3D tlač a 3D modelovanie

Aj keď sa môže zdať, že 3D je novinkou posledného desaťročia, v skutočnosti vznikla v 80-tych rokoch minulého storočia. Na vedomie sa dostala však až neskôr vďaka dostupnosti 3D tlačiarní v bežných domácnostiach.

Prvé podklady pre 3D tlač položil Dr. Kodama v roku 1980. Ako prvý popísal postup prikladania vrstvy materiálu na ďalšiu vrstvu čím dal podklady pre stereolitografiu (SLA).  

Vtedy sa 3D tlač označovala ako Rapid Prototyping (rýchla výroba prototypov), keď slúžila výhradne na výrobu prototypov. Typickým príkladom môže byť výroba diaľkových ovládačov preč TV. Pred tým ako si firma objednala hromadnú výrobu sa museli diaľkové ovládače otestovať – pohodlné držanie a či používateľ dočiahol na všetky tlačidlá. Pre zníženie nákladov sa teda vytlačil prototyp a ten sa testoval. S názvom Rapid Prototyping sa môžeme dodnes stretnúť.

Ako zakladateľa technológie 3D tlače sa považuje Charles W. Hull, ktorý pracoval na vytvorení odolnejších materiálov za pomoci tekutých materiálov, ktoré po ožiarení UV svetlom zatvrdnú. Zrodila sa teda myšlienka – vymyslieť prístroj, ktorý by dokázal použiť tento tekutý materiál vo vrstve, ktorú by následne ožiaril UV svetlom, nechal ju zatvrdnúť a tento proces následne opakovať. V roku 1983 takto dokázal vyrobiť prvý 3D model.

Charles W. Hull - otec 3D tlače (ChuckCharles-Hull-009.jpg (460×276) (guim.co.uk))

V roku 1984 obdržal prvý patent za stereolitografický aparát, ktorý používa UV žiarenie na vytvrdnutie prototypu z fotopolymérov. Princíp spočíva v narezaní 3D modelu pomocou softvéru na tenké vrstvy, ktoré môže tlačiareň ukladať na seba jednu za druhou a tým formovať 3D objekt.

Jediný problém spočíval v otázke ako premiestniť súbor do formátu, ktorý by 3D tlačiareň dokázala interpretovať a vytlačiť. Odpoveď našla firma Albert Group Consulting, s ktorou spolupracoval a vytvorili tak STL formát, ktorý dokázala použiť akákoľvek 3D tlačiareň. Nakoľko na rozdiel od procesu SLA, formát STL nebol nikdy patentovaný, takže predstavuje štandard až do súčasnosti.

V roku 1989 vynašiel Scott Crump nový spôsob tlače, známy ako fused deposition modeling (FDM), ktorý používa nepretržité/kontinuálne termoplastické vlákno na vytvorenie jednotlivých vrstiev. Pre zdokonalenie tejto technológie založil spoločnosť Stratasys, ktorá stále úspešne funguje. Po uplynutí patentu pre FDM sa otvoril trh pre rozvoj túto v súčasnosti najpoužívanejšou formu 3D tlače. Okrem toho vynašiel Crump aj materiál pre tlač známi pod názvom akrylonitrilbutadiénstyrén, alebo ABS, ktorý patrí dodnes k najpoužívanejším.

V roku 1988 vytvorili Dr. Carl Deckard a Dr. Joe Beaman z Texaskej Univerzity v Austine nový koncept 3D tlače, a to selected laser sintering (SLS). Od predchádzajúcich dvoch sa líši tým, že miesto plastových a nylonových materiálov vyrába prototypy z kovu. Vyžaduje použitie však vysoko výkonné laserov a preto môžu byť tieto tlačiarne drahé, a nevhodné na domáce použitie.

Massachusetts Institute of Technology (MIT) vytvoril v 90-tych rokoch inkjet 3D tlač, ktorá pracuje na princípe nanášania kvapôčok na materiály ako papier, plast a iné. Z princípu tejto technológie sa dnes rozvíja biotlač, teda tlač živých buniek, ktoré dokážu vytvoriť napríklad tkanivo.

3D tlač ostala dlhé roky komplikovaná a prístroje boli drahé. V roku 2005 nastala však zmena, keď Dr. Bowyer z univerzity v Spojenom kráľovstve založil projekt RepRap. Jeho cieľom je vytvoriť cenovo dostupnú a otvorenú platformu 3D tlačiarní, ktorá sa dokáže samoreplikovať, teda mať tlačiareň, ktorá dokáže vytvoriť kópiu samej seba. Prístup ku dátam je  otvorený a na ich základe si môže  hocikto vytlačiť jednotlivé súčiastky zakomponované do RepRap. V roku 2007 bol pomocou projektu vytvorený prvý prístroj s názvom Darwin 3D printer. Pracuje na princípe fused filament fabrication (FFF), teda rovnako ako FDM, ktorý bol však v tom čase patentovaný firmou Stratasys. Aj napriek obmedzenej kvalite a presnosti tlače však Darwin dokázal, že 3D tlačiareň nemusí byť drahá a môže ju vlastniť hocikto. RepRap sa neustále rozvíja a aj keď nie je možné všetky súčasti tlačiarni vytlačiť, tento projekt výrazne znásobil počet 3D tlačiarní celosvetovo.

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