Čo je 3D tlač

Je to spôsob výroby trojrozmerných predmetov pomocou 3D tlačiarne (prípadne 3D perá). Ide o aditívnu výrobu, čo znamená, že sa materiál pridáva. Na rozdiel od obrábacích strojov, kde sa z celistvého bloku materiál odoberá, pokiaľ nezostane len požadovaný tvar tu po jednotlivých vrstvách materiál pridávame. Najprv je potrebné vytvoriť virtuálny návrh objektu v programe pre modelovanie v 3D. Ďalšou možnosťou je naskenovanie existujúceho objektu pomocou 3D skenera. 3D skener urobí 3D digitálnu kópiu objektu, takže už nie je nutný virtuálny návrh. Predmet potom vzniká postupným nanášaním vhodného materiálu po veľmi tenkých vrstvách, ktoré sa vzájomne spájajú napr. tavením alebo lepením. Pomocou 3D tlače je možné vytvárať zložité tvary a konštrukcie, ktoré by nebolo možné zhotoviť žiadnym iným spôsobom.

3D tlačové technológie

BJ (Binder Jetting) = ZCORP (Z Corporation – Z Printing) V tenkej vrstve nanesený prášok je spájaný spojivom, ktoré je vytlačované z tlačových hláv. Povrch nie je hladký, model je krehký a vyžaduje si ďalšiu povrchovú úpravu. Ide o pomerne rýchlu a lacnú technológiu. 

DLP (Digital Light Processing) Najnovšia technológia založená na nasvietení fotopolyméru UV projekciou modelového rezu. Výrobky vytvorené touto technológiou sú v podstate úplne hladké. Nevýhodou je obmedzená životnosť materiálu.

EBM (Electronic Beam Melting) Táto technológia nie je kvôli svojej náročnosti príliš rozšírená. Na tvorbu objektov používa usmernený prúd elektrónov, vháňaný do spravidla titánového prachu.

FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/ Fused Deposition Modeling) Tieto dve skratky znamenajú v podstate to isté, iba s tým rozdielom, že FDM je registrovaná ochranná značka spoločnosti Stratasys a teda ju ostatní výrobcovia FDM tlačiarní nemôžu používať. Ide o nanášanie roztaveného materiálu v tenkej vrstve. Dva stavebné materiály – modelovací a podporný. Hrúbka vrstvy cca 0,25 mm. Vzniká minimálny odpad. Nevýhodou je veľká hrúbka vrstvy a nerovný povrch vodorovnej vrstvy. Spájané s tlačiarňou Reprap.

LOM (Laminated Object Manufacturing) Tu je každá vrstva vyrezaná z plastu a plošne prilepená k vrstve predchádzajúcej. Hrúbka vrstvy je cca 0,165 mm. Najlacnejší stavebný materiál. Nevýhodou je nevyužitie veľkého množstva stavebného materiálu (odpad).

MJM (MultiJet Modeling) Termoplastický materiál – vosk je vytláčaný tlačovými hlavicami. Dva stavebné materiály – modelovací a podporný – s rôznou teplotou topenia.

MJ (Material Jetting) Tu sa jedná o tavenie vosku na stavebnej platforme. Materiál sa potom ochladzuje a tuhne, čo umožňuje výstavbu vrstiev na seba. Touto metódou je možné dosiahnuť veľmi dobrú presnosť.

MJP (MultiJet Printing) Jedná sa o tlač z viacerých trysiek. Tento proces sa skladá iba z UV žiaroviek a fotopolymérneho materiálu. Tlačené časti majú hladké povrchy a dobré mechanické vlastnosti.

MLS (Micro Laser Sintering) Laserové spekanie kovov. S touto technológiou je možné vytvárať napr. zložité kovové súčasti pre hodinky. Micro laserové spekanie môže tlačiť vrstvy hrúbky menšie ako 0,001 mm.

PJM (PolyJet Matrix) Fotopolymér vytláčaný tlačovými hlavicami je vytvrdzovaný pomocou UV lampy. Dva stavebné materiály – modelovací a podporný. Veľmi kvalitný povrch modelov. Hrúbka vrstvy cca 0,016 mm. Nevýhodou je obmedzená životnosť stavebného materiálu - cca 1 rok.

SLS (Selective Laser Sintering) Zapekanie práškového materiálu laserovým lúčom. Hrúbka vrstvy cca 0,1 mm. Lacný stavebný materiál. Podľa druhu použitého modelovacieho materiálu je možné rozlišovať metódy: Laser Sintering – Plastic (plast), Laser Sintering – Metal (kov), Laser Sintering – Foundry Sand (piesok), Laser Sintering – Ceramic (keramika).

SLA (Stereolithography) Stereolitografie je najstaršia technológia používaná od roku 1986. Jej princíp je podobný technológii SLS. Dochádza k vytvrdzovaniu tekutého kompozitu laserovým lúčom.

SLM (Selective Laser Melting) Selektívne tavenie laserom je výrobná technika, ktorá môže tlačiť kovové časti. Laser sa používa na roztavenie kovového prášku v miestach po sebe idúcich vrstiev.

Existujú však aj ďalšie, napríklad 2PP (Two Photon Polymerization), ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing), PBF (Poly Bed Fusion) a ďalšie.

 

3D tlačové materiály

KOV Výroba zložitejších dielov technológií zlievania či tvarovania a následným obrábaním je možné nahradiť technológiou kovovej 3D tlače. Šetrí sa čas, financie a je možné vytvárať konštrukčne zložité diely, ktoré by obvyklým spôsobom nebolo možné vyrobiť. Kovový materiál je väčšinou dodávaný vo forme prášku.

SKLO K tlači sa používa sklenený prášok, ktorý sa vyrába recykláciou zo starého skla. Aby model držal pohromade, používa sa pri tlači sklenených modelov špeciálny spojovací materiál.

PLAST Je momentálne najpoužívanejším materiálom pre 3D tlač. Medzi najpoužívanejšie plasty patria: ABS Plast (Akrylonitrilbutadienstyrén) a PLA Plast (Polylactid acid – kyselina polymliečna), PET-G (Polyetyléntereftalát – glykol) a rad ďalších špeciálnych filamentov. Rozšírila sa aj ponuka kombinácií a pridávania ďalších aditív. Napríklad filament WOOD či METAL, ktoré obsahujú drevený respektíve kovový prášok. V tejto oblasti sa od roku 2019 udial veľký pokrok a mnoho výrobcov tiež začalo vyrábať filamenty z recyklátu. Vyberať ich tak rozhodne z čoho.

ČOKOLÁDA Ako jeden z mála potravinových materiálov sa čokoláda osvedčila na použitie s technológiou FDM. Keďže sa dá pôsobením tepla ľahko priviesť do pastovitého stavu a chová sa tak podobne ako plastické hmoty používané pri bežnej 3D tlači, jej použitie otvára nové možnosti. Základ je v správnom namiešaní čokoládovej hmoty, jej chute a farby. Potom sa hmota naleje do valcového zásobníka, z ktorého je postupne vytláčaná na podložku a tlačová hlava nakreslí požadovaný tvar.

VOSK Vosk je pri dodržaní technologických postupov ľahko taviteľný. 3D tlač pre vosk je s vrstvením od 0,015 mm. Je možné ho použiť napr. na odlievanie kovu do tzv. strateného vosku, kedy si zlatník vyrobí z vosku formu a následne ju vyleje zlatom alebo striebrom.

BETÓN  Možno ho použiť na vytlačenie domov, ktoré budú mať oveľa lepšie vlastnosti ako bežne stavané domy. Budú energeticky nenáročné, pretože múry postavené z betónovej zmesi nebudú potrebovať ďalšiu tepelnú izoláciu a budú tvrdšie ako bežné domy.

KERAMIKA Možno tlačiť napr. kuchynské náčinie i umelecké predmety. Na záver sa výrobok musí ešte glazovať a vypáliť v peci ako bežná keramika z linkovej alebo ručnej výroby.

ORGANICKÝ MATERIÁL Známy je prípad vytlačenia čeľuste a jej následná implantácia. Vedci už tiež zvládli vytlačiť ľudské ucho. Použitý materiál obsahoval živé bunky a hydrogél s alginátom, ktorý mal zaistiť dostatočnú pevnosť a pružnosť. Teraz už výskumníci pracujú na metódach, ako tlačiť z čisto bunkového materiálu bez prímesi cudzorodých látok.

 

História 3D tlače

1986 Charles W. Hull zakladá spoločnosť 3D systems a vyvíja prvú skutočnú 3D tlačiareň nazývanú stereolitografický aparát SLA – 1. Nič menej pred CHarlesom W.Hullom už boli zaznamenané patenty, z ktorých 3D tlač vychádza.

1988 3D systems prinášajú verejnosti prvú verziu 3D tlačiarne s názvom SLA 250.

1992 Použitie 3D tlače pri výrobe a testovaní prototypov súčiastok v automobilovom a leteckom priemysle.

1999 Vytvorenie častí orgánu potiahnuté pacientovými vlastnými bunkami.

2002 Bola vytlačená prvá miniatúrna funkčná oblička, ktorá bola úspešne použitá pri transplantácii pre choré zviera.

2005 Dr. Adrian Bowyer na Univerzite v Bath zakladá projekt RepRap. Jedná sa o 3D tlačiarne vyvíjané na princípe otvoreného hardvéru. RepRap je zložený prevažne z mnohých plastových dielov, ktoré je možné vytlačiť na inom RepRape.

2008 Vychádza prvá verzia z projektu RepRap, samoreplikačná tlačiareň Darwin, schopná tlačiť väčšinu vlastných komponentov. Ľudia, ktorí už vlastnili tento prístroj tak mohli vytlačiť ďalšie pre svojich známych. Tlačiareň však bola veľká, objemná a bolo ťažšie ju zostaviť.

2009 Vyšla druhá verzia RepRap tlačiarne Mendel, ktorá bola menšia, rýchlejšia a dala sa rýchlejšie a ľahšie zostaviť.

2010 Tretia verzia tlačiarne pod názvom Huxley, ktorá bola ešte menšia ako predchádzajúce tlačiarne. Prišla ďalšia verzia tlačiarne RepRap, ktorú vynašiel Josef Průša. Ide o rozšírenú verziu tlačiarne Mendel. Táto tlačiareň sa opäť rýchlejšie zostavuje.

2010 Spoločnosť Stratasys spúšťa novú službu RedEye on Demand slúžiacu na tlač nadrozmerných predmetov. Potom táto spoločnosť prezentuje prvý prototyp automobilu – Urbee v životnej veľkosti, ktorého celá karoséria a všetky externé komponenty sú vytlačené pomocou služby RedEye on Demand.

2011 Vedci na Cornell University oznamujú začiatok vývoja 3D tlačiarní na výrobu jedla. Shapeways v spolupráci s Continuum Fashion prezentujú prvé vytlačené bikiny. Univerzita Brunel v spolupráci s Univerzitou Exeter vyrábajú prvú 3D tlačiareň na čokoládu. Inžinieri z Univerzity v Southamptone zostrojili pomocou 3D tlače prvé bezpilotné lietadlo. Výroba trvala 7 dní a vďaka tejto technológii je možné znížiť náklady na výrobu tohto lietadla. Spoločnosť i.materlialise ponúka ako prvú 3D tlač zo 14 karátového zlata a striebra. Viedenská Technická Univerzita prezentuje najmenšiu 3D tlačiareň, ktorá váži 1,5 kg a jej cena sa pohybuje okolo 1200 EUR.

2012 Lekári v Holandsku si od spoločnosti LayerWise nechávajú vytvoriť novú spodnú čeľusť pre 83 ročnú pacientku, ktorú ju následne úspešne implantujú. Navyše sa tiež prvýkrát objavuje prvé 3D pero (3Doodler).

2014 V novembri došlo k prvej tlači vo vesmíre, kedy boli vytlačené testovacie vzorky na ISS (Medzinárodnej vesmírnej stanici).