Klasyfikacja drukarek 3d

Pojawienie się drukarek 3d zapoczątkowało nową erę technologii – obecnie możliwe jest wydrukowanie trójwymiarowego obiektu. Trójwymiarowe produkty mogą być wykorzystywane do wszystkiego, od zabawek po protezy medyczne. Praca oparta jest na model cyfrowy (lub rysunek), który jest następnie implementowany w jego dokładnej rzeczywistej replice. Urządzenia takie dostępne są w różnych wersjach wydajnościowych i sprzętowych, zarówno domowych, jak i przemysłowych. Dzisiejsze rodzaje drukarek 3D wykorzystują szeroką gamę materiałów do tworzenia trójwymiarowych wydruków.

Technologia druku 3D

Istnieje specjalna klasyfikacja dla zastosowanej technologii, która przyda się każdemu przyszłemu posiadaczowi drukarki 3D:

• FDM;
• Polyjet lub MJM;
• LENS;
• LOM;
• SLA;
• SLS;
• 3DP;

FDM

To najpopularniejsza technologia w omawianych urządzeniach. W FDM (fused deposition modeling) maszyna wyciska materiał eksploatacyjny przez specjalną dyszę warstwa po warstwie. Należą do nich:

• urządzenia typu makerbot;
• Drukarki Stratasys;
• jednostki stosowane w przemyśle kulinarnym (wyroby serowe, ciasta, lukier);
• Wyroby medyczne (żel medyczny z żywymi komórkami).

Polyjet

Interesujące jest również MJM (Multi Jet Modeling), które polega na technice modelowanie wielostrumieniowe. Proces jest podobny do zwykłego jettingu, ponieważ materiał jest podawany przez małe dysze (mogą być ich setki). Po utwardzeniu poprzedniej warstwy powstanie pożądany model trójwymiarowy.

Materiałami eksploatacyjnymi są tworzywa sztuczne i fotoplastyka; odpowiednie są również specjalne woski. Ten rodzaj druku 3D jest najczęściej stosowany w produkcji implantów medycznych, protez dentystycznych i wycisków.

Realne jest wykonanie wersji wielokolorowych oraz obiektów o różnych właściwościach, np. elastycznych w połączeniu ze sztywnymi.

Wadą tej technologii są bardzo drogie surowce i wysokie koszty delikatny wynik. Typowe zastosowania to prototypowanie w medycynie i przemyśle.

LENS

W przypadku kształtowania sieci metodą LASER ENGINEERED, materiał eksploatacyjny wydmuchiwany z dyszy znajduje się natychmiast w ognisku wiązki laserowej, co powoduje natychmiastowe spiekanie. Zastosowanie proszek metalowy pomogła w produkcji przedmiotów ze stali i tytanu, umożliwiając wykorzystanie drukarek 3D w przemyśle. Wiele stopów może być mieszanych i formowanych bezpośrednio w procesie. W ten sposób produkowane są np. tytanowe łopatki turbinowe.

LOM

W przypadku Laminated Objects cienkie i już zalaminowane arkusze są wycinane laserowo, klejone, spiekane lub prasowane w trójwymiarowy obiekt. W ten sposób można drukować plastikowe, aluminiowe i papierowe obiekty 3D.

Przy okazji, materiałem wyjściowym dla przedmiotów aluminiowych jest folia – jest ona „spiekana” za pomocą wibracji ultradźwiękowej.

Pomimo lekkości materiału wyjściowego, modele papierowe są bardzo trwałe, a ich cena będzie praktycznie bez grosza. Ale spiesz się i bądź przygotowany na dużo odpadów. Tego ostatniego można jednak również uniknąć, umieszczając na tym samym arkuszu kilka małych obiektów jednocześnie.

SLA

Aby zrozumieć jak działa Stereolitografia, musisz wyobrazić sobie wannę wypełnioną płynny polimer. Wiązka lasera przechodząca nad jego powierzchnią polimeryzuje warstwę. Kiedy jedna z warstw jest gotowa, platforma obniża część, aby płynny polimer mógł wypełnić puste przestrzenie. Następnie sytuacja się zmienia: część jest zabierana na górę, a sam laser umieszczany jest na dole.

Metoda ta wymaga obróbki powierzchni w celu przeszlifowania i usunięcia nadmiaru materiału. Czasami wynik jest dodatkowo wypiekany w piecach ultrafioletowych.

Taka drukarka nie powinna być trzymana w domu:

• ze względu na toksyczność fotopolimeru;
• ze względu na wysokie koszty utrzymania.

SLS

Selektywne spiekanie laserowe przypomina powyższą technologię, ale zamiast fotopolimeru stosuje się proszek wypalany laserem. Nie musisz się martwić, że część pęknie w procesie, a stal, nylon, brąz, tytan, ceramika, szkło, wosk odlewniczy i inne materiały są całkiem prawdopodobne, że będą używane jako materiały eksploatacyjne.

Technologia ta polega na tworzeniu skomplikowanych przedmiotów. Doskonale nadaje się np. do tworzenia wszelkiego rodzaju prototypów, dla biżuterii. Niewypalony proszek będzie podtrzymywał wystające elementy – co oznacza, że nie trzeba tworzyć specjalnych obudów nośnych.

3DP

Metoda 3DP polega na nałożeniu kleju na materiał, a następnie warstwy świeżego proszku i zrobienie tego wszystkiego od nowa. W efekcie powstaje materiał podobny do gipsu (piaskowca). Jeśli do tego kleju doda się farbę, powstaną kolorowe przedmioty. Technologia jest bezpieczna do użytku domowego i biurowego. Proszki ze szkła, kości, gumy, a nawet trocin nadają się na materiały.  Można też zrobić figury jadalne (z użyciem czekolady lub cukru pudru) – tylko w tym przypadku stosuje się specjalny klej spożywczy.

Nie bez wad – efekt końcowy może mieć chropowatą powierzchnię i niską rozdzielczość.

Klasyfikacja drukarek ze względu na rodzaj stosowanego materiału

Materiały eksploatacyjne stosowane w technice określają rodzaje drukarek 3d. Laser jednostki spiekają i laminują proszek. Inkjet Drukarka 3D skleja kolejno warstwy użytego materiału źródłowego, a następnie następuje spiekanie. Następnym krokiem jest chłodzenie. Może to obejmować wykorzystanie tworzyw fotopolimerowych, żywic, proszków, silikonów, elementów metalowych i woskowych. Zobaczmy, jak ta technika działa na różnych materiałach.

Proszek

Zasada działania tej techniki jest następująca

• Na podstawie dostarczonego modelu, głowica drukująca zaczyna nakładać w określonych miejscach specjalny środek wiążący;
• Proszek jest nakładany za pomocą drobnego wałka i spiekany z substancją.
• Następnie proces ten jest powtarzany.

Takie urządzenie jest całkiem możliwe do wykonania zbudować go własnymi rękami – Wystarczy mieć odpowiednie akcesoria. Kolejny bonus „do skarbonki” takiej maszyny – praca ze sproszkowanym metalem.

Gips

Wersja gipsowa jest również wypełniona proszkami, ale o odpowiednim rodzaju – od gipsu po kit, cement itp. Obowiązkowo spoiwo. Drukarki takie najczęściej wykorzystywane są przy tworzeniu dekoracji wnętrz. Produkty tutaj są bardzo uniwersalne.

Fotopolimer

Do produkcji obiektów w tym przypadku stosowane są płynne fotopolimery. Zasada jest interesująca tworzenie figur. Model komputerowy będzie wykorzystywany do naświetlania laserem UV określonych miejsc. Następnie są one utwardzane pod wpływem światła ultrafioletowego. To samo oświetlenie zostanie wykonane również poprzez specjalnie przygotowany szablon fotograficzny, tylko w tym przypadku zostanie użyta lampa UV. Obrabiany przedmiot będzie się zmieniał z każdą nową warstwą.

W przypadku wyboru techniki druku stereolitograficznego możemy cieszyć się wysoką precyzją druku wolumetrycznego. Jedyną wadą – niska prędkość, ale jeśli dokładność jest istotnym wskaźnikiem, to czas wykonania nie zwraca uwagi.

Wosk

Tego typu maszyna drukuje woskiem – materiałem o niskiej temperaturze topnienia. ma tę dodatkową zaletę, że jest łatwy do pracy. Dlatego też jasność i precyzja konturu jest nienaganna.

Jak uzyskać kolor

Aby wykonać obiekty w szerokiej gamie kolorów, technika ta wykorzystuje specjalną głowicę. Kilka jest obecnych w tym samym czasie wytłaczarki – elementy zdolne do topienia i nakładania stosowanego materiału eksploatacyjnego.

Najczęściej takie jednostki są wykorzystywane w produkcji zabawek dla dzieci. Innym zastosowaniem jest tworzenie biżuterii designerskiej.

Istnieje jeszcze jedna technika znana jako „sublimacja„. Ten typ drukarki stosuje się, gdy na wytłoczoną powierzchnię ma być przeniesiony obraz (np. zdjęcie). W tym celu w określonych miejscach podgrzewa się barwniki, które poprzez działanie temperatury odparowują i powstaje ostateczny kształt.

Jak wybrać drukarkę 3D

Wybierając drukarkę, należy najpierw zdecydować się na technologię, za pomocą której będziemy drukować. Urządzenie na poziomie amatorskim, a tylko takie potencjalnie może kupić przeciętny konsument, a nie cała firma, pracować na podstawie opracowania zwanego Plastic Jet (PJP), Niektóre źródła określają ją jako Fused Deposition Modeling (FDM) lub Fused Filament Fabrication (FFF). To jest w zasadzie to samo.

Materiały do druku amatorskiego

Zasadniczo do drukowania na urządzeniach tego typu stosuje się tworzywa sztuczne o różnych właściwościach. Pakowane jako plastikowy sznurek nawinięty na szpulę lub pocięty na słomki. W masie stosowane są dwa rodzaje tworzyw sztucznych: ABS i PLA.

Tworzywo ABS Bezpieczne, nietoksyczne, odpowiednie dla towarów dziecięcych, a ponadto odpowiednie do pracy w obecności dzieci. Produkty z niego wykonane są trwałe i służą przez długi czas. Jedna wada plastiku – traci on swoją rynkową formę na słońcu i przy dużym mrozie. Jest on częściej stosowany w profesjonalnej produkcji części.

Tworzywo PLA (polilaktyd) jest bardziej kruchy i nie sprawdza się tak dobrze. Ale jest bardziej plastyczny i daje więcej możliwości wyrafinowanych form. Jest to produkt naturalny, ponieważ jest wytwarzany z kukurydzy i trzciny cukrowej. Jest ekologiczny w utylizacji, w 100% rozkłada się na nieszkodliwe składniki. Produkty z PLA są odporne na ścieranie, zachowują swoją geometrię. W związku z tym tworzywo sztuczne jest idealnym rozwiązaniem dla elementów ruchomych.  Ogólnie rzecz biorąc, jest to bardziej amatorska wersja plastiku.

Alternatywne materiały do druku 3D

Oprócz tworzyw sztucznych w drukarkach tych stosowane są następujące materiały.

1. Stal nierdzewna. Stosowane tylko w urządzeniach profesjonalnych. Daje duże możliwości w zakresie detailingu.
2. Drewno. W rzeczywistości nie jest to drewno, lecz mieszanina polimeru wiążącego i dodatku do drewna.  Materiał ten jest bardzo drogi, nie wymaga specjalnych umiejętności do pracy. Produkty z niego wykonane są „ciepłe”, nie można ich odróżnić od drewna w wyglądzie.
3. Żywica Również dużo kosztuje. Możesz drukować części o najwyższej precyzji, z doskonałą jakością powierzchni – gładkie i trwałe. Żywica traci swoją przejrzystość pod wpływem słońca.
4. Nylon. Stosowany głównie do produkcji elementów o przeznaczeniu przemysłowym i medycznym.

Ważne! Przy zakupie materiału do druku należy upewnić się, że format szpuli i gzłotychość sznurka odpowiadają specyfikacji drukarki.

Charakterystyka drukarek 3D

Aby wybrać drukarkę lub przeprowadzić analizę mającą na celu wyłonienie lidera, należy zrozumieć, jakie cechy urządzeń są kluczowe.

1. Obszar wydruku. Ten parametr określa maksymalną objętość części, które można utworzyć za pomocą danego urządzenia. W dokumentacji podano albo wolumen w cc.cm lub limity wymiarów liniowych w mm.
2. Rozdzielczość wydruku (warstwa). Jest to gzłotychość warstwy, za pomocą której nakładany jest materiał. Im wyższa rozdzielczość, im drobniejsze tworzywo, im cichsze reliefy, tym lepsza jakość powierzchni. Poniżej tej wartości części są bardziej „toporne”, bez drobnych szczegółów. W niektórych maszynach może to być ustawione przez operatora.
3. Wytłaczarka. Jest to zespół operacyjny drukarki, który odpowiada za przygotowanie (podgrzanie) i dozowanie. Plastik (lub inny surowiec) jest zmiękczany przez wysoką temperaturę w dyszy i podawany do drukarki (wytłaczany). Zespół ten obejmuje samą dyszę, przenośnik sznurka (plastikowego włókna), regulator temperatury i mechanizm chłodzący. Drukarki 3D z jednym ekstruderem mogą obsługiwać tylko jeden filament na jednym przejściu. W urządzeniu muszą być co najmniej 2-3 ekstrudery, aby umożliwić druk wielokolorowy. Urządzenia jedno- i dwudyszowe do zastosowań przemysłowych. Jest to drogie, a urządzenia konsumenckie nie są tak wyposażone.
   

   Drukarka 3D z dwoma ekstruderami

4. Drukarki można „podłączyć” do urządzeń zewnętrznych (komputera, smartfona lub po prostu pamięci zewnętrznej) poprzez USB i/lub Wi-Fi. Nie zawsze jest to warunek konieczny do działania.
5. Oprogramowanie sprzętowe (software) drukarki. Jest on domyślnie preinstalowany. Drukarka jest odpowiedzialna za rozpoznawanie, przetwarzanie i drukowanie plików stl. Pliki te tworzone są w profesjonalnych programach, takich jak Sketchup czy Autodesk Inventors Fusion.
6. Dodatkowe funkcje. Ergonomia, design i inne szczegóły nie przeszkadzają w pracy w drukarce, ale często decydują o kosztach.

Drukarki 3D mogą być dostarczane jako samodzielne jednostki (Assembled) lub w formie zestawu, gdzie użytkownik sam je montuje (DIY). Druga opcja kosztuje znacznie mniej.

Podsumowując

Druk 3D przyciąga dużą liczbę osób, które interesują się nim z osobistej ciekawości lub w celach produkcyjnych. Dla osób, które nie mają doświadczenia w tej dziedzinie, nauka sztuki druku objętościowego nie jest trudna, zarówno na kursach wirtualnych, jak i realnych. Ważniejsze będzie inne: do jakich konkretnych celów kupi się takie urządzenie. Właściwe priorytety, w połączeniu z wiedzą na temat technologii wykorzystywanej w danym zastosowaniu, pozwalają na pełne wykorzystanie jej potencjału.