Jak funguje 3D tiskárna?

Kategorie

3D tisk je známý také jako aditivní výroba. V posledních letech se rychle rozvíjí a mění způsob, jakým vyrábíme a designujeme výrobky. Od jednoduchých prototypů po složité strojní komponenty, 3D tisk na zakázku nabízí unikátní příležitosti pro inovaci a efektivitu. V tomto článku se ponoříme do základů 3D tisku a jeho vlivu na svět průmyslu a výroby.

Jak funguje 3D tisk
Jak funguje 3D tiskárna: ukázka technologie FDM od firmy Ultimaker

Co je to 3D tisk?

Jedná se o proces výroby, kde se objekty tvoří postupným přidáváním materiálu vrstvu po vrstvě, což je pravý opak s tradičních výrobních technik, kde se materiál obvykle odebírá. Tento proces umožňuje vytvářet složité a přizpůsobené struktury, které by byly jinak obtížné nebo nákladné na výrobu konvenčními metodami výroby.

Základy technologie:

Při 3D tisku se digitální 3D model převede na tisíce tenkých řezů, které tiskárna následně interpretuje a postupně přidává materiál vrstvu po vrstvě, dokud není objekt kompletně vytvořen. Tato technika je aplikovatelná na řadu materiálů - od plastů přes kovy až po keramiku.

Výhody 3D tisku:

  • Flexibilita designu: Umožňuje vytvářet složité a přizpůsobené struktury, které by byly jinak obtížné nebo nákladné na výrobu.
  • Optimalizace materiálu: Výroba je často efektivnější s minimálním odpadem, protože se materiál přidává pouze tam, kde je potřeba.
  • Rychlost: Krátké produkční cykly umožňují rychlý vývoj a iteraci návrhů.
Jak funguje 3D tiskárna: ukázka výhody 3D tisku
Ukázka výrobku technologií 3D tisku SLS

Limitace 3D tisku:

Ačkoli 3D tisk přináší mnoho výhod, má také své omezení. Rozlišení a přesnost mohou být omezeny technologií a použitým materiálem. Některé složité geometrie mohou také vyžadovat dočasné podpory během tisku, které je následně třeba odstranit.

Díky těmto unikátním vlastnostem může 3D tisk efektivně řešit problémy, které byly v tradiční výrobě náročné, a nabízí nové možnosti pro inovace v designu a výrobě.

Základní principy 3D tisku

3D tisk, technicky označován jako aditivní výroba, je způsob výroby, který odlišuje od většiny tradičních technik v jednom klíčovém aspektu: objekty jsou vytvářeny postupným přidáváním materiálu vrstva po vrstvě, místo toho, aby byl z jednoho celku materiálu odstraněn přebytek.

Co je ke 3D tisku potřeba:

  • Digitalizace návrhu: Vše začíná digitálním 3D modelem, obvykle vytvořeným v CAD (počítačově podporovaný design) programu. Tento model je následně rozdělen na tisíce tenkých horizontálních řezů pomocí slicovacího software, například Prusaslicer na nebo Cura.
  • Výběr materiálu: Před samotným tiskem je nutné vybrat vhodný materiál. Záleží na požadovaných vlastnostech výrobku - může to být plast, kov, keramika nebo dokonce organický materiál.
  • 3D tisk: V tiskárně je materiál vrstvu po vrstvě aplikován a spojen (např. tavením, vytvrzováním pomocí UV světla apod.) tak, aby vznikl výsledný objekt.

Výhody aditivní výroby:

  • Složitá geometrie: Díky vrstvení materiálu může 3D tisk vytvářet struktury, které by byly jinak téměř nemožné - například duté objekty nebo složité mřížové struktury.
  • Minimalizace odpadu: Na rozdíl od tradičních metod, kde se materiál často odstraňuje a ztrácí, 3D tisk přidává materiál pouze tam, kde je potřeba.

*Aditivní výroba = 3D tisk

Základní principy 3D tisku spočívají v přidávání materiálu vrstvu po vrstvě, což umožňuje flexibilitu ve výrobě a umožňuje vytváření složitých a přizpůsobených struktur. S různými dostupnými technologiemi a širokou škálou materiálů představuje 3D tisk revoluční změnu v oblasti výrobních postupů.

Technologie 3D tisku

FDM (Fused Deposition Modeling)

Fused Deposition Modeling, známý také pod zkratkou FDM, je jednou z nejrozšířenějších technologií 3D tisku díky své přístupnosti a efektivitě. Principem FDM je postupné nanášení materiálu, obvykle termoplastu, ve vrstvách. Tisková hlava tiskárny se pohybuje v předem definovaných trajektoriích a vytlačuje roztavený materiál na tiskovou platformu. Po ztuhnutí se vrstva posune a proces se opakuje až do vytvoření finálního objektu. Tato metoda je oblíbená pro svou schopnost tisknout širokou škálu materiálů a je ideální pro rychlý prototyping, vzdělávací projekty a výrobu funkčních dílů.

SLA (Stereolitografie)

Stereolitografie, často označovaná jako SLA, je technologie 3D tisku využívající UV laser k vytvrzení fotopolymeru ve vrstvách. Laser selektivně osvětluje povrch tekutého fotopolymeru a způsobuje jeho polymeraci, tedy přechod z kapalného do tuhého stavu. SLA se vyznačuje vysokou přesností a schopností vytvářet složité geometrie s hladkým povrchem, což ji činí ideální pro výrobu detailních prototypů, šperků a zubních aplikací. Výzvou této technologie je nutnost dodatečného čištění a vytvrzování dokončených výrobků.

DLP (Digital Light Processing)

Digital Light Processing, zkráceně DLP, je podobný stereolitografii, ale namísto laseru používá digitální projektor k osvětlení celé vrstvy fotopolymeru najednou. Díky tomu je proces tisku rychlejší, protože každá vrstva může být vytvrzena najednou, místo postupného skenování laserem. Výsledné objekty z DLP tiskárny mají jemné detaily a jsou vhodné pro aplikace vyžadující vysokou přesnost, jako jsou zubní modely nebo přesné průmyslové komponenty. Technologie DLP je populární v oblastech, kde je důležitá rychlost a kvalita povrchové úpravy.

MJF (Multi Jet Fusion)

Multi Jet Fusion, zkráceně MJF, je pokročilá technologie 3D tisku vyvinutá společností HP. MJF pracuje na principu nanášení tenkých vrstev práškového materiálu, na které jsou následně aplikovány inkoustové agenty v místech budoucího objektu. Po aplikaci agentů je vrstva rovnoměrně zahřívána, což vede k fúzi práškových částic a vytvoření pevné vrstvy. MJF je schopna tisknout předměty s vynikající mechanickou pevností a detailním rozlišením, což ji předurčuje pro výrobu funkčních dílů a komplexních prototypů v krátkém časovém horizontu.

SLS (Selective Laser Sintering)

Selective Laser Sintering, neboli SLS, je technologie 3D tisku, která používá laser k sintrování práškových materiálů, typicky nylonu nebo polyamidu. Laser selektivně sinteruje práškové částice vrstva po vrstvě, dokud nevznikne finální objekt. SLS nevyžaduje použití podpůrných struktur, což umožňuje tisknout složité geometrie, které by jinak nebylo možné vyrobit. Tato metoda je oblíbená v průmyslové výrobě pro svoji schopnost produkce odolných a funkčních dílů s homogenními vlastnostmi.

Dopad 3D tisku na průmysl

Díky své flexibilitě a schopnosti rychlého prototypování přináší 3D tisk mnoho výhod pro průmyslové odvětví:

  • Rychlý vývoj: Firmy mohou rychle vytvářet a testovat prototypy, což zkracuje čas potřebný k uvedení produktu na trh.
  • Snížení nákladů: Aditivní výroba může snížit potřebu drahých výrobních nástrojů a form.
  • Komplexní geometrie: Vytváření složitých struktur, které by byly téměř nemožné pomocí tradičních metod.
  • Přizpůsobení: Možnost výroby produktů na míru dle specifických potřeb zákazníka.

Dopad 3D tisku na výrobu

Výrobní sektor prochází transformací díky 3D tisku:

  • Místní výroba: Místo výroby v dalekých zemích a následného transportu je možné vyrábět přímo na místě nebo blízko konečného uživatele.
  • Udržitelnost: Snížení odpadu díky aditivní technologii, která vytváří objekty s minimem materiálových ztrát.
  • Digitální sklad: Namísto skladování fyzických výrobků lze skladovat digitální soubory a vytvářet výrobky jen tehdy, pokud jsou opravdu potřeba.

3D tisk představuje revoluční krok v oblasti průmyslu a výroby, nabízí nové příležitosti pro inovaci a způsobuje radikální změny v tradičních výrobních procesech. Ačkoli technologie 3D tisku je stále v procesu vývoje a zdokonalování, její potenciál transformovat svět designu a výroby je nezpochybnitelný. Jako každá revoluce přináší i 3D tisk výzvy, ale přínosy, které nabízí, ho činí nezastavitelnou silou v moderním průmyslovém světě.

Článek pro Vás publikoval tým 3Dtisk.PRO
envelopephone-handsetarrow-right