Tiskárny a multifunkční zařízení
3D tiskárna
Předpokladem pro využití 3D tiskárny je samotné zpracování objektu v CAD studiu a převod do formátu STL. Objekty 3D vznikají postupným nanášením tenkých vrstev na sebe. Procesy 3D tisku:
Pro vytváření 3D modelů je využíváno procesů Rapid Prototyping, postup RP je tvořen třemi procesy.
- Pre-processing – „příprava pro samotný tisk“
– virtuální model v CAD softwaru převeden do STL formátu (Programem určena
velikost vrstev a možnost přítomnosti podpůrné sítě.)
- Processing – „samotný tisk“ – stavba 3D objektu (nanášení vrstev na sebe) Doba
samotného tisku je závislá na velikosti objektu.
- Post-processing – „konečné úpravy“ – poslední fáze pro zvýšení životnosti a
lepší vzhled (odstranění podpůrné konstrukce, očištění, lakování, broušení …)
Ukázka 3D tiskárny [43].
Pro výrobu složitějších modelů slouží další procesy odvozené od Rapid Prototyping.
- Rapid Manufacturing (zkrácení času výroby, zvládne i složitější prvky)
- Rapid Tooling (výroba forem a nástrojů, nejpomalejší a nákladná výroba)
Materiály k tisku:
- plasty
- pryskyřice, vosk
- škrob, sádra
- kov
Formát STL:
- počítačový soubor *.stl nese všechny informace o 3D objektu
- standard pro 3D objekty
- obsahuje sítě s trojúhelníkovými plochami, hranami a vrcholy s informací o orientaci
Technologie:
SLS – Selective Laser Sintering
- materiál pro tisk v práškové formě, tavení výkonným CO2 laserem
- metody podle materiálu:
- Plastic (tiskne z plastového prášku)
- Metal (tiskne z kovového prášku a přidává polymerní pojivo)
- Foundry Sand (tiskne z upraveného slévárenského písku)
- Ceramic (tiskne z keramického prášku a přidává tekuté pojivo)
Princip tisku názorně vystihuje obrázek [44].
SLA - Stereolitografie
- delší doba vytvrdnutí modelu
- po tisku složitější konečné úpravy (odstraňování od pracovní plochy, čištění, lázeň, odstranění podpůrné konstrukce)
- materiály: akrylátové nebo epoxidové pryskyřice
- tavení pomocí UV záření nebo HeCd laser
Princip tisku názorně vystihuje obrázek [45].
EBM – Electron Beam Melting
- výborné vlastnosti materiálu
- výroba ve vakuu za vyšší teploty
- materiál: kovový prášek
- tavení pomocí elektronového laseru
- přesný a rychlý paprsek
- po tisku minimální nutnost konečných úprav
- nevýhodou je vysoká cena a náklady na provoz
FDM – Fused Deposition Modeling
- 3D prvky vytváří přímo z 3D CAD dat (importování *.stl souboru)
- dvě trysky: nanášecí pro tiskový materiál a pro podpůrný materiál
- materiál: termoplastické vlákna nebo kuličky
- výhodou je rychlá výroba a spotřebování pouze nutného množství materiálu
- nevýhodou je potřeba podpůrného materiálu, který se dodatečně odstraňuje manuálně nebo za pomoci vodních lázní
LOM – Laminated Object Manufacturing
- princip: laminování papíru nebo plastových folií na sebe (na vrstvy dává nátěr, který se roztaví a slepí tím vrstvy k sobě)
- tvar tvořen CO2 laserem
- nevýhodou je nutnost odstraňovat ocelovou desku od objektu a odstraňování podpůrné konstrukce (větší spotřeba materiálu)
- vytisknutý objekt má strukturu podobnou jako dřevo (začištění a nalakování objektu je nutné)
- výhodou je nízká cena zařízení i provoz
Princip tisku názorně vystihuje obrázek (1 role s tiskovým válcem, 2. vyhřívaný válec, 3. laserový paprsek, 4. zrcadlo, 5. laserová jednotka, 6 část prototypu s podpůrným materiálem, 7. posouvající platforma 8 role s použitým materiálem) [47].
3D Printing
- podobný SLS, místo laseru je InkJet tisková hlava, přes kterou je dodáváno lepidlo, které spojuje práškové vrstvy
- materiál: kovový prášek (bronz, ocel) nebo keramický prášek
- po tisku složitější konečné úpravy (odstraňování podpůrného prášku, čištění, tmelení a další nátěrové úpravy)
- nevýhodou je menší přesnost
- výhodou je velmi rychlý tisk a nízké náklady na provoz
PolyJet
- také využívá InkJet tiskové hlavy, dokonce dvě
- podpůrné materiály: fotopolymer, nebo vosk
- výhodou je velká přesnost a rozlišení povrchu objektu
- po tisku žádné dokončovací úpravy
- nevýhodou je menší přesnost a horší materiálové vlastnosti
- materiál: pryskyřice, kaučuk
Princip tisku názorně vystihuje obrázek [49].
RepRap – Thermoplastic extrusion
- open source
- jednoduchá konstrukce, levné pořízení, velmi nízké náklady na provoz
- materiál: termoplast (ABS), PLA (vyrobeno ze škrobu)
- dokáže si vytisknout plastové části sama sebe
- nevýhodou je, že netiskne podpůrný materiál
- nižší kvalita a rozlišení povrchu
Ukázka RepRap tiskárny na obrázku [50].
InkJet Printing
- materiál: vosk a termoplastický materiál
- dvě tiskové hlavy: nanášecí pro tiskový materiál a pro podpůrný materiál
- dvě vyhřívané nádrže: termoplast - tiskový materiál, vosk - podpůrný materiál
- frézovací hlava zarovnává povrch
- výhodou je vysoká přesnost a drobné povrchové úpravy
- nevýhodou je rychlost tisku a křehkost objektů
[43] HODLIPSON. Wikipedie [online]. 5.2.2013 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/9/96/Fab%40Home_Model_2_3D_printer.jpg/1200px-Fab%40Home_Model_2_3D_printer.jpg
Licence - CC BY-SA 3.0
[44] MATERIALGEEZA. Wikipedie [online]. 11.5.2008 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/Selective_laser_melting_system_schematic.jpg
Licence - CC BY-SA 3.0
[45] PWNAGIC. Wikipedie [online]. 1.5.2013 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/99/Stereolithography_apparatus_vector.svg/450px-Stereolithography_apparatus_vector.svg.png
Licence - CC BY-SA 3.0
[46] ZUREKS. Wikipedie [online]. 21.12.2008 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/FDM_by_Zureks.png
Licence - volné dílo
[47] LAURENSVANLIESHOUT. Wikipedie [online]. 15.2.2010 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a1/Laminated_object_manufacturing.png
Licence - CC BY-SA 3.0
[48] KHOLOUDABDOLQADER. Wikipedie [online]. 16.1.2016 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4f/3d_printing_AM.jpg/1200px-3d_printing_AM.jpg
Licence - CC BY-SA 4.0
[49] IMPRIMANTE3D EILCO. Wikipedie [online]. 17.2.2017 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0a/Methode_polyjet.png
Licence - CC BY-SA 4.0
[50] CUMMINGS, John. Wikipedie [online]. 18.7.2016 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/db/Reprap_Darwin_2.jpg
Licence - volné dílo