 zł, a kwoty rosną w zależności od technologii i jakości jaką oferują. Wybierając drukarkę należy też sprawdzić jej pobór mocy oraz koszty filamentów. Trzeba sobie zdawać sprawę, że koszty drukowania przestrzennego nie należą do niskich.
Długopisy 3D, czyli wersja demo drukarki FDM
Oddzielną kategorią urządzeń do druku przestrzennego są długopisy 3D. Wykorzystują one technologię FDM, czyli rozpuszczają filament, który można wykorzystać do narysowania modelu. Urządzenia te można wykorzystać do prac kreatywnych oraz zabawy. W sprawnych rękach mogą być ciekawym narzędziem do prototypowania, chociaż nie zyskały takiej popularności, jak drukarki 3D.
Najważniejsze, że korzystanie z długopisów 3D jest po prostu bardzo łatwe. Wystarczy włączyć urządzenie, złapać w dłoń i zacząć rysować. Bardziej rozbudowane modele pozwalają m.in. na regulowanie temperatury i dostosowanie jej do konkretnego filamentu. Zaletą tych gadżetów jest cena, która w przypadku najprostszych modeli startuje od poziomu niespełna 200 zł. To niewiele za namiastkę druku przestrzennego.
Tak się prezentują najważniejsze informacje dotyczące drukarek 3D. Jak widać nie są one tak skomplikowane, jak mogłoby się wydawać. Obecnie każdy może samodzielnie sprawdzić, jakie zalety ma ta technologia i oddać się kreatywnej pracy.
Więcej poradników znajdziesz na Empik Pasje w dziale Elektronika.
Zdjęcie okładkowe: źródło: shutterstock.com
Komentarze (0)