Technologie 3D tiskáren
Jaké existují technologie pomocí kterých můžeme tisknout? Které 3D tiskárny jsou nejpoužívanější? A které tiskárny jsou vhodné pro začátečníky? Na to se podíváme v tomto článku! Projdeme si nejdříve technologie běžné pro hobby účely, včetně typů tiskáren, až po ty složitější, které se používají v průmyslové výrobě.
FDM/FFF
Fused Deposition Modeling / Fused Filament Fabrication je metoda 3D tisku, kterou pevně věřím všichni známe, na její bázi funguje většina hobby tiskáren a je to jednou z nejvíce používaných technologií.
Jak již název napovídá tiskne se z filamentu, který se dodává smotán ve špulkách. Zahřátím a částečným roztavením filamentu se pak skrz trysku tiskne na tiskovou desku, která je ve většině případů také zahřátá, ale na výrazně nižší teplotu než tryska. Tiskárna postupně vytlačuje zahřátý filament po vrstvách, které postupně chladnou a zajišťují pevnost modelu.
Filamenty pro FDM tiskárny
Na těchto tiskárnách se tiskne výhradně z plastů, které se rozlišují podle jejich vlastností. Je na nich ale také možné tisknout z plastových filamentů ve kterých je přidán například kov nebo jiné látky. Díky těmto obohaceným filamentům jsou pak modely pevnější a mnohdy také více tepelně odolné, vždy je ale nutné, na tomto typu tiskáren, mít ve filamentu alespoň částečně obsazen plast. Populární jsou například přídavky uhlíkového vlákna, dřeva, hliníku nebo mědi.
Typy FDM tiskáren
FDM je pouze metoda, kterým tiskárna tiskne daný materiál a proto existuje několik typů těchto tiskáren. Některé z nich jsou užitečnější pro konkrétní účely, některé jsou vhodné na sériovou výrobu, jiné jsou zase přesnější. Ve zkratce se jedná o rozdělení podle toho jakým stylem se pohybují komponenty tiskárny, aby dosáhla vytištění daného 3D modelu.
Cartesian
Nejběžnější typ 3D tiskáren. Je pojmenovaný podle kartézského souřadnicového systému tří os (X, Y a Z). I když se nejedná o přímý popis, protože i jiné tiskárny používají stejný souřadnicový systém, řadí se mezi ně hlavně tiskárny, které pohybují tiskovou hlavou po ose X, Y a tiskovou deskou po ose Z. Jedná se o nejvíce rozšířený typ tiskáren a proto patří mezi nejlevnější a jejich údržba také není náročná (záleží na konkrétní tiskárně, nabízí ale širokou open-source komunitu).
Mezi tento typ tedy patří většina hobby a běžně užívaných tiskáren jako jsou PrusaMK4, PrusaMini , Ender 3, PWS400k ,Voron 0.1 a BambuLab A1 a A1 mini.
CoreXY
Jak už název napovídá, tisková hlava se u těchto tiskáren pohybuje v ose X a Y. Tedy dopředu, dozadu, doprava a doleva. Tisková deska se pak pohybuje směrem dolů, což v některých případech zlepšuje kvalitu tisku v porovnání s Cartesian tiskárnami, protože se již vytištěná část nepohybuje horizontálně. Protože tyto tiskárny už ze své podstaty musí mít krychlový tvar, často jsou už vyráběny uzavřené a proto se hodí na tisk filamentů, které jsou zdraví škodlivé. V těchto tiskárnách jsou také, narozdíl od jiných tiskáren, motory tiskové hlavy propojeny řemeny, které zajišťují větší efektivitu a rychlost tisku.
Mezi CoreXY patří Ender K1, Prusa XL, Voron 2.4, BambuLab X1 a P1.
Delta
Delta tiskárny jsou specifické svým vzhledem, který v jistých ohledech opravdu připomíná robota. Funguje na principu tří ramen, které se svým natahováním a zkracováním dokáží pohybovat po celém prostoru tiskárny. Tisková deska je zpravidla kruhová a ve většině případech lze tisknout pouze do přibližně dvou třetin vnitřního prostoru tiskárny. Kromě podle mně velmi futuristicky vypadajícího designu, jsou ideální na tisk vysokých modelů, protože v poměru s rozměry do stran jsou tyto tiskárny schopné tisknout do velkých vertikálních rozměrů.
Mezi Delta tiskárny patří Flsun T1 a SR, Prusa Pro, Anycubic Predator. Většinou se ale jedná o méně populární technologii a v Česku a Slovensku může být problém s dostupností.
Belt
Pásové tiskárny mají ano správně - pás, konkrétně místo tiskové desky. To jim umožňuje tisknout prakticky do nekonečna, mají schopnost, poté vytištěný model odsunout, až na kraj tiskárny kde odpadne, a pokračovat na novém. Tisková hlava se pohybuje v ose X a zároveň ve 45 stupňovém náklonu od osy Y na osu Z. Tento styl tisku je tedy velmi specifický a zatím si u běžných uživatelů nenašel příliš velkou oblibu, je to ale stále jeden ze způsobů jak vyřešit malou sériovou výrobu.
Mezi pásové tiskárny patří Creality CR-30 a Blackbelt 3D.
SLA
Stereolitografie, složenina tří řeckých slov: třírozměrný, kámen a psát. Jedná se o nejstarší technologií 3D tisku patentovanou už v roce 1983. Jedná se o metodu, která využívá laseru vytrhujícího fotopolymerní pryskyřici. Neboli laser zasvítí na daný bod, který ztvrdne, tímto stylem vrstvu po vrstvě, bod po bodu je tiskárna schopná vytisknout přesný a detailní model. Ze začátku je tisková plocha namočená v kádince s pryskyřicí a po každé vrstvě se tisková plocha postupně posune nahoru, protože laser zpravidla svítí zespodu, tiskne se model vzhůru nohama.
Nevýhodou tohoto systému je přebytečná pryskyřice, která na modelu zůstává. Je jej potřeba po dokončení tisku omýt ponořením do kádě s izopropylalkoholem (IPA) nebo jiného roztoku určeného k tomuto účelu. K zlepšení pevnosti modelu se také někdy po očištění vystavuje UV světlu.
SLA tiskárny se dají běžně pořídit i pro hobby účely, patří mezi ně například FormLabs Form, Prusa SL1, AnyCubic Photon.
SLS
Selective Laser Sintering, funguje na stejném principu jako SLA, s jediným rozdílem, že místo pryskyřice se používá práškový materiál. To se může zdát jako malý detail, nejen že díky této změně se přesouváme do tiskáren pro industriální použití (SLS tiskárnu tedy jen těžce najdete pro hobby použití), je také schopna tisknout z více různých materiálů než jen z pryskyřice a to se zachováním přesnosti a pevnosti. Oproti SLA tiskárnám nepotřebuje výsledným model žádné další úpravy, je jen nutné jej nechat vychladnout a přebytečný prášek může být odsypán a znovu použit. V průběhu tisku slouží okolní nespojený prášek jako podpora, takže není potřeba tisknutí žádných dalších podpěr.
Tiskne se především z plastů (Nylon, TPE, PVC, PP) a kompozitních materiálů (smíchaných s uhlíkovými nebo skleněnými vlákny), je možné tisknout i z kovových prášků, pro toto využití jsou ale lepší SLM nebo DMLS tiskárny.
DMLS/SLM
Direct Metal Laser Sintering/Selective Laser Melting jsou metody používány čistě ke 3D tisku kovů. Do teď jsme zmínil pouze způsoby ve kterých byly do filamentu přimíchány kovy, to ale na industriální použití nestačí, proto tyto tiskárny umožňují tisknout z čistých kovů jako jsou hliník, titan, nerezová ocel, měď a další slitiny.
Metoda tisku pak funguje stejně jako SLS, tedy v podobě zahřívání prášku laserem. Použít se tedy dají jakékoli kovy, které se roztaví pod teplem laseru v konkrétní tiskárně a dají se sehnat v podobě prášku.
Alternativní metoda EBM (electron beam melting) funguje na stejném principu, s jediným rozdílem, a to použití elektronového paprsku na tavení prášku namísto laseru.
Tyto technologie se používají v automobilovém, leteckém průmyslu, zdravotnictví a dalších. Dokáží totiž vyrobit součástky s mnohem větší pevností než svařování a mnohem efektivněji než obrábění. Lze také dosáhnout přesných a unikátních tvarů z konkrétních materiálů, které se již dnes používají například na protézy a další specifické aplikace.
LOM
Laminated Object Manufacturing je technologie 3D tisku, která funguje na principu vrstvení tenkých desek, které jsou následně vyříznuty a natřeny lepidlem. Tímto způsobem vrstvení a slepování desek vzniká celý model.
Jak LOM tiskárny fungují? Nejdříve je digitální model rozdělen na jednotlivé 2D vrstvy, podle tloušťky použitého materiálů. Poté se první vrstva rozvine se smotaného válce s materiálem, většinou se používá papír, laminát nebo plast. Hlavice nanese lepidlo na místa, která mají být spojena a vrstva se umístí na dané místo. Následně se pomocí laseru vyřízne vrstva. Tento proces se opakuje dokud není model dokončen. V tiskárně pak zbyde model a odřezaný materiál, který je nutné odstranit.
Tato technologie je rychlejší než jiné metody, zároveň ale modely nemají takovou pevnost jako z jiných materiálů. Obecně jsou ale spíše nízkonákladové a modely mají hladké povrchy, takže se hodí na použití například pro architektonické modely.
Dnes se prodávají spíše větší LOM tiskárny určené pro specifické použití, v minulosti byly ale pokusy i o domácí použití, jako společnost Solido, která představila desktopovou LOM tiskárnu.
Subscribe to my newsletter
Read articles from Patrik directly inside your inbox. Subscribe to the newsletter, and don't miss out.
Written by