Drukowanie 3D staje się coraz bardziej popularne i z wielkim rozpędem wkracza w niemalże wszystkie dziedziny naszego życia. Polega ono na stworzeniu trójwymiarowego przedmiotu na podstawie wcześniej wykonanego projektu wirtualnego. Z początku technologia była używana w celu prototypowania. Obecnie stosuje się ją do tworzenia zabawek, części ciała, a nawet olbrzymich budynków.
Na czym polega drukowanie 3D?
Drukowanie przestrzenne w pierwszej kolejności polega na wytwarzaniu komputerowego projektu modelu, a następnie wydrukowaniu go za pomocą specjalnej drukarki trójwymiarowej. Proces przebiega poprzez nakładanie na siebie poszczególnych warstw wybranego materiału. Dzięki nowoczesnym drukarkom 3D współcześnie możliwe jest zbudowanie niemalże wszystkiego. Technologia drukowania trójwymiarowego sprawdza się w przypadku tworzenia modeli prototypowych, części ciała, które wykorzystuje się w medycynie jako protezy, ubrań, żywności, a nawet domów.
Kto jest twórcą druku 3D?
Pomysłodawcą i twórcą technologii drukowania przestrzennego jest Charles Hull, który w roku 1984 opracował szczegółowe jej zasady i w ten sposób postanowił stworzyć pierwszy na świecie przedmiot trójwymiarowy- filiżankę dla swojej żony. Dzięki udanej próbie, pomysł drukowania elementów trójwymiarowych został opatentowany, a jego twórca zdecydował się założyć własną działalność. Obecnie firma stworzona przez Hulla jest jedną z największych światowych marek produkujących drukarki 3D.
Jak działa drukarka 3D?
Drukarka trójwymiarowa składa się ze stanowiska roboczego (tzn. stołu), na którym wytwarzany jest przedmiot 3D oraz głowicy wraz z ekstruderem, dzięki której możliwe jest dostarczenie filamentu oraz rozgrzanie go do wysokiej temperatury, aby nastąpiło jego rozpuszczenie. Gdy filament przyjmuje płynną postać, następuje nakładanie przez głowicę kolejnych warstw, jedna na drugiej dopóki nie wytworzy się gotowy model trójwymiarowy.
Najpopularniejsze metody drukowania przestrzennego
SLS (Selective Laser Sintering) czyli Selektywne spiekanie laserowe
Jest to metoda polegająca na drukowaniu modeli 3D z materiału w proszku. Proces przebiega poprzez zespalanie filamentu i możliwy jest dzięki zastosowaniu wiązki laserowej.
Do drukowania z technologią SLS wykorzystuje się proszek o grubości od 0,02-0,06 mm, który rozprowadzony zostaje na płycie bazowej. Na materiał kierowany jest promień lasera, którego oddziaływanie powoduje zespalanie się ze sobą pojedynczych ziaren proszku, łącząc się w jedną warstwę materiału. W następnych etapach wiązka laserowa umożliwia złączenie się kolejnych ziarenek proszku oraz połączenie powstałej warstwy z warstwą poprzednią. Proces przebiega aż do momentu powstania zaplanowanego modelu. Otrzymany przedmiot poddawany jest obróbce, która składa się z prac ślusarskich i mechanicznych oraz śrutowania. Działania te mają na celu zlikwidowanie śladów, które spowodowały podpory.
POLYJET
W celu drukowania 3d w technologii PolyJet wykorzystywane są ciekłe żywice fotopolimerowe, które utwardza się promieniami UV. Żywice nakłada się warstwowo, jedna na drugiej, wykorzystując w tym celu głowicę pizoelektryczną. Jest to jedna z najbardziej szczegółowych technologii drukowania przestrzennego ze względu na możliwość tworzenia przedmiotów z bardzo cienkich warstw (o grubości 16-32 mikrometrów).
DMLS
Technologia DMLS skupia się na nanoszeniu warstw mikroskopijnego proszku metalowego na stanowisko robocze, do czego wykorzystywane jest specjalne ostrze. Następnie następuje sukcesywne stapianie kolejno powstałych warstw elementu przez wiązki laserowe w podczerwieni, o długości fali około 1064 nanometrów.
FDM (Fused Deposition Modeling)
W technologii FDM stosowane są maszyny, które zajmują się tworzeniem detali. Proces przebiega przez nanoszenie stopionego materiału sztucznego (warstwa po warstwie) oraz spajanie go z poprzednimi warstwami elementu. Proces tworzenia modeli, tak jak w przypadku metody SLS odbywa się w wysokiej temperaturze.
Materiały wykorzystywane do druku 3D
- Filament ABS– jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów. Używa się go w przypadku budowania przedmiotów za pomocą technologii FDM. Podczas drukowania przestrzennego konieczne jest rozgrzanie głowicy do wysokiej temperatury (około 240 stopni Celsjusza).
- Filament PLA– dokładniej polilaktyd, czyli kwas mlekowy stosowany do tworzenia przedmiotów biodegradowalnych. Jest materiałem niezwykle podobnym do ABS, jednak niekonieczne jest rozgrzewanie głowicy do tak wysokiej temperatury jak w poprzednim przypadku. Wystarczy, że osiągnie ona temperaturę ok. 190 stopni Celsjusza.
- Filament PET– materiał ten wykorzystuje się do tworzenia półprzezroczystych przedmiotów, które charakteryzują się dużą wytrzymałością. Wydruki powstałe z materiału PET wymagają odpowiedniego chłodzenia w celu usunięcia konsystencji półpłynnej.
- Filament LAYWOOD– jest to materiał podobny do drewna, zawierający przetworzone drewno i spoiwo polimerowe. Za pomocą regulacji temperatury głowicy możliwe jest uzyskanie różnych barw wytworzonych przedmiotów (przy niskich temperaturach jest to jasny brąz, przy wyższych ciemny brąz).