3D tisk

Obecně o 3D tisku

3D tisk (prostorový tisk) označuje výrobu trojrozměrných modelů podle softwarové předlohy. Zdrojem pro počítačový model mohou být CAD systémy, 3D skenování pomocí 3D scannerů, vědecká a technická data nebo data z medicínských zobrazovacích systémů. Model vytvořený v počítačovém programu se rozdělí na tenké horizontální vrstvy a poté se odešle na 3D tiskárnu.V technologicky nejrozšířenějších případech pak tiskárna postupně nanáší tekutý materiál vrstvu po vrstvě. Vrstvy postupně tvrdnou, až se spojí do finální podoby produktu. Celý proces trvá pouze několik hodin s vývojem nových technologií se stále zkracuje a časová úspora je jedním z důvodů, proč je 3D tisku předpovídána velká budoucnost.

Zvyšující se popularita 3D tiskáren také spočívá v tom, že na nich lze během krátké chvíle vyrobit téměř cokoliv a z jakéhokoliv oblasti – od strojírenského průmyslu až po užitý design.  Dříve 3D tiskárny sloužily především velkým firmám k výrobě prototypů, na jejichž základě se pak schvalovala či upravovala finální verze výrobku.  Velký potenciál 3D tisku se projevil také v oblasti medicíny, už na počátku nového tisíciletí začaly probíhat pokusy výroby funkčních náhradních orgánů.

Dnes se 3D tisk stále zdokonaluje, náklady na provoz tiskáren se postupně snižují a s tím se rozšiřuje i jejich využití.  Čím dál tím více ho využívají designéři k výrobě drobných sérií originálních šperků nebo šatů, experimentuje se s možnostmi vyrábět pomocí této technologie, auta, budovy, nebo dokonce potraviny.  3D tiskárny se také ukazují být velmi důležité pro přežití v extrémních podmínkách. V USA začala armáda využívat 3D tisk například k výrobě vybavení pro jednotky, které slouží daleko od civilizace a nemají možnost si v rychlém čase opatřit náhradní součástky.

Technologie

Dnešní 3D tiskárny využívají pro zhotovení modelů jako materiál především plast, vosk, sádru nebo kov. Nejčastěji se u nich setkáváme s těmito technologiemi:

Fused deposition modeling (FDM) – Nanášení roztaveného plastu (PLA, ABS) nebo kovového drátu ve vrstvách, výsledný model má tloušťku kolem 0,25 mm. Nejrozšířenější a cenově nejdostupnější technologie, se kterou se často setkáváme při prezentacích prototypů a vzorků výrobků. Tiskárna vyrábí pevné a tvarově stálé modely.

Selective Laser Sintering (SLS) a Direct Metal Laser Sintering(DMLS) – Zapékání kovového nebo polymerového prášku ve vrstvách pomocí laseru. Modely z těchto tiskáren jsou velmi přesné. Pořízení a provoz těchto tiskáren bývá velmi nákladný. Tato technologie se využívá především v automobilovém a strojírenském průmyslu nebo medicíně.

Electron beam melting (EBM) – Výstavba modelů pomocí tavení kovového prášku (slitiny titanu) ve vrstvách pomocí paprsku elektronů ve vysoké vakuu. Velkou výhodou této technologie je ale výjimečná přesnost a vynikající technické vlastnosti vytištěných objektů.  Technologie se využívá v  automobilovém, strojírenském průmyslu a medicíně, její pořízení je ale velmi nákladné.

Inkjet head 3D printing – Vytváření modelu pomocí nanášení tenké vrstvy prášku (sádra nebo pryskyřice) a tiskem pojícího lepidla z tiskových hlav (obdoba inkjetové tiskárny). Relativně dostupná a ekonomicky výhodná technologie s využitím v modelářství, architektuře a designu. Umožňuje také plnobarevný tisk.

Laminated object manufacturing (LOM) – Slepování vrstev lepícího papíru, plastu, nebo kovové fólie na sebe a následné tvarování nožem nebo laserem.  Vytváří velmi přesné modely s kvalitním povrchem a náklady na její pořízení nejsou příliš vysoké. Tato technologie je však nyní spíše na ústupu a využívá se převážně v architektuře a geografii.

Polyjet Matrix- Vytlačování fotopolymeru tiskovými hlavami a následné vytvrzování pomocí UV lampy. Vytváří modely s velmi kvalitním povrchem a hodí se pro vytváření detailů. Nejčastěji využíváno v automobilovém průmyslu, elektronice, medicíně nebo pro výrobce oděvů.

MultiJet Modelling- Vytlačování vosku tiskovými hlavami. Modely vytvořené pomocí této technologie jsou přesné a detailní, na druhou stranu jsou také velmi jemné a obtížně se s nimi manipuluje. Vhodné například do konstrukčních kanceláří k vytváření menších vzorků.

Stereolitografie (SLA) – Vytvrzování tekutého kompozitu (fotopolymer) UV paprskem. Výsledkem jsou velmi přesné modely s hladkým povrchem. Tato technologie je schopna vytvářet i velké objekty. Nevýhodou je vyšší nákladnost této metody a nemožnost výběru materiálu.

 

Vývoj dalších technologií 3D tisku

V současné době se také experimentuje s využíváním dalších druhů materiálů. Vědci například používají speciálně upravené 3D tiskárny k vytváření modelů pomocí kmenových buněk. Na začátku roku 2013 byl například poprvé vyzkoušen  3D tisk s lidskými embryonálními buňkami. V budoucnosti se tak počítá s vytvářením věrnějších modelů lidských tkání, což by mělo pomoci například při výrobě nových léků.

Dalším netradičním materiálem může být například čokoláda. 3D tisk začínají totiž využívat cukráři k výrobě originálních čokoládových tvarů, na které by jinak byly zapotřebí drahé modelovací nástroje. Navíc si každý zákazník může vytvořit vlastní návrh finálního výrobku.

Speciální druh 3D tiskárny vyvíjí také NASA. Ve vesmíru je totiž celá posádka lodi odkázána sama na sebe a musí mít dostatek nástrojů na to, aby si dokázala poradit se všemi problémy, například s opravou lodi. Možnost výroby součástek přímo na místě pomůže také celkově snížit objem zásob, které cestují s lidmi do vesmíru. První použitelná 3D tiskárna připravená pro tisk ve vesmíru by měla být představena v roce 2014.