3D tlač
Chcete sa dozvedieť viac o 3D tlači? Potom je pre vás print24 Journal tým správnym miestom! Vysvetlíme vám, čo je 3D tlač, ako funguje, aké materiály a procesy sú k dispozícii a ako ju môžete využiť. Objavte s nami fascinujúci svet 3D tlače!
3D tlač - informácie o procese 3D tlače
Svet tlače urobil s rozvojom 3D tlače obrovský skok vpred. Proces 3D tlače predstavuje míľnik, ktorý má veľký význam pre celý rad spoločností. Všetci dodávatelia alebo výrobcovia náhradných dielov, malých sérií alebo prototypov ich môžu vyrábať rýchlejšie a jednoduchšie, čo znamená, že obchodné procesy sa vďaka 3D tlači nesmierne zrýchlili a zjednodušili. Zistite, čo presne je 3D tlač, kde je jej pôvod, aké sú rôzne procesy a aké sú jej výhody na stránke print24!
Definícia 3D tlače
3D tlač je známa aj ako aditívna alebo generatívna výroba. Podstatou tohto výrobného procesu je premena numerického modelu na trojrozmerný model. Zároveň ide o primárny výrobný proces tvarovania, čo znamená, že z beztvarého telesa sa vyrobí pevné teleso. Teleso má geometricky definovaný tvar. Ak to zhrnieme: 3D tlač je vytváranie fyzických objektov z digitálnych súborov. Digitálne údaje sa vytvárajú modelovaním CAD, údajmi z 3D skenerov alebo 3D modelovaním, hoci 3D tlačiareň tieto údaje nemôže priamo čítať. Na to je zase potrebný špeciálny softvér, ktorý prekladá geometrický tvar do strojového jazyka tlačiarne pomocou "G-kódu". Tento softvér sa nazýva "slicer", ktorý rozdeľuje 3D objekt na jednotlivé vrstvy. Objekt sa potom vytvára/tlačí vrstvu po vrstve, preto sa nazýva aditívna výroba. Je to na rozdiel od subtraktívnej výroby, pri ktorej sa z existujúcich objektov odstraňuje materiál. Výtlačok z 3D tlačiarne je trojrozmerný, čo znamená, že objekt má vopred definovanú šírku, dĺžku a výšku. V súlade s tým 3D tlačiareň pracuje okrem dvoch obvyklých horizontálnych osí (os X a Y) aj s vertikálnou osou (os Z).
Konštrukcia a funkcia 3D tlačiarne
Rozlišujeme otvorené a uzavreté 3D tlačiarne, kompletné zariadenia a súpravy. Zatiaľ čo väčšina sa dodáva kompletná, súpravy musí používateľ najprv zostaviť. Kompletné zariadenia sú zvyčajne drahšie ako súpravy, ale ušetríte na montáži. Pri uzavretej 3D tlačiarni je priestor na inštaláciu uzavretý. Podľa toho, kde sa má tlačiareň používať, je možné zvoliť otvorenú alebo uzavretú verziu. 3D tlačiareň sa v zásade skladá z tlačového/vyhrievacieho lôžka, podpornej konštrukcie, tlačového objektu, trysky, podporného materiálu a tlačového materiálu. Konštrukcia sa však môže v rámci danej technológie mierne líšiť. 3D tlačiareň funguje podľa uvedenej štruktúry nasledovne: Najprv sa zahreje ohrievacie lôžko a tryska. Vyhrievacie lôžko sa potom presunie k tlačovej hlave. Roztavené vlákno (špeciálne plasty, kovy alebo iné materiály) sa potom nanáša na vyhrievacie lôžko, až kým nie je hotová prvá vrstva. Po dokončení prvej vrstvy sa vyhrievacie lôžko posunie o vzdialenosť jednej výšky vrstvy meranej v mikrometroch. Druhá vrstva vlákna sa nanesie na predchádzajúcu vrstvu a nataví sa na ňu. Ak sa vyskytnú oblasti s presahom, je možné použiť podpornú štruktúru z rovnakého alebo iného materiálu, pričom alternatívny materiál by sa mal rozpustiť vo vode alebo inom roztoku. Posledný krok sa opakuje, kým nie je 3D objekt dokončený.
Typy procesov 3D tlače
Najbežnejšie procesy 3D tlače sú uvedené nižšie. Okrem uvedených však existuje mnoho ďalších variantov. Rozlišujú sa nasledujúce procesy 3D tlače:
- Selektívne laserové tavenie (SLM)/Selektívne laserové spekanie (SLS)
- Tavenie elektrónovým lúčom (EBM)
- Tavené depozičné modelovanie/Fused Filament Fabrication (FDM/FFF)
- Stereolitografia (STL/SLA)
- Laserové nanášanie kovov
- Zobrazovanie s prenosom fólie (FTI)
- Digitálne spracovanie svetla (DLP)
- Multi Jet-modelovanie / polyjetové modelovanie
Pri selektívnom laserovom tavení sa nanáša kov pozostávajúci z prášku a taví sa laserom. Požadovaný objekt tlače sa potom zníži o hrúbku vrstvy, prášok sa opäť nanesie a roztaví. 3D tlač prebieha v ochrannej atmosfére; spracúvať možno kovy, plasty, piesok alebo keramiku. Naproti tomu pri selektívnom laserovom spekaní (SLS) sa nepoužíva čistý kovový prášok, ale pridáva sa spojivo. Špeciálny prášok sa tiež roztaví len čiastočne, čo spôsobí, že materiál sa zlepí. Tavenie pomocou elektrónového lúča (EBM) tiež využíva prášok a spracováva ho rovnakým spôsobom ako selektívne laserové tavenie, len namiesto lasera sa používa elektrónový lúč. Magneticky upevnená pružina umiestňuje a vedie lúč.
Pri použití taveného depozičného modelovania/fused filament fabrication (FDM/FFF) sa najprv zahreje špeciálny plast a potom sa 3D objekt vytlačí v listoch. Vlákno sa pomocou cievky dopraví do trysky, odkiaľ sa nanesie na stavebnú dosku, kde priamo stuhne. Keďže povrch objektu je po výrobe často trochu drsný, musí sa prepracovať. Výsledok presnej práce je uspokojivý. Vytvrdzovanie tekutého plastu pomocou UV svetla prebieha v procese stereolitografie (STL/SLA). Trojrozmerný objekt sa vyrába v kúpeli z tekutého plastu, pričom na vytvrdenie jednotlivých vrstiev sa používa laser. Všetky použité podporné štruktúry sa po dokončení odstránia a 3D objekt sa vytvrdí. Modely majú veľmi vysoký stupeň presnosti. Pri laserovom plátovaní sa používa diódový alebo vláknový laser. Pomocou dýzy nanáša na obrobok kovový prášok alebo kovový drôt. Pri použití prášku pracuje 3D tlačiareň úplne automaticky, vďaka čomu je vhodná na použitie pri opravách súčiastok alebo výrobe prototypov.
Film transfer imaging (FTI) sa používa na nanášanie tenkej vrstvy materiálu na transportnú fóliu. Vrstvy sa vytvárajú osvetlením, po ktorom sa obrobok zdvihne a nanesie sa nová fólia. Tento proces pokračuje až do dokončenia 3D objektu, ktorý má veľmi vysokú úroveň presnosti. Ako vlákna sa pri FTI používajú plasty citlivé na svetlo. Pri digitálnom spracovaní svetla (DLP) sa 3D objekt vytvára z plastového kúpeľa. Tento proces je zmesou technológií 3D tlače STL a FTI, pričom technológia FTI sa používa rovnakým spôsobom ako FTI. Multijet modelovanie/polyjet modelovanie na druhej strane využíva techniku podobnú technike atramentovej tlače. Niekoľko trysiek je pripojených k tlačovej hlave, ktorá potom vytlačí 3D model vrstvu po vrstve. Modely sa vyznačujú veľmi vysokou úrovňou detailov a ako vlákna sa používajú fotopolyméry citlivé na UV žiarenie, ktoré sa vytvrdzujú svetlom.
Materiály pre procesy 3D tlače
V priebehu rokov sa s rozvojom technológií museli neustále prispôsobovať aj materiály používané na 3D tlač. Nižšie uvádzame najdôležitejšie špecializované materiály, ako sú plasty alebo kovy:
Plasty na 3D tlač
PLA (polyaktid) je jedným z najobľúbenejších materiálov na 3D tlač. Ide o syntetické polyméry, ktoré sa získavajú z kukuričného škrobu, t. j. z obnoviteľných zdrojov, a sú biokompatibilné a recyklovateľné. PLA sa dá spracovať pri nízkych teplotách topenia 70 °C a spravidla si zachováva svoj tvar aj po ochladení. Tieto dve vlastnosti robia PLA atraktívnym pre súkromných aj profesionálnych používateľov. PLA je v súčasnosti k dispozícii v mnohých rôznych farbách. Jedinou nevýhodou tohto materiálu je, že nie je veľmi pružný a odolný voči vysokým teplotám, takže nie je vhodný na výrobu vysoko namáhaných komponentov.
ABS (akrylonitrilbutadiénstyrén) je druhým najčastejšie používaným plastovým materiálom pri 3D tlači a tiež ide o syntetický polymér. Vyrába sa z akrylonitrilu, 1,3 butadiénu a styrénu. Výhodnými vlastnosťami materiálu sú jeho pevnosť, tuhosť a húževnatosť. Možno ho použiť na výrobu prototypov a konečných výrobkov. ABS sa tlačí pri teplote 220 až 250 °C a mal by sa tlačiť vo vyhrievanej tlačovej komore alebo na tlačovom lôžku. To umožňuje chladnutie vyrábaných predmetov a zabraňuje deformácii. Podobne ako PLA, aj ABS je k dispozícii v rôznych farbách a je relatívne lacný, ale u súkromných používateľov je menej obľúbený kvôli vysokým teplotám pri 3D tlači. Nemá tiež dostatočnú odolnosť voči poveternostným vplyvom.
PEEK (polyéterové íly) sú syntetické polyméry zo skupiny polyéterketónov. Možno ich použiť na tlač vysoko pružných a teplotne odolných predmetov. Sú tiež biokompatibilné a odolné voči chemikáliám. Termoplast PEEK je približne o 70 % ľahší ako kovy s podobnými vlastnosťami, ale má porovnateľnú mechanickú a tepelnú stabilitu. PEEK je preto obľúbený v automobilovom, chemickom a leteckom priemysle. Tlačí sa pri teplote 360 až 380 °C, a preto je menej vhodný na súkromné použitie.
HIPS (polystyrén s vysokou rázovou hmotnosťou) je tiež termoplastický polymér a vyrába sa polymerizáciou polybutadiénu na polysterol. Má vysokú rázovú pevnosť a tvrdosť a dá sa rozpúšťať v chemikáliách. Vďaka tomu je mimoriadne vhodný ako nosný materiál pre iné polyméry. Je chemicky odstrániteľný, takže pri vyrábaných komponentoch možno dodržať aj prísne tolerancie.
PA (nylon/polyamid) má vysokú pevnosť v ťahu, topí sa pri 250 °C a nie je toxický. 3D objekty vytvorené pomocou nylonu sú pevné a odolné voči poškodeniu. Nylon nepoškodzuje väčšina bežných chemikálií a je lacný. Nevýhodou tohto materiálu je však to, že je ťažko vhodný na súkromné použitie kvôli vysokým teplotám topenia a vyžaduje si vyhrievané tlačové lôžko aj biele lepidlo, aby počas 3D tlače priľnul k tlačovému lôžku.
PET (polyetyléntereftalát) pravdepodobne väčšina ľudí pozná z fliaš na nápoje. V tom spočíva aj jeho výhoda, pretože PET je bezpečný pre potraviny a môže sa používať na balenie. Keďže pri tavení nevznikajú žiadne výpary, 3D tlač s PET si nevyžaduje vyhrievanú tlačiareň. Vďaka tomu je táto aplikácia obľúbená aj v súkromnom sektore. 3D objekty z PET sú relatívne robustné, ale zároveň aj flexibilné.
PETG (PET s glykolom) dosahuje vysokú úroveň transparentnosti materiálu vďaka modifikácii glykolom. Tým sa zlepšujú aj vlastnosti tlače. Výsledkom je nižšia teplota topenia a menšia kryštalizácia. PETG sa dá vytláčať rýchlejšie ako PET a je odolný voči poveternostným vplyvom. Preto sa často používa na výrobu záhradného nábytku a zariadenia, ako aj váz.
Kovy na 3D tlač
Pri 3D tlači možno okrem vyššie uvedených plastov použiť aj kovy
Hliník alebo zliatiny hliníka zaujmú pri 3D tlači svojou pevnosťou a dobrými tepelnými vlastnosťami. 3D objekty sú zároveň ľahké a dajú sa flexibilne prepracovať. Z použitia hliníkových zliatin profituje automobilový, letecký a kozmický priemysel; pomocou 3D tlače sa vyrábajú diely motorov, kryty, formy, prototypy, vzduchovody a mnoho ďalšieho.
Titán alebo titánové zliatiny patria medzi najznámejšie v 3D tlači s kovmi. Má vynikajúce mechanické vlastnosti a nízku špecifickú hmotnosť. Materiál je odolný voči korózii a môže sa používať v mnohých prostrediach s vysokými technickými požiadavkami, napríklad v letectve. Zdravotnícke pomôcky, náhradné diely, funkčné prototypy alebo diely na konečné použitie sú najčastejšie 3D objekty vyrobené zo zliatin titánu.
Ďalším kovom používaným pri 3D tlači je nerezová oceľ/zliatina nerezovej ocele. Má nízky obsah uhlíka a je vysoko odolná voči korózii. Takto vyrobené komponenty majú tiež vynikajúcu pevnosť, dobré tepelné vlastnosti a vysokú ťažnosť. 3D tlač s nehrdzavejúcou oceľou sa prednostne používa na strojové súčiastky alebo na aplikácie vhodné pre potraviny.
Keď ide o plasty a kovy, medzi materiály používané pri 3D tlači patria aj keramika, piesok, betón a sklo.
História 3D tlače - kto vynašiel 3D tlačiareň?
História 3D tlače siaha až do 19. storočia. V roku 1859 Francúz François Willème, ktorý pracoval ako fotograf a sochár, vynašiel prístroj, ktorý umožnil vytvoriť 3D model pomocou niekoľkých fotoaparátov. V roku 1892 požiadal Rakúšan Joseph E. Blanther o patent na výrobu reliéfnych máp. Na ich výrobu sa vtedy laminovali voskové dosky, z ktorých sa vyrezal požadovaný tvar a zlepil sa. Takto vznikla 3D mapa prostredníctvom niekoľkých vrstiev.
Po tom, čo 3D tlač nezaznamenala v 20. storočí niekoľko desaťročí žiadny ďalší známy vývoj, japonský vynálezca Hideo Kodama napokon v roku 1980 požiadal o ďalší patent: V ňom opísal, ako sa fotopolymérový materiál vytvrdzuje pomocou UV svetla, pričom sa takto vytvára model vrstva po vrstve, čo zodpovedá princípu stereolitografie. Keďže pre finančné ťažkosti nebol schopný zaplatiť za patentovú prihlášku, stal sa menej známym. V roku 1884 sa Francúzi Alain le Méhauté, Olivier de Witte a Jean-Claude André pokúsili získať patent na proces, pri ktorom sa kvapalina vytvrdzuje pomocou zdroja svetla. Nazvali to aj stereolitografia. Oslovený výskumný ústav však nebol schopný rozpoznať potenciál vynálezu a projekt zastavil. Nakoniec to bol Američan Chuck W. Hull, ktorý o tri týždne neskôr požiadal o patent. Ten už v roku 1981 vynašiel stereolitografiu, ktorá bola prvýkrát uvedená do praxe v roku 1983. V roku 1985 bol k dispozícii prvý program na 3D navrhovanie a v roku 1986 založil dnes svetoznámu spoločnosť 3D Systems. V roku 1988 bola na trh uvedená prvá 3D tlačiareň (stroj SLA-1).
V roku 1992 bol v DTM vyrobený prvý stroj na selektívne laserové spekanie, ktorý využíval proces ožarovania prášku laserovým svetlom. Nasledovala 3D tlačiareň od spoločnosti Z Corp, ktorá využívala proces striekania spojiva. Koncom 90. rokov 20. storočia bolo možné spracovávať kovy aj plasty a spustili sa ďalšie programy CAD. V priebehu roku 2000 aditívna výroba nabrala na obrátkach a presadila sa v medicínskom sektore. Prvýkrát bol človeku implantovaný orgán vytlačený na 3D tlačiarni. Rok 2000 bol charakteristický ďalším vývojom. 3D tlačiarne teraz dokázali vyrábať súčiastky pre iné 3D tlačiarne a našli si cestu na pracoviská. Od roku 2010 dokázali nové modely tlačiť aj prototypy automobilov, 3D tlačiarne potravín, vznikli prvé 3D vytlačené komponenty pre vesmírne stanice a čeľustné a kostné protézy. Z 3D tlače profitovali aj malé a stredné podniky, ktorým umožnila vyrábať prototypy s nižšími nákladmi. Najproduktívnejším procesom aditívnej výroby plastov je v súčasnosti proces Multi Jet Fusion, pričom výsledné objekty majú homogénny povrch a hustotu materiálu takmer bez pórov.
Čo prinesie budúcnosť? Je veľmi pravdepodobné, že technológia 3D tlače sa bude vyvíjať smerom k sériovej výrobe, pretože čoraz viac materiálov možno vytlačiť za kratší čas a vo vyššej kvalite.
Vysokokvalitné tlačové produkty v print24
U nás si môžete nechať vytlačiť požadovaný predmet na reklamné účely alebo na každodenný kancelársky život. print24 vám ponúka obrovský sortiment tlačových produktov, ktoré vám dodáme rýchlo a vo vysokej kvalite. Tlačové objekty vo veľkom formáte, Textilné výrobky alebo Foto výrobky sú tiež súčasťou nášho sortimentu. Stačí si vybrať požadované tlačové produkty a personalizovať ich
