Co to jest drukarka 3D

Jednym z najbardziej obiecujących trendów we współczesnym świecie jest tworzenie trójwymiarowych obiektów za pomocą druku 3D. Technologia druku pozwala na tworzenie dość skomplikowanych i szczegółowych produktów. Dziś wykorzystanie druku 3D możliwe jest nie tylko w zakładach produkcyjnych, ale także w domu – w tym celu wystarczy zakupić drukarkę 3D.

Co to jest drukarka 3D?

Drukarka trójwymiarowa to urządzenie zdolne do tworzenia obiektów na podstawie stworzonych cyfrowych modeli 3D. Produkty uzyskuje się poprzez nakładanie materiału warstwa po warstwie. Jako bazę stosuje się żywice termoplastyczne i fotopolimerowe, jednak wraz z rozwojem technologii zwiększa się ilość materiałów wykorzystywanych jako surowce.

Procedura produkcyjna wygląda następująco:

1. Następuje proces tworzenia modelu 3D, tj. tworzony jest wizualny obraz przyszłego produktu przy zachowaniu wszelkich proporcji. Model tworzony jest przy użyciu specjalistycznego oprogramowania.
2. Po utworzeniu modelu należy przetworzyć plik. Przetwarzanie polega na konwersji pliku na kod cyfrowy, który dzieli cały model na wiele równoległych warstw. W ten sposób generowane są polecenia dla urządzenia 3D, które rozprowadza materiał w celu stworzenia obiektu.
3. Ostatnim etapem jest wydruk 3D produktu, czyli tzw. proces tworzenia produktu poprzez nakładanie materiału warstwa po warstwie.Proces odbywa się za pomocą głowicy drukującej (wytłaczarki), która porusza się wzdłuż osi 0Y i 0X, tj. materiał podawany jest wyłącznie w płaszczyźnie poziomej zgodnie z kodem programu warstwy. Aby nałożyć kolejną warstwę ekstruder przesuwa się po pionowej prowadnicy (wzdłuż osi 0Z) w odległości równej wielkości warstwy. Następnie rozpoczyna się nakładanie kolejnej poziomej warstwy.

Odniesienie: Proces druku może się różnić w zależności od technologii wykonania, jednak ogólny proces tworzenia produktów polega na nakładaniu materiału warstwa po warstwie.

Rodzaje drukarek 3D

Urządzenia dzielimy w zależności od specyfiki procesu druku, tj. na zastosowanej technologii. Najpopularniejszymi metodami druku są FDM (Fused Deposition Modeling) i SLA (stereolitografia laserowa).

Technologia modelowania kierunkowego jest jedną z pierwszych pojawiających się metod drukowania. Tworzywo termoplastyczne stosowane jest jako materiał do wykonywania przedmiotów w postaci nawiniętych igieł dziewiarskich lub nitek na szpulę. Metoda drukowania jest następująca:

1. Szpula lub Filament jest zainstalowany w ekstruderze. Pod wpływem urządzenia grzewczego materiał zaczyna się topić i przepływa kanałem na powierzchnię roboczą.
2. Wytłaczarka porusza się po określonych współrzędnych zgodnie z kodem cyfrowym. Produkcja odbywa się w warstwach względem płaszczyzny poziomej.
3. Do produkcji złożonych produktów stosuje się dwa materiały: główny i pomocniczy. Produkt tworzony jest z podstawowego materiału. Materiał pomocniczy przeznaczony jest do tworzenia tymczasowych podpór, a także do wypełniania pustej przestrzeni produktu. PonieważDrukarka nie jest w stanie wydrukować obiektu w powietrzu bez powodu.

Odniesienie: Materiał pomocniczy jest następnie usuwany za pomocą specjalnego rozpuszczalnika lub łatwo ulega odłamaniu.

Produkty wykonane w technologii FDM charakteryzują się dobrą wytrzymałością mechaniczną i chemiczną. Takie właściwości uzyskuje się dzięki zastosowaniu tworzywa termoplastycznego klasy przemysłowej. Technologia ta jest również lekka i nadaje się do stosowania w domu.

Technologie SLA, czyli stereolitografia, drukują produkty z wykorzystaniem ciekłych żywic fotopolimerowych, które utwardzają się pod wpływem źródła energii w postaci lasera. Dzięki tej metodzie produkty charakteryzują się dużą dokładnością (do 15 mikronów). Obiekty są drukowane w następujący sposób:

1. Powierzchnię roboczą opuszcza się do pojemnika z cieczą fotopolimerową na głębokość jednej warstwy;
2. Źródło energii (laser) wycina kształt obiektu zgodnie z podanymi współrzędnymi obiektu;
3. Zachodzi proces polimeryzacji, w wyniku którego w punktach styku następuje twardnienie;
4. Procedurę powtarza się dla każdej warstwy, aż do wyprodukowania przedmiotu;
5. Po wyprodukowaniu model zanurzany jest w pojemniku ze specjalnym środkiem oczyszczającym go z elementów pomocniczych;
6. Ostatnim etapem jest naświetlanie promieniami ultrafioletowymi w celu przyspieszenia procesu powstawania produktu.

Stereolitografia jest jedną z najnowocześniejszych technologii, wymaga jednak drogich materiałów. Istnieją również mniej znane rodzaje druku:

SlS (selektywne spiekanie laserowe) zasada tworzenia przedmiotu polega na dostarczeniu do obszaru roboczego cienkiej warstwy materiału w postaci proszku, który pod wpływem działania lasera ulega spiekaniu.Główną zaletą tej metody jest brak konieczności stosowania elementów pomocniczych, wymaga ona jednak dodatkowej obróbki cieplnej. Nie jest przeznaczony do użytku w warunkach domowych.

EBM (topienie wiązką elektronów). Technologia przypomina selektywne spiekanie laserowe, jednak produkt powstaje w próżni i nie wymaga dodatkowej obróbki cieplnej.

Druk trójwymiarowy obejmuje pióro 3D. Zasada jego działania jest podobna do technologii FDM, ale ma bardziej miniaturowy wygląd i służy do tworzenia rysunków z efektem trójwymiarowym.

Co potrafi drukarka 3D?

Obecnie druk 3D znajduje zastosowanie w niemal wszystkich dziedzinach życia. Istnieją przykłady tworzenia potraw kulinarnych za pomocą druku 3D. Części o dowolnej złożoności tworzone są dla bardziej złożonych konstrukcji we wszystkich gałęziach przemysłu. Jednak najbardziej odpowiednią i niezbędną dziedziną jest nadal medycyna.

Kilka firm opracowuje organiczne płyny imitujące, które mogą praktycznie zastąpić naturalne tkaniny. Druk 3D może pomóc także w zakresie wymiany stawu. Najbardziej powszechnym zastosowaniem wytwarzania trójwymiarowego jest stomatologia. Oprócz protetyki do wykonywania modeli narządów wykorzystuje się drukarki. Możliwości druku 3D rosną i stają się coraz bardziej dostępne z każdym dniem.

Drukarki 3D pomagają nie tylko ludziom, ale także zwierzętom. Jednym ze znanych przypadków jest stworzenie skorupy dla żółwia, który został ranny w pożarze lasu. Tym samym nowa skorupa uratowała zwierzęciu życie, a takich przypadków jest wiele. Kolejnym wyjątkowym przypadkiem jest proteza nogi dla słonia. Wyjątkowość etui polega na tym, że protezy dla słoni praktycznie nie są wykonywane ze względu na dużą wagę zwierzęcia.

Nowoczesna technologia druku pozwala na stworzenie nawet całego budynku. Budowa małego domu (37 m2) zajęła naukowcom zaledwie 24 godziny i była o połowę tańsza niż w przypadku metody konwencjonalnej.