Technológie 3D tlače

22. marca 2021

Aj napriek tomu, že počiatky technológie 3D tlače siahajú minimálne do 80. rokov 20. storočia, svoje patenty si ich vynálezcovia dlhé roky prísne chránili. To malo za následok konkurenčný boj, v ktorého dôsledku vzniklo celé spektrum technológií 3D tlače. Len článok na Wikipédii o 3D tlači ich spomína 15.

Súčasný rozmach 3D tlače je z veľkej miery zapríčinený vypršaním niektorých patentov a mnohé technológie 3D tlače sú tak dnes už voľne šíriteľné ako tzv. open source. V praxi to znamená, že sa 3D tlačou mohli začať zaoberať nielen samotní vynálezcovia so svojimi tímami, ale aj študenti, inžinieri a amatérski nadšenci do nových technológií.

Poďme si predstaviť kľúčové technológie 3D tlače:

FDM/FFF

Najrozšírenejšia technológia 3D tlače je tzv. FDM (Fused Depositon Modeling), ale pretože na toto označenie si nechala spoločnosť Stratasys zaregistrovať ochrannú známku, vžilo sa (nielen) pre komerčné účely označenie FFF (Fused Filament Fabrication). V obidvoch prípadoch sa ale jedná o jeden a ten istý princíp fungovania 3D tlačiarne a pokiaľ sa bavíme o stolných 3D tlačiarňach, veľká väčšina z nich používa k modelovaniu práve túto technológiu.

FDM/FFF technológia tlače funguje na princípe natavovania materiálu, ktorý je tlačiarni dodávaný najčastejšie vo forme plastovej struny, tzv. filamentu. Ten je v zásobníku 3D tlačiarne uložený na cievke, z ktorej si tlačiareň materiál postupne odmotáva. Tlačová hlava 3D tlačiarne potom vrstvu po vrstve tlačí fyzický 3D model, ktorý jej bol dodaný v digitálnej predlohe. V princípe je táto technológia 3D tlače veľmi podobná technológii tlače atramentových tlačiarní. Rovnako ako na papier vstrekuje tlačová hlava veľmi malé množstvo materiálu – atramentu, tlačová hlava 3D tlačiarne umiestňuje tekutý materiál na podložku vrstvu po vrstve, čím vzniká fyzický model. FDM/FFF technológia 3D tlače je najlacnejšou technológiou 3D tlače, čo je hlavný dôvod, prečo je tak veľmi rozšírená.

Nevýhodou tejto technológie je dlhý čas tlačenia, široký rozptyl kvality tlače, ktorá je závislá na modeli tlačiarne aj použitom materiáli, a rôzne konštrukčné obmedzenia (napríklad natavený materiál musí najprv stvrdnúť, pri zložitejších modeloch je potrebné preto počítať aj s tlačou podpier a podobne).

SLA

Stereo litografia (SLA) je prvou patentovanou technológiou 3D tlače. K vytváraniu objektov využíva UV lúč, ktorý stvrdzuje polymérovú živicu do požadovaného tvaru. Jedná sa o veľmi presnú techniku 3D modelovania, súčasne je ale veľmi nákladná, čo bráni jej masovému rozšíreniu.

SLS

Selective laser sintering (SLS), v preklade selektívne spekanie laserom, niekedy označované tiež ako laserové sintrovanie, je technológia 3D tlače, kedy objekt vzniká tavením práškového materiálu a jeho spekaním po jednotlivých vrstvách pomocou laseru.

Laser vytvrdzuje požadovaný tvar objektu do materiálu vo forme pevného prachu, ktorý je umiestnený na tlačovej doske. Po stvrdnutí jednej vrstvy stroj nanesie ďalšiu tenkú vrstvu prachu a tú laser znova vytvrdí. Výtlačok je po dokončení potrebné doslova vyhrabať z prachu a opatrne ho očistiť. Výsledkom sú veľmi presné a odolné výtlačky. Tlačiarne fungujúce na princípe laserového sintrovania sú profesionálne stroje, ktoré nachádzajú využitie v oblasti priemyselnej výroby a výroby prototypov k funkčnému testovaniu.

Kde sa berú modely pre 3D tlač?

Digitálne modely pre 3D tlač sa konštruujú v 3D modelovacích programoch ako sú AutoCAD, Blender a im podobné. Aby ste si mohli pripraviť vlastný trojrozmerný model na vytlačenie, potrebujete „ovládnuť“ tieto programy. To sa dá zvládnuť aj samoštúdiom, ale čo ak nechcete čakať dni, alebo možno až týždne, než zvládnete aspoň základy 3D modelovania?

3D modely sa modelujú v počítačových programoch pre 3D modelovanie. Preferovaným formátom väčšiny stolných 3D tlačiarní je STL.

Na internete je mnoho databáz hotových 3D modelov, ktoré sú mnohokrát k dispozícii pod voľnými licenciami a prinajmenšom pre nekomerčné použitie je možné ich voľne stiahnuť a využiť.

Ďalšou možnosťou, ako získať 3D model k vytlačeniu je naskenovať fyzický objekt pomocou 3D skeneru. Ide o zariadenia, ktoré dokážu oskenovať tvar a povrch trojrozmerného predmetu a previesť ho do digitálnej podoby. 3D skenery sa delia na hlavné dva typy – ručné 3D skenery a stacionárne 3D skenery.