Archiv pro štítek: historie 3D tisku

Budoucnost materiálů pro 3D tisk

Budoucnost materiálů pro 3D tisk

Blíží se doba Vánoc, ke kterým neodmyslitelně patří vybraná jídla a potraviny, a tak se dnes podíváme na materiály ve 3D tisku trochu jinak. To o čem jsme před pár lety ani nesnili se stává skutečností. 3D tisk, který pracuje s potravinami a dokáže rychle a bez vaření či pečení vytvořit zajímavé jídlo je na světě.

Cukrovinky, čokoláda:slider choco1 1880-800

Čokoláda se jako jeden z mála potravinových materiálů osvědčila pro použití s technologií FDM. Jelikož se čokoláda dá 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. Princip použití je velmi podobný jako u klasické technologie: základ je ve správném namíchání čokoládové hmoty, její chutě a barvy. Pak se hmota nalije do válcového zásobníku, ze kterého je postupně vytlačována přes extruder na podložku a tisková hlava nakreslí požadovaný tvar. Tento způsob vytváření cukrovinek se pomalu stává velmi populární mezi cukráři. Jednoduchým, rychlým a levným způsobem je tak možné vytvořit čokoládové vizitky, pralinky ve tvaru jaký si zákazník zažádá, nebo portréty obdarované osoby z čokolády. Podobným způsobem je možné použít podobné druhy potravinových hmot jako například polevy na dorty a podobné. Více se dozvíte na stránkách první čokoládové 3D tiskárny v ČR.

Těsto:

Těsto na těstoviny a další druhy jídla je dalším vhodným kandidátem pro použití při 3D tisku. Princip je podobný jako u čokolády, jen s tím rozdílem, že odpadá fáze zahřívání materiálu.

Vhodným kandidátem na vytvoření vrstveného jídla z těsta je pizza. Zde je možné použít těsto, které se v pastovitém skupenství nanáší na podložku. Dále se nanášejí ve vrstvách ostatní ingredience.

I když je 3D tisk potravin stále v plenkách a stále tak trochu SCI FI, otevírá nové funkčně a cenově zajímavé možnosti výroby jídla.

Autor: Martin Chlebo

Technologie 3D tisku III.

Dnes se podíváme na dvě techniky 3D tisku, tak, jak postupně 3D tisk pronikal do oblastí, v nichž se vůbec nepředpokládalo, že by někdy mohla najít uplatnění. Využití této technologie nabírá mamutí rozměry a postupně vznikají další druhy a způsoby aplikace.

Objet: PolyJet Photopolymer
Tento druh používá jako materiál fotopolymery, podobně jak tomu je u SLA. Zásadní rozdíl je ale v tom, že kapky fotopolymeru jsou vytrysknuty pouze na cílové místo určení a tam jsou vytvrzeny UV nebo jiným světelným zářením. Celý proces stejně jako u již zmíněných druzích probíhá postupně po vrstvách. Výhody tohoto postupu spočívají v možnosti souběžného použití různých druhů materiálů a barev ve vysokém rozlišení.

3D Sandcasting
Tento druh přináší zcela odlišný přístup k 3D tisku než předchozí systémy. Idea vychází z modifikace průmyslové výroby odléváním. Jak už název napovídá při výrobě 3D modelu je používán písek, ale ne jako stavební materiál objektu, ale pro výrobu formy pro odlévání. Celý postup spočívá ve vytvoření pískové formy, kterou přístroj vytvoří pomocí tiskové hlavy vrstvu po vrstvě. Vnitřek formy se následně vylije tenkou vrstvou lepidla a po zatuhnutí se dovnitř nalije roztavený kov, nebo jiný druh materiálu a nechá se ztuhnout. Pak se písková forma rozbije a zůstane výsledný 3D objekt.
Oproti standardnímu technologickému postupu odlévání odpadá fáze tvorby modelu, podle kterého se teprve tvoří forma – 3D tiskárna tiskne přímo formu. Výsledný objekt má výhody po pevnostní stránce – je to odlitek – nevzniká tím případná nekonzistentnost, která může vzniknout při vrstvení materiálů 3D tiskárnou. Po ekologické i ekonomické stránce je výhodná možnost recyklace písku použitého při výrobě a jeho použití při dalším tisku.

Uplatnění 3D tisku v masové výrobě nabízí nové možnosti zrychlení vývoje průmyslové výroby.

Autor: Martin Chlebo

Technologie 3D tisku II.

Následující dva druhy 3D tiskové technologie přinesly převrat ve vývoji Rapid Prototyping. SLS svou všestranností a FDM nízkými náklady.

SLS : Selective Laser Sintering

SLS je jedním z nejvyužitelnějších a nejekonomičtějších způsobů 3D tisku. Základní princip se velmi podobá technologii SLA, kterou jsme zmiňovali v minulém článku, s hlavním rozdílem v použitém materiálu. Používají se zde různé druhy materiálu, u kterého je možnost skladovat jej v práškové podobě. Jako u SLA tak i zde se materiál umístí do nádoby a po tenkých vrstvách na něj působí Laserový paprsek. Rozdílem je, že laser nemusí být UV. Vysoká teplota prášek roztaví a vytvoří tak z něho pevnou hmotu výsledného objektu. Přebytečný prášek se z přístroje odstraní a zůstane v něm jen hotový výrobek. Tato technologie má několik výhod. První z nich je možnost opětovného použití přebytečného materiálu na další tisk čímž se několikanásobně sníží náklady. Další výhodou je možnost příměsi barevného pigmentu do práškového média a tím vznik plnobarevného tisku. Neopomenutelnou výhodou je samozřejmě možnost použití různých druhů materiálů a to nejen plastů, ale i kovů, keramiky a jiných. Zároveň nesmíme zapomenout vyzvednout vysokou přesnost vyrobených objektů.

FDM : Fused Deposition Modeling

Nejlevnější systém 3D tisku na trhu. Princip této technologie je jeden z nejjednodušších a proto i náklady na něj jsou velmi nízké. Tento druh velmi napomohl 3D tiskárnám aby pronikly i k domácím uživatelům. Cena takového přístroje se pohybuje od 500 do 2500 EUR (říjen 2013) což je zlomek ceny ostatních přístrojů používaných v průmyslové výrobě. Přístroj funguje na principu plotru, který operuje po třech osách. Materiál ve formě prášku, granulátu nebo v podobě drátu se přivádí do tiskové hlavy. Tam se pomocí elektrické cívky nebo laseru taví do polotekutého skupenství. Následně se pomocí trysky nanáší opět po vrstvách na podložku. Tisková hlava zvaná také extruder doslovně kreslí 3D objekt no místo inkoustu používá roztavený materiál. Tato technologie sice nenabízí kvalitu tisku jako při předešlých systémech, které jsme již zmínili, přesto si svou nízkou cenou získává stále více zájemců.

Příští částí našeho seriálu uzavřeme přehled nejpoužívanějších technologií.

Autor: Martin Chlebo

Technologie 3D tisku I

Během vývoje 3D tisku nebo také aditivní výroby jak se tomuto procesu také říká, se vyvinulo několik druhů. Nejpoužívanější z nich jsou tyto čtyři: SLA , LOM , SLS a FDM .

SLA: Stereolithography

První a nejstarší druh 3D tisku, od kterého se odvíjí celý vývoj „Rapid Prototypingu“.

Jako materiál se používá tekutý světlocitlivý fotopolymer, který po vystavení UV záření ztuhne (zpolymerizuje). Celá procedura se opakuje po vrstvách od 0,05 do 0,25 mm. Tisková hlava se pohybuje přes tiskovou plochu s nanesenou fotopolymerovou pryskyřicí a ozařuje ji na potřebných místech, kde tekutina ztuhne a postupně vyskládá celý 3D objekt. Po dokončení této fáze se přebytečná tekutina odstraní a z nádoby se vyjme finální výrobek. Výhody tohoto systému spočívají v přesnosti výroby. Nevýhodou stavby modelů je zejména nutnost vytvářet podpěry pod částmi objektu. Tím vzniká i potřeba dodatečného ručního opracování modelu.

LOM : Laminated Object Manufacturing

Jeden z levnějších druhů 3D tisku.
Celý princip spočívá ve vyřezávání a následném lepení vrstev objektu. Tvar každé vrstvy se vyřízne do tenké 0,2 mm fólie, na kterou se následně nanese vrstva lepidla. Na ni se postupně ukládají další vyřezané vrstvy lepené laminovacím lepidlem až se z nich vytvoří celý objekt. Výhodou tohoto tisku jsou relativně nízké náklady na tvorbu a hlavně rychlost samotného stroje. Velkou nevýhodou je ale vznik přebytečného materiálu, který vzniká po vyříznutí každé z vrstev (zhruba 50 % odpadu).

Dnes popsané technologie SLA a LOM se do dějin zapsali svou jednoduchostí, přesností a vytvořením odrazového můstku pro nové ideje a možnosti uplatnění 3D tisku v průmyslu.

Autor: Martin Chlebo

Časová linie 3D tisku II.

Rapid Prototyping nebo aditivní výroba, jak se této technologii říkalo před zavedením pojmu 3D tisk, se od roku 2008 dostala na úroveň, kdy nabízí dostatečnou kvalitu pro různé průmyslové oblasti.

2008

  • 3D tisk proniká do protetiky. „Vytištění“ komplexní protézy nohy skládající se z několika částí, která nepotřebuje následnou montáž.
  • Objet geometrie Ltd. představuje svůj revoluční Connex500 ™ rapid prototyping systém – první systém umožňující výrobu 3D dílů pomocí různých druhů materiálů současně.

2009

  • Pomocí 3D biotiskárny se společnosti Organovo daří vytisknout organické cévy použitelné při transplantaci pro lidského pacienta.
  • MakerBot, OpenSource společnost, začíná vyrábět DIY balíky, ze kterých si domácí uživatelé mohou sami poskládat 3D tiskárnu za dostupnou cenu .

2010

  • Společnost Stratasys spouští novou službu RedEye on Demand sloužící na tisk nadrozměrných 3D objektů.
  • Stratasys 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 tiskárny na výrobu jídla.
  • Shapeways ve spolupráci s Continuum Fashion prezentují první vytištěné bikini.
  • 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 trvá 7 dní a díky této technologii tisku je možné snížit běžné náklady na výrobu tohoto typu letadla.
  • společnost i.materlialise nabízí jako první 3D tisk ze 14 karátového zlata a stříbra. Šperkařskému průmyslu tak otevírá bránu levnějšího a přesnějšího vývoje a výroby klenotů.
  • Vídeňská Technická Univerzita prezentuje nejmenší 3D tiskárnu. 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 následně úspěšně implantují.

Kam myslíte, že tato technologie směřuje dál?

Autor: Martin Chlebo

Časová linie 3D tisku I.

Od vynálezu stereolitografie Charlesem Hullem v roce 1984 uplynulo už skoro třicet let. Roky modifikace technologie inkoustového tisku proměnily tisk inkoustem na tisk materiály. Za ten čas prošel 3D tisk intenzivním vývojem a našel své uplatnění v širokém spektru průmyslových odvětví.
Různorodost požadavků, které každý druh průmyslu kladl, podnítily vývoj nových technologických postupů při 3D tisku a tím i hlavních milníků ovlivňujících jeho historický vývoj.

1984
Charles Hull zkoumá fotopolymery inkoustových tiskáren, objevuje jejich specifické fyzikální vlastnosti zajišťující tuhnutí materiálu při působení UV záření a vyvíjí technologii pro tisk fyzických 3D objektů z digitálních dat.

1986
Charles Hull získává patent a pojmenovává svou technologii Stereolitografie. Zakládá společnost 3D Systems a vyvíjí první skutečnou 3D tiskárnu SLA 1 (Stereolithographic aparatus #1).

1988
3D Systems přinášejí veřejnosti první verzi 3D tiskárny s názvem SLA 250. Současně jsou představeny další technologie podobné stereolitografii, Fused Deposition Modeling ( FDM ) od Scotta Crumpa, zakladatele společnosti Stratasys a Selective Laser Sintering ( SLS ) – spiekanie práškového materiálu pomocí laserového paprsku do přesného 3D objektu.

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

1999
Vytvoření části orgánu potažené pacientovými vlastními buňkami způsobuje převrat v medicínském průmyslu a otevírá nové možnosti při transplantaci orgánů.

2002
Vytištění první miniaturní funkční ledviny, která byla úspěšně použita při transplantaci pro nemocné zvíře.

2005
Začátek revoluce 3D tisku. Dr. Adrian Bowyer na Univerzitě v Bath zakládá RepRap, open – source iniciativu vyrobit 3D tiskárnu, která by dokázala replikovat většinu svých součástek, a tím by umožnila snížit náklady na výrobu a zvýšit dostupnost i pro domácí uživatele.

2008
Vychází první verze z projektu RepRap, samoreplikační tiskárna Darwin , schopná vytisknout většinu vlastních komponent. Lidé už vlastnící tento přístroj tak mohli vytisknout tiskárnu i pro své známé.

Počátek 3D tisku

3D tisk je často spojován s pojmem třetí průmyslová revoluce. Považuje se za největší posun v technologiích od vzniku internetu. Ale kde se vzal a jak se vyvíjel tento fenomén?

S nástupem prvních počítačů asi před třiceti lety se začalo experimentovat s vývojem strojů, které by dokázaly sestrojit model objektu z různých materiálů, pokud možno bez fyzického přičinění člověka. Nejznámějšími byli „tiskové plotry“, které však namísto pera kreslícího obraz na papír měli připevněn nůž na vyřezávání lepenkových plátů. Jednotlivé vrstvy se následně skládali na sebe, čímž vznikl trojrozměrný model. Makety tohoto druhu bylo možno využít zejména při analýze terénu v topografických studiích.

Práh vývoje 3D světa překročil Charles Hull, později zakladatel 3D Systems, který stojí za zrodem podoby dnešního trojrozměrného tisku. V roce 1984 objevil vlastnosti fotopolymerů využívaných v inkoustech běžných tiskáren. Během pokusů s nimi přišel na to, že po vystavení uv záření tekutý polymer ztuhne a vytvoří se tím tenká vrstva pevné hmoty. Soustředěním silného UV záření do každé vrstvy získával požadovanou podobu 3D objektu. Tuto technologii si nechal v roce 1986 patentovat a nazval ji „Stereolitografie“. Ve spolupráci s 3D Systems vytvořili funkční prototyp první skutečné 3D tiskárny nazvané SLA-1 (StereoLitographic aparatus number 1). Nepřesnost a nedokonalost použitých materiálů způsobovaly ještě mnoho chyb a výsledky, které tento přístroj nabízel se nevyrovnaly kvalitě současného 3D tisku. Ale i navzdory těmto nedostatkům tento stroj dokázal během jedné noci vytvořit vysoce komplexní objekty.

Tak jako ve světě zobrazovacích technologií i pro průmyslové designéry se možnost zhmotnění jejich představ a nápadů stala obrovským milníkem.

Autor: Martin Chlebo

The first 3D-printed chair in Museum

Stedelijk Museum acquires first 3D-printed chair

The Stedelijk Museum in Amsterdam has acquired Solid C2 by Patrick Jouin, the first item of furniture to be 3D-printed in one piece.

Created in 2004 by French designer Patrick Jouin in collaboration with digital manufacturers .MGX by Materialise, the Solid C2 chair was made from intersecting ribbons of material that ignored furniture-making traditions in favour of the freeform shapes that 3D printing allows.

Zdroj: Stedelijk Museum acquires Solid C2, the first 3D-printed chair.