4 Technologie 3D tisku

Zatím neexistuje technologie 3D tisku, která by zvládla veškerá použití, a proto je při výběru technologie potřeba zvážit, co po tiskárně vlastně požadujete.

4.1 Funkční součástky

Funkční součástkou je myšlen výtisk, který má okamžitě po dotisknutí finální mechanické vlastnosti. Tento výtisk není křehký a vydrží mechanické namáhání.

Pro příklad, na tiskárnách RepRap, včetně mé Prusa i3, jsou z velké části zastoupeny tisknuté součástky. Převodovka používaná při vytlačování horkého plastu je ihned po vytisknutí osaditelná na finální tiskárnu a bez problému vydrží fungovat i několik let.

Obr.2 - Převodovka po několika měsících aktivního užívání.

Hlavní technologie, která poskytuje takovéto výtisky, je FFF, známá také jako FDM (registrovaná značka firmy Stratasys). Bohužel nezvládne plnobarevný tisk a rozlišení použitelné například pro design klasických šperků. Obrovskou výhodou je variace různých materiálů, které tyto tiskárny umožňují používat, a také stále aktivní vývoj nových materiálů. Proces tisku je bezpečný, a není problém tyto tiskárny provozovat doma nebo v běžné kanceláři. Materiál se prodává jako tisková struna, plastové vlákno jedné barvy namotané na cívce, a to je také důvod, proč jsou hotové objekty většinou pouze jednobarevné. I tato nevýhoda se dá obejít – např. použitím více trysek, kdy každá tiskne jinou barvu, nebo pokud se model tisknutého objektu vhodně upraví, aby šlo tisknout v různé vrstvě různými barvami.

Cenové rozmezí takovýchto komerčních tiskáren je od 20 tisíc Kč až po miliony Kč.

Další technologie pro tvorbu funkčních součástek se jmenuje SLS - laserem se sintruje (spéká, materiál se neroztaví do tekuté podoby) nylonový prach. Technologie umožňuje tisk objektu pouze z jedné barvy, výhodou ale je, že na výsledném objektu není tak výrazné vrstvení materiálu. Principem je velice podobná DMLS, o které se dočtete dále v knize.

SLS tiskárny jsou primárně vyráběné firmou EOS a základní model začíná na ceně okolo 5 miliónu Kč. Během několika příštích let se dá očekávat výrazné zlevnění, jelikož dobíhají patenty na základní technologii.

4.2 PLNOBAREVNÉ SOUČÁSTKY

Plnobarevný tisk je nejvíce používán u prezentačních modelů nebo například u postaviček.

Příklad - pořídíte 3D scanner a na zakázku budete vytvářet modely lidí a tisknout plnobarevné postavičky.

Obr. 3 - 3D sken a tisk od duplicity.cz © 3D Gang

V této oblasti existují dvě technologie, a to ProJet od 3D Systems a technologie firmy Mcor. ProJet používá kompozitní prach na určených místech spojený pojidlem a barvami. Mcor objekt staví lepením a řezáním obyčejného kancelářského papíru.

Nevýhoda těchto součástek je složitý postup při ručním dokončování modelu, např. impregnace pryskyřicí pro větší pevnost nebo u Mcor odstraňování zbytků kancelářského papíru. Součástky nejsou vhodné pro jiné použití než prezentační.

Kvůli mikroskopickému prachu u ProJet procesu, který se snadno dostane do vzduchu, je třeba být extrémně obezřetný před jeho vdechnutím.

Paleta materiálů je u obou technologií omezena pouze na jeden - u ProJet kompozitní prach a papír pro Mcor.

Cena tiskárny přibližně od 400 tisíc Kč až miliony Kč.

4.3 EXTRÉMNĚ DETAILNÍ SOUČÁSTKY

Vznikají osvitem fotocitlivé pryskyřice, tzv. stereolitografií popřípadě SLA. Primárně DLP projektorem nebo laserem. Vznikají tak extrémně detailní součástky.

Pryskyřice v nevytvrzené formě je silně toxická a při špatné manipulaci rychle vyvolává vyrážky. Vyžaduje tedy profesionální obsluhu a speciální pracoviště.

Cena se pohybuje od cca 80 tisíc Kč až po stovky tisíc.

Obr.4 - Objekty vytisknuté na tiskárně Form1 © formlabs

4.4 VÝROBA FOREM PRO ODLÉVÁNÍ

Pro výrobu šperků z drahých kovů se často používá prastará metoda odlévání do ztraceného vosku (voskový model se zasype nehořlavým pojivem, např. pískem, udusá se a vosk se nechá v peci rozpustit, čímž vznikne forma na odlévání kovů). 3D tiskárny, které umí tisknout z vosků extrémně detailní modely vhodné pro odlévání, vyrábí například firma Solidscape nebo 3D Systems.

Tato technologie je velice úzce specializovaná na šperkaře a výrobu laboratorních pomůcek.

Cena tiskáren se pohybuje od milionu Kč a výš.

4.5 TISK Z KOVŮ

Primárně se jedná o technologie DMLS (Direct Metal Laser Sintering), kdy se laserovým paprskem sinteruje (stavuje) kovový prach. Takto vytvořený objekt se poté ještě dá pro zpevnění finálně vypálit do pece. Primárním výrobcem je firma EOS.

Nejčastější použití je ve výrobě vstřikovacích forem na plasty. Výsledný povrch takových forem ale nedosahuje dostatečné kvality povrchu, a musí být proto stejně mechanicky opracován CNC frézou.

Cena základního modelu cca 11 milionů Kč.

Obr.7 - Neopracovaný objekt z tiskárny EOS

4.6 SOUHRN TECHNOLOGIÍ

FFF (nebo FDM) – tisk funkčních modelů roztaveným plastem
SLA (nebo DLP) – vytvrzování fotocitlivé pryskyřice
SLS – laserové sintrování plastového prachu
DMLS – sintrování kovového prachu
Solidscape – tisk voskových modelů
ProJet – tisk křehkých plnobarevných modelů z prášku
Mcor – tisk křehkých plnobarevných modelů z papíru