Technológie 3D tlače

1. FDM/FFF

Fused deposit modeling alebo fused filament fabrication je najrozšírenejšia a najdostupnejšia technológia 3D tlače. Je vhodná pre tlač rôznych modelov a prototypov. Hlavným materiálov je tlačová struna zvaná filament, ktorá má priemer 1,75 mm. Pôvodne sa používal filament s priemerom 3 mm, ktorý bol však menej presný pri dávkovaní.

Svoju popularitu si získal nie len pre spoľahlivosť aj relatívne pochopiteľnú mechaniky, ktorá pripomína taviacu pištoľ. FDM/FFF pracuje na princípe vrstvenia. Materiálom je termoplastický filament, ktorý je namotaný na cievke prichytávajúci sa ku extruderu[1], ktorý má svoj motorček a vytláča vlákno skrz horúci koniec. Tento koniec si udržiava konštantnú teplotu a tým rýchlo roztápa filament na tekutinu, ktorá je následné vytláčaná cez malú trysku na podložku.

Tryska sa pohybuje blízko nad podložkou pričom nanáša vrstvu na osi X a Y. Následne sa posunie na osi Z o vrstvu vyššie a pokračuje v nanášaní vrstiev až kým nie je vytvorený celý objekt. Niektoré tlačiarne dokážu pohybovať horizontálne aj podložkou.

V dnešnej dobe sú v obedu tlačiarne s viacerými extrudermi pre kombináciu farieb fimalentu alebo kombináciu materiálov. Najznámejšie sú tlačiarne Prusa od Českých výrobcov, ktoré dokážu používať až päť extruderov naraz.

1.1. Kartézska

Princíp pohybu tlačiarni je založený na troch lineárnych osiach pričom extruder vytláča materiál v osi X a Z. Podložka sa pohybuje po osi Y. Tlačová podložka je preto pravouhlého tvaru u väčšiny tlačiarní.

1.2. Delta

Extruder na tlačiarni je zavesený na troch ramenách, ktoré sú spolu spojené práve na mieste extruderu. Výhodou sú teda pohyby vykonané na osi Z. Nevýhodou je naopak potreba vysokej presnosti kalibrácie a stavbe tlačiarne rovnako ako aj náročné výpočty pre pohyby motorov jednotlivých ramien.

1.3. Polar

Najmenej používaný systém tlačiarní. Pohyb je založený na tlačovej hlavici ktorá sa pohybuje na dvoch osiach a rotačnej podložke. Tlačiareň je jednoduchá na konštrukciu no prevedenie a príprava modelu pre tlač je pomerne komplikovaný.

Zdroj: Kniha Zaklad do 3D Tisku s Jozefom Prušom – Jozef Pruša

2. SLA

Stereolitografia je technológia založená na princípe vytvrdzovania živice pomocou UV žiarenia. Tieto lúče sa zameriavajú na jednu vrstvu, po jej dokončení sa posunú vertikálne vyššie o rozmer ďalšej vrstvy. Vytrovený povrch sa znova ponorí do tekutiny a vytvrdí.  Vďaka presnosti UV lasera dokážu tlačiarne vytvoriť relatívne hladký a veľmi detailný povrch oproti technológií FDM/FFF, trvá však dlhšie a tlačová plocha je menšia. Nevýhodou je aj vyššia cena tak ako za materiál aj za tlačiareň samotnú.

Digital light processing (DLP) je technológia veľmi podobná SLA, považuje sa preto za jej podskupinu. Využíva takmer rovnaký princíp a materiály, rozdiel je však o ožarovaní živice. DLP dokáže vyžarovať UV lúče na presne požadovanom rozpoložení vrstvy a tak ju vytvorí naraz na rozdiel od SLA, ktorá používa jednobodový laser. Pre túto vlastnosť dokáže pracovať rýchlo bez ohľadu na tvar alebo komplexnosť objektu. Ďalšou výhodou je možnosť súbežného tlačenia duplicitných modelov bez čakania.

Posednou podkategóriou je mask stereolithography (MSLA), ktorá osvecuje pomocou UV LED. UV svetlo prestúpi len tam kde sú zobrazené pixely na LCD displeji (svietia na bielo) a vytvrdí model na daných plochách. Keďže sa displej skladá zo štvorcových pixelov o presne danom rozlíšení, rozlíšenie je vždy rovnaké ako LCD displej. Pre vytvrdzovanie celej plochy naraz je aj táto technológia časovo nezávislá na počte objektov.

Ku týmto tlačiarňam je však potrebné zariadenie navyše. Model nie je po vytlačení vhodný pre okamžité použitie, pretože je lepkavý od nevytvrdnutej živice. Odporúča sa preto namáčať do isopropyl alkoholu aby sa prebytočná vrstva zmyla a taktiež nechať model znova vytvrdnúť.

3. SLS/DMLS

Ďalšou technológiou je SLS a DMLS, ktorá sa líši od predchádzajúcich tým, že požíva ako materiál prášok. Tlačiareň nanesie pomocou zabudovaného valca tenkú vrstvu termoplastického prášku na podložku, ktorú následne spečie na miestach výsledného objektu. Valec následne nanesie ďalšiu vrstvu do dokončenia tlače. Ďalším rozdielom je, že SLS dokáže pracovať s akýmkoľvek materiálom vo forme prášku, ktorý sa dá zapekať laserom. Môže sa teda jednať o rôzne druhy kovov, ich zliatiny, keramika, plasty a podobne.

Výsledný produkt je zasypaný v tlačovom materiály, ktorý je treba vybrať. Ak tlačíme dutý produkt je potrebné vytvoriť otvory, umožňujúce vysypanie nevytvrdeného prášku.

Podobnou metódou je direct metal laser sintering (DMLS), ktorá funguje na rovnakom princípe. Jediným rozdielom je, že proces pracuje len s kovmi a ich zliatinami.

Zdroj: Úvod do 3D tlače - Alena Furdová, Denisa Fialová, Michal Marko, Peter Leško
          Kniha Zaklad do 3D Tisku s Jozefom Prušom – Jozef Pruša

3.1. SLM/EBM

Selective laser melting (SLM) pracuje podobne ako SLS, avšak jedná sa o vysoko energetický proces. Laser musí vyprodukovať teplo pre každú vrstvu, tak aby prekročil bod topenia materiálu. Ide teda roztavenie častíc, ktoré stuhnú do príslušného tvaru miesto ich spekaniu. Obmedzuje sa však na určité materiály, ku ktorým patrí oceľ, titán, kobalt, hliník, meď, zlato, chróm a volfrám. Výsledný produkt je preto extrémne pevný.

Electron beam melting (EBM) nepoužíva na roztopenie materiálu laser, ale lúč elektrónov čím sa odlišuje.

4. Ostatné technológie

Power bed printing/InkJet

Hlavným materiálom je prášok nanášaný na podložku a tekuté spojivo pre vytvrdnutie objektu. Výsledok je závislí od výberu materiálu, spojiva a spôsobu komponovania spojiva do prášku. Patrí k jednej s populárnejších tlačiarní, nakoľko sa podobá domácej atramentovej tlačiarni. Miesto atramentu však z hlavice vychádza spojivo. K jej výhodám patrí schopnosť kombinovať jednotlivé farby a vytváranie nových odtieňov.

MultiJet/PolyJet

MultiJet alebo inak PolyJet je metóda, ktorá rovnako využíva atramentovú hlavicu tlačiacu viacerými farbami. Nepoužíva však prášok, ale vrstvy UV senzitívnej živice priamo na podložku, ktorú následne vytvrdí za pomoci UV svetla do pevného materiálu. Vyrábajú sa tak pevnejšie modely na rozdiel od práškových tlačiarní.

LOM

Laminated obeject manufacturing (LOM) využíva súvislí materiál, najčastejšie v podobe plastu alebo papiera, zriedkavo aj kov. Systém valčekov na vytláča na podložku materiál. Ohrievané valčeky prechádzajú po materiály, ktorý je pritláčaný ku podložke. Materiál je následne orezávaný počítačovo ovládaným nožom, alebo laserom na požadovaného tvaru.


Zdroj:  Úvod do 3D tlače -  Alena Furdová, Denisa Fialová, Michal Marko, Peter Leško