Archiv pro štítek: týden ve 3D

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

Materiály pro 3D tisk IV.

Příběh speciálních druhů materiálů stále nekončí a vědci každý den přicházejí s novými idejimi a zlepšeními jak využít různé typy při 3D tisku.

Graphene:
Tenhle vysoce sofistikovaný materiál vznikl v elektrotechnickém průmyslu a donedávna se používal pouze ve velkovýrobě mikroelektronických součástek. Tato speciální sloučenina oxidu uhlíku nabízí nové možnosti v elektronice, strojírenském průmyslu ale hlavně ve vesmírném průmyslu. Nakolik Graphene je pružná, plastická látka, která ale zároveň dokáže vést a kondenzovat elektrický proud již delší dobu je používána v elektronice a výpočetní technice . Použití této sloučeniny v 3D tisku je možné na molekulární bázi i na bázi větších rozměrů . Tím je vhodná pro vytváření mikročipů ale i vodivých součástek pro spotřební elektroniku . Použití v 3D tisku zjednoduší výrobu plošných spojů při Prototypingu.

Sádra:
Také takový druh materiálu se dá využít na 3D tisk a dokonce nabízí vlastnosti, kterými se nemůže pochlubit asi žádný druh 3D technologie na trhu. Tou vlastností je plnobarevný tisk . Celý princip se asi nejvíce podobá klasickému 2D inkoustového tisku. Na podložku se nanese sádrový prášek ve velmi tenké ( 0,01 – 0,2 mm ) vrstvě, na kterou se nanese speciální inkoust, sloužící ke slepení prášku a vytvoření pevné hmoty. Dále se opakovaně nanese vrstva prášku a vrstva barvy, vytvoří se tím objekt, s vysokým rozlišením a přesným detailem struktury a barevnosti. Tato technologie se nejlépe hodí pro vytváření architektonických modelů , modelů postav a jiných objektů, od kterých se vyžaduje aby dodržovali nejen hmotu ale zároveň barvu.
Autor: Martin Chlebo

Materiály pro 3D tisk III.

Počet materiálů použitelných pro 3D tisk ze dne na den roste. Dnes si povíme o speciálních druzích, které otevírají zcela nové možnosti použití.

Laybrick:
Tento kompozitní materiál je tvořen dvěma složkami. Základním, nosným polymerem a jemným výplňovým křídovým práškem, který vytváří po zatuhnutí jemnou strukturu na povrchu a objekt tak vypadá jako vytesaný do pískovce.

LAYWOO-D3:
Tento materiál výborně imituje dřevo. Skládá se ze 40% z recyklované dřevěné drtě a z polymerového základu. Výhodou je i vůně materiálu, identická s vůní dřeva. Také se tento materiál snadno opracovává, čímž se také podobá dřevu. Různorodost barevné kresby lze dosáhnout změnou teploty.

B2:
Označení tohoto materiálu vychází z jeho základního stavebního prvku, kterým je vitamin B2 ririboflavín. Struktura B2 poskytuje možnost tisku na molekulární úrovni. Nejznámějším příkladem je model Empire state buildingu, který se při dostatečné detailnosti může pochlubit výškou 0,22 mm. Obrovskou výhodou riboflavinu je možnost použití ačkoliv je jedním ze základních stavebních prvků organických tkání. Otevírají se tím nové možnosti uplatnění 3D tisku v protetice, medicíně ale hlavně v nanotechnologiích.

Autor: Martin Chlebo

Materiály pro 3D tisk II.

Příchodem 3D tisku do domácností vědci intenzivně přemýšleli nad nejvyužitelnějším druhem materiálu, použitelným v tomhle druhu přístrojů. Museli vzít v úvahu řadu faktorů. Jedním z nich byla jednoduchost manipulace. Ačkoliv 3D tisk vyžaduje vysokou pracovní teplotu, dalším důvodem byla bezpečnost použití a zpracování materiálu. Třetím důležitým faktorem byla zdravotní nezávadnost. Při zpracování některých materiálů totiž vznikaly různé druhy škodlivých plynů nebo nebezpečných kapalin. Nejpoužívanějšími se tak staly hlavně recyklovatelné plasty a jejich deriváty ABS a PLA.

ABS (Acrylonitrile butadiene styrene)

Tento zdraví nezávadný, ekologický materiál je široké veřejnosti dobře známý i když jeho název asi není až tak rozšířený, ale když se uvede název nejznámější dětské stavebnice na světě – LEGO, která je vytvořena z tohoto materiálu asi si každý dokáže představit jak vypadá. ABS jako plast poskytuje souhru dobrých vlastností v pevnosti, odolnosti vůči vodě či povětrnostním podmínkám. Tento materiál je dodáván v různých barevných variacích. Jeho použití se orientuje hlavně na objekty, které potřebují dobrou míru pevnosti a odolnosti. Jedinou nevýhodou je zápach, který se uvolňuje při tisku a znepříjemňuje celý proces výroby.

PLA (Polylactic acid)
Tento ekologický „plast“ si svými vlastnostmi získal mnoho příznivců v oblasti 3D tisku. Nejde zde ve skutečnosti o plast v našem pojetí ale o derivát z kukuřičného škrobu, který na první pohled jako plast vypadá. Tento materiál se vyznačuje dobrou pevností a podobnými vlastnostmi jako ABS. Je o trochu více křehký jako ABS a potřebuje na zpracování nižší teplotu. Jeho nejhodnotnější vlastností je velmi rychlá ekologická rozložitelnost. V přírodě se v průbehu několika měsíců zcela rozloží na zcela nezávadné látky.

Vývoj nových materiálů postupuje mílovými kroky.

Autor: Martin Chlebo

Materiály pro 3D tisk I.

V dnešní době nabízí technologie 3D tisku široké spektrum použitelných materiálů. V začátcích tomu samozřejmě tak nebylo.

Fotopolymery:
Všechno to začalo fotopolymery. Unikátní vlastnosti této světlocitlivé pryskyřice, využívané při výrobě deskových forem pro tisk, podnítili Charlese Hulla, aby začal více zkoumat jejich chování při vystavení UV záření. Po letech výzkumu tak vyvinul technologii, kterou jsme již zmínili – Stereolitografii, využívající fotopolymery. Postupem času společnosti vyvíjející tento materiál, zdokonalili jeho fyzikální vlastnosti, aby poskytoval vysokou přesnost a zároveň i pevnost výsledního produktu. Fotopolymery se nejvíce uchytily v rapid prototypingu nakolik jejich vlastnosti se dají nejlépe využít při hmotovém ověřování průmyslových návrhů a designu v různých druzích průmyslu. Jejich základním limitem, je jejich přirozenost, která nabízí pouze jednolitou barevnost objektu.

kovy:
S rostoucí poptávkou po rapid prototypingu v průmyslu a příchodem Laserové technologie SLS – tavení práškového materiálu, se postupně začalo experimentovat s použitím různých druhů kovů v práškové podobě. Tato technologie nabízela vyšší přesnost než u SLA. První použité kovy byly – hliník a ocel. Postupně se technologie DMLS (Direct metal laser sintering) rozšířila o použití titanu a různých vzácných kovů (zlato, stříbro). Tím se pro 3D tisk otevřela brána do vesmírného výzkumu, medicíny a šperkařství. Přesnost DMLS tisku se pohybuje na úrovni mikrometrů a proto se tenhle druh rychle uplatnil i při vývoji a výrobě jemných elektronických zařízení a v robotice.

Vědci experimentují stále s novými materiály, které by mohly být použity při 3D tisku, čímž otevírají nové dosud nepoznané možnosti a technologie.

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

Ohlédnutí za 3D tiskem na Mezinárodním strojírenském veletrhu 2013

V uplynulém pracovním týdnu se toho událo poměrně hodně.

Bezpochyby nejvíc souviselo s MSV 2013. Bylo tady možné vidět v chodu zástupce téměř všech metod 3D tisku, český výrobce Aroja – představil jejich největší 3D FDM tiskárnu na světě a dále se konala dvoudenní konference o 3D tisku. 

A protože jsme byli na místě také, podívejte se na několik fotografií. Nejprve fotografie vystavených 3D tiskáren:

Nebyly to jen tiskárny, ale také výtvory z 3D tiskárny – podívejte se na několik z nich:

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