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.

  1. Pre-processing – „příprava pro samotný tisk“ – virtuální model v CAD softwaru převeden do STL formátu (Programem určena velikost vrstev a možnost přítomnosti podpůrné sítě.)
  2. Processing – „samotný tisk“ – stavba 3D objektu (nanášení vrstev na sebe) Doba samotného tisku je závislá na velikosti objektu.
  3. 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


Princip tisku názorně vystihuje obrázek [46].

 

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


Princip tisku názorně vystihuje obrázek [48].


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