3D tisk v kostce

Co je 3D tisk

Je to způsob výroby trojrozměrných předmětů pomocí 3D tiskárny. Jedná se o aditivní proces, což znamená, že se materiál přidává. Na rozdíl od obráběcích strojů, kde se z celistvého bloku materiál odebírá, dokud nezbyde jen požadovaný tvar. Nejprve je nutné vytvořit virtuální návrh objektu v programu pro modelování ve 3D. Další možností je naskenování existujícího objektu pomocí 3D skeneru. 3D skener udělá 3D digitální kopii objektu, takže již není nutný virtuální návrh. Předmět potom vzniká postupným nanášením vhodného materiálu po velmi tenkých vrstvách, které se vzájemně spojují např. tavením nebo lepením. Pomocí 3D tisku lze vytvářet složité tvary a konstrukce, jež by nebylo možné zhotovit žádným jiným způsobem.

Historie 3D tisku

1986 Charles W. Hull zakládá společnost 3D systems a vyvíjí první skutečnou 3D tiskárnu nazývanou stereolitografický aparát SLA – 1. Nic méně před CHarlesem W.Hullem už byly zaznamenány patenty, ze kterých 3D tisk vychází.

1988 3D systems přinášejí veřejnosti první verzi 3D tiskárny s názvem SLA 250.

1992 Použití 3D tisku při výrobě a testování prototypů součástek v automobilovém a leteckém průmyslu.

1999 Vytvoření částí orgánu potažené pacientovými vlastními buňkami.

2002 Byla vytištěna první miniaturní funkční ledvina, která byla úspěšně použita při transplantaci pro nemocné zvíře.

2005 Dr. Adrian Bowyer na Univerzitě v Bath zakládá projekt RepRap. Jedná se o 3D tiskárny vyvíjené na principu otevřeného hardware. RepRap je složený převážně z mnoha plastových dílů, které lze vytisknout na jiném RepRapu.

2008 Vychází první verze z projektu RepRap, samoreplikační tiskárna Darwin, schopná tisknout většinu vlastních komponent. Lidé, kteří již vlastnili tento přístroj tak mohli vytisknout další pro svoje známé. Tiskárna však byla velká, objemná a bylo těžší ji sestavit.

 2009 Vyšla druhá verze RepRap tiskárny Mendel, která byla menší, rychlejší a dala se rychleji a snadněji sestavit.

2010 Třetí verze tiskárny pod názvem Huxley, která byla ještě menší než předchozí tiskárny. Přišla další verze tiskárny RepRap, kterou vynalezl Josef Průša. Jedná se o rozšířenou verzi tiskárny Mendel. Tato tiskárna se opět rychleji sestavuje.

2010 Společnost Stratasys spouští novou službu RedEye on Demand sloužící na tisk nadrozměrných předmětů. Poté tato společnost prezentuje první prototyp automobilu – Urbee v životní velikosti, jehož celá karoserie a všechny externí komponenty jsou vytištěny pomocí služby RedEye on Demand.

2011 Vědci na Cornell University oznamují začátek vývoje 3D tiskáren na výrobu jídla. Shapeways ve spolupráci s Continuum Fashion prezentují první vytištěné bikiny.  Univerzita Brunel ve spolupráci s Univerzitou Exeter vyrábějí první 3D tiskárnu na čokoládu. Inženýři z Univerzity v Southamptonu sestrojili pomocí 3D tisku první bezpilotní letadlo. Výroba trvala 7 dní a díky této technologii je možné snížit náklady na výrobu tohoto letadla. Společnost i.materlialise nabízí jako první 3D tisk ze 14 – ti karátového zlata a stříbra.  Vídeňská Technická Univerzita prezentuje nejmenší 3D tiskárnu, která váží 1,5 kg a její cena se pohybuje kolem 1200 EUR.

2012 Lékaři v Nizozemsku si od společnosti LayerWise nechávají vytvořit novou spodní čelist pro 83 letou pacientku, kterou jí následné úspěšně implantují.

 

3D tiskové technologie

SLS (Selective Laser Sintering) Zapékání práškového materiálu laserovým paprskem. Tloušťka vrstvy cca 0,1 mm. Levný stavební materiál. Podle druhu použitého modelovacího materiálu lze rozlišovat metody:  Laser Sintering – Plastic (plast),  Laser Sintering – Metal (kov),  Laser Sintering – Foundry Sand (písek), Laser Sintering – Ceramic (keramika)

 SLA (Stereolithography) Stereolitografie je nejstarší technologie používaná od roku 1986. Její princip je podobný technologii SLS. Dochází k vytvrzování tekutého kompozitu laserovým paprskem.

 SLM (Selective Laser Melting) Selektivní tavení laserem je výrobní technika, která může tisknout kovové části. Laser se používá k roztavení kovového prášku v místech po sobě jdoucích vrstev.

 LOM (Laminated Object Manufacturing) Zde je každá vrstva vyříznuta z plastu a plošně přilepena k vrstvě předchozí. Tloušťka vrstvy je cca 0,165 mm. Nejlevnější stavební materiál. Nevýhodou je nevyužití velkého množství stavebního materiálu (odpad).

 FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/ Fused Deposition Modeling) Tyto dvě zkratky znamenají v podstatě to stejné, pouze s tím rozdílem, že FDM je registrovaná ochranná značka společnosti Stratasys a tedy ji ostatní výrobci FDM tiskáren nemohou používat. Jedná se o nanášení roztaveného materiálu v tenké vrstvě. Dva stavební materiály – modelovací a podpůrný. Tloušťka vrstvy cca 0,25 mm. Vzniká minimální odpad. Nevýhodou je velká tloušťka vrstvy a nerovný povrch vodorovné vrstvy. Spojováno s tiskárnou Reprap.

 PJM (PolyJet Matrix)  Fotopolymer vytlačovaný tiskovými hlavicemi je vytvrzován pomocí UV lampy. Dva stavební materiály – modelovací a podpůrný. Velmi kvalitní povrch modelů. Tloušťka vrstvy cca 0,016 mm. Nevýhodou je omezená životnost stavebního materiálu – cca 1 rok.

 MJM (MultiJet Modeling) Termoplastický materiál – vosk je vytlačován tiskovými hlavicemi. Dva stavební materiály – modelovací a podpůrný – s různou teplotou tání.

MJ (Material Jetting) Zde se jedná o tavení vosku na stavební platformě. Materiál se poté ochlazuje a tuhne, což umožňuje výstavbu vrstev na sebe. Touto metodou lze dosáhnout velmi dobré přesnosti.

MJP (MultiJet Printing) Jedná se o tisk z více trysek. Tento proces se skládá pouze z UV žárovek a fotopolymerního materiálu. Tištěné části mají hladké povrchy a dobré mechanické vlastnosti.

 DLP (Digital Light Processing) Nejnovější technologie založená na nasvícení fotopolymeru UV projekcí modelového řezu. Výrobky vytvořené touto technologií jsou v podstatě úplně hladké. Nevýhodou je omezená životnost materiálu.

 EBM (Electronic Beam Melting) Tato technologie není kvůli své náročnosti příliš rozšířená. Pro tvorbu objektů používá usměrněný proud elektronů, vháněný do zpravidla titanového prachu.

 MLS (Micro Laser Sintering) Laserové spékání kovů. S touto technologií lze vytvářet např. složité kovové součásti pro hodinky. Micro laserové spékání může tisknout vrstvy tloušťky menší než 0,001 mm.

 BJ (Binder Jetting) = ZCORP (Z Corporation – Z Printing) V tenké vrstvě nanesený prášek je spojován pojivem, které je vytlačováno z tiskových hlav. Povrch není hladký, model je křehký a vyžaduje další povrchovou úpravu. Jedná se o poměrně rychlou a levnou technologii.

 

3D tiskové materiály

KOV Výroba složitějších dílů technologií slévání či tváření a následným obráběním lze nahradit technologií kovového 3D tisku. Šetří se čas, finance a lze vytvářet konstrukčně složité díly, které by obvyklým způsobem nebylo možné vyrobit. Kovový materiál je většinou dodáván ve formě prášku.

 SKLO K tisku se používá skleněný prášek, který se vyrábí recyklací ze starého skla. Aby model držel pohromadě, používá se při tisku skleněných modelů speciální spojovací materiál.

 PLAST Je momentálně nejpoužívanějším materiálem pro 3D tisk. Mezi nejpoužívanější plasty patří: ABS Plast (Akrylonitrilbutadienstyren) a  PLA Plast (Polylactid acid – kyselina polymléčná)

ČOKOLÁDA

Čokoláda se jako jeden z mála potravinových materiálů osvědčila pro použití s technologií FDM. Jelikož se dá čokoláda snadno působením tepla přivést do pastovitého stavu a chová se tak podobně jako plastické hmoty používané při běžném 3D tisku, její použití otevírá nové možnosti. Základ je ve správném namíchání čokoládové hmoty, její chutě a barvy. Pak se hmota nalije do válcového zásobníku, ze kterého je postupně vytlačována na podložku a tisková hlava nakreslí požadovaný tvar.

 VOSK Vosk je při dodržení technologických postupů snadno tavitelný. 3D tisk pro vosk je s vrstvením od 0,015 mm. Je možné ho použít např. pro odlévání kovu do tzv. ztraceného vosku, kdy si zlatník vyrobí z vosku formu a následně ji vylije zlatem nebo stříbrem.

 BETON  Lze ho použít pro vytištění domů, které budou mít mnohem lepší vlastnosti než běžně stavěné domy. Budou energeticky nenáročné, protože zdi postavené z betonové směsi nebudou potřebovat další tepelnou izolaci a budou tvrdší než běžné domy.

 KERAMIKA Lze tisknout např. kuchyňské náčiní i umělecké předměty. Na závěr se výrobek musí ještě glazovat a vypálit v peci jako běžná keramika z linkové nebo ruční výroby.

 ORGANICKÝ MATERIÁL Známý je případ vytištění čelisti a její následná implantace. Vědci už také zvládli vytisknout lidské ucho. Použitý materiál obsahoval živé buňky a hydrogel s alginátem, který měl zajistit dostatečnou pevnost a pružnost. Nyní již výzkumníci pracují na metodách, jak tisknout z čistě buněčného materiálu bez příměsi cizorodých látek.

Tento web používá soubory cookie. Dalším procházením tohoto webu vyjadřujete souhlas s jejich používáním.