Drukowanie 3D

Drukowanie 3D to inaczej drukowanie przestrzenne, polegające na wytwarzaniu fizycznego obiektu poprzez nanoszenie kolejnych warstw materiału i jego selektywne spajanie. Technologia ta określana jest również jako technologia addytywna lub przyrostowa a potocznie określa się ją mianem druku 3D.

Technika przyrostowa jest odwrotnością klasycznej techniki ubytkowej, gdzie z bryły wyjściowego materiału za pomocą narzędzi skrawających usuwa się jego naddatek, tworząc w ten sposób docelowy obiekt, jak ma to miejsce np. w obróbce frezowaniem CNC.

Zastosowanie techniki drukowanie 3D

Technologia przyrostowa znajduje zastosowania jako alternatywny sposób wykonywania prototypów. Zalety tej metody to przede wszystkim:

• szybki czas w jakim wykonywane są modele

• niski koszt wykonania modelu

• daje projektantom możliwość szybkiego nanoszenia zmian

• wysoka opłacalność tworzenia pojedynczych egzemplarzy lub niskich serii

• modele łatwo można personalizować.

Kolejną zaletą jest możliwość modelowania bardzo skomplikowanych geometrii, niemożliwych do wykonania za pomocą innych metod wytwórczych (dotyczy w szczególności technik wykorzystujących proszki).

Największymi wadami jakie mają wydruki 3D są: jakość wykonania modelu, niższa w porównaniu z formowaniem wtryskowym, odlewnictwem czy frezowaniem CNC oraz długi czas i wysoki koszt produkcji dużych ilości detali. Gdy mamy do czynienia z produkcją jednostkową i małoseryjną przewaga jest po stronie drukarki 3D. Gdy wkraczamy w ilości wielkoseryjne i masowe wykorzystujemy tradycyjne metody wytwórcze.

Aktualnie druk 3D pozwala produkować obiekty z bardzo szerokiego zakresu: począwszy od prototypów części w branżach przemysłowych, lotniczych, motoryzacyjnych, przez dorabianie części maszyn w dziale utrzymaniu ruchu, aż po wydruki implantów w medycynie czy protetyce.

Wydruk 3D - rodzaje technologii drukowania

Druk 3D to bardzo pojemne określenie obejmujące różne technologie, różniące się od siebie sposobem wykonywania druku, rodzajem materiałów jakie są w nich wykorzystywane oraz typem produktów jakie można z nich wykonać. Część technologii jest dedykowanych do tworzenia relatywnie prostych i tanich detali, inne do wytwarzania bardzo precyzyjnych produktów, a część idealnie sprawdzi się przy druku 3D bardzo wytrzymałych części zamiennych. Obecnie wyróżniamy sześć głównych rodzajów technologii druku 3D.

FDM – Fused Deposition Modeling

Druk w technologii FDM to najpopularniejsza i najtańsza odmiana drukowania 3D, nazywana też osadzaniem topionego materiału. Technologia FDM polega na nanoszeniu cienkiej warstwy standardowego materiału, jedna po drugiej aż wykonany zostanie cały model. Podczas drukowania filament z tworzywa sztucznego przechodzi przez gorącą dyszę, gdzie tworzywo staje się na tyle plastyczne, aby można je było precyzyjnie wytłoczyć za pomocą głowicy drukującej.

Stopiony materiał wyciskany jest przez dyszę o niewielkich rozmiarach, rzędu dziesiątych części milimetra. Im mniejsza grubość nakładanej warstwy tym większa rozdzielczość wydruku co wpływa na gładkość wydrukowanych powierzchni oraz na ich estetykę. Najczęściej używane w niej materiały to tworzywa termoplastyczne takie jak ABS czy PLA.

Technologia FDM pozwala na łatwe prototypowanie, stosuje tani materiał na wydruki, ale wymaga by przy skomplikowanych modelach uwzględniać materiał podporowy na etapie projektowania i konceptualizacji. Drukarka wytwarzająca wydruki w tej technologii jest najtańsza. Spotykane są także zestawy do samodzielnego złożenia drukarek.

SLA / SL - stereolitografia

To technologia druku 3D polegająca na utwardzaniu żywicy światłoczułej za pomocą wiązki lasera. Druk 3D w technice SLA jest wykorzystywany w bardzo szerokim zakresie zastosowań w branżach takich jak: motoryzacja, biotechnologia, medycyna oraz jubilerstwo. Technologię docenia się również ze względu na bardzo duże zróżnicowanie właściwości materiałów stosowanych w procesach SLA.

Druk 3D SLA polega na warstwowym utwardzaniu żywicy, w której proces polimeryzacji wywoływany jest przy pomocy światła o określonej długości fali. Materiał w formie płynnej żywicy znajduje się w wannie urządzenia. Przed utwardzeniem każdej warstwy, specjalny zgarniacz wyrównuje taflę cieczy oraz usuwa z niej pęcherze powietrza. Kolejnym krokiem druku 3D SLA jest skanowanie czyli utwardzanie laserowe. Wiązka laserowa przebiega obszary, odzwierciedlające aktualny przekrój danego modelu, powodując jego utwardzenie. Następnie platforma robocza przesuwa się o grubość warstwy, a opisany cykl powtarza się aż do uzyskania końcowej geometrii wydruku.

DLP – Digital Light Processing

Ta technika również polega na utwardzaniu płynnej żywicy, tylko za pomocą światła emitowanego przez projektor. Ta technologia druku 3D pozwała na uzyskiwanie obiektów o bardzo gładkich ścianach i wysokiej rozdzielczości. Rozdzielczość w wydrukach 3D wyprodukowanych za pomocą techniki DLP sięga od 50 do 100 um.

POLYJET - drukowanie z żywic utwardzanych światłem UV

Technologia PolyJet pozwala wydrukować elementy z ciekłych żywic fotopolimerowych utwardzanych światłem UV. Piezoelektryczne głowice drukujące natryskują na stół roboczy kolejne warstwy ciekłego światłoutwardzalnego fotopolimeru, który następnie pod wpływem światła ultrafioletowego (UV) ulega utwardzeniu.

Technologia PolyJet sprawia że elementy wydrukowane charakteryzują się wysoką dokładnością, przy jednoczesnym uzyskaniu dużej gładkości powierzchni. Dodatkową zaletą jest możliwość budowania modeli z szerokiej gamy materiałów: twardych (podobnych do ABS), elastycznych (gumopodobnych) oraz transparentnych.

SLS – Selective Laser Sintering

Technologia SLS czyli selektywne spiekanie laserowe polega na spajaniu proszków przy użyciu wiązki lasera. Na platformę robocza nakładana jest warstwa proszku, a następnie wiązka lasera spaja ten proszek, naświetlając wymagane pola i tworząc pierwszą warstwę wydruku. Po zastygnięciu pierwszej warstwy, stół obniża się i nakładana jest kolejna warstwa proszku, która zostaje stopiona przez wiązkę lasera. Ten proces powtarza się do momentu zakończenia drukowania 3D. Stosowane są proszki z tworzyw i metali. Metodę spiekania proszków metali określa się czasem jako SLM.

Drukowanie z metalu - SLM - Metal Laser Sintering

SLM czyli spiekanie laserowe metalu znajduje zastosowanie do produkcji elementów metalowych np. elementów mechanicznych lub implantów. Jest to proces addytywny, w którym element buduje się z proszku metalicznego. Proszek topi się za pomocą lasera oświetlającego pole robocze. Technologia druku 3D SLM, umożliwia wytwarzanie w krótkim czasie złożonych elementów metalowych o skomplikowanej geometrii wewnętrznej.

Dodatkowo dzięki topieniu laserowemu, możliwe jest łączenie różnych materiałów na tym samym komponencie w jednej operacji. Pozwala to uzyskać dodatkowe funkcjonalności np.: w przypadku elementów wymagających chłodzenia, można nadrukować przewody miedziane w celu lepszego odprowadzania ciepła, lub zintegrować z elementem wewnętrzne kanały chłodzące. W procesie produkcji za pomocą frezowania czy drążenia, podobna operacja jest już trudniejsza w realizacji.

Druk 3D CJP (Color Jet Printing)

Drukowanie 3D metodą CJP polega na selektywnym spajaniu warstwa po warstwie kompozytu proszkowego na bazie gipsu, przez odpowiednio dozowane ciekłe lepiszcze. Jest to jedyna technologia druku 3D, która dzięki zastosowaniu trzech głowic drukujących dla trzech podstawowych barw, pozwala na tworzenie w pełni kolorowych modeli. Dużą zaletą metody proszkowej CJP jest brak potrzeby uwzględniania podpór pod skomplikowane modele, ponieważ niezwiązany proszek dookoła modelu służy za wsparcie dla kolejnych warstewek przyrostowych. Potem wydruk 3D zostaje oczyszczony i wygładzony. Ostatnim etapem jest malowanie całej powierzchni specjalnym laminatem nadającym prototypowi wodoodporność i wzmacniającym strukturę.

Drukarki 3d

Usługa druk 3D wymaga kilku kluczowych elementów:

Trójwymiarowego modelu komputerowego - zwykle wykonanego przez projektanta, używane jest do tego oprogramowanie do modelowania 3D. W sieci są również dostępne modele wykonane przez użytkowników z całego świata, co ułatwia przekazywanie pomysłów.

Oprogramowania do obróbki modelu czyli tzw. slicera - dopasowującego modele do danej drukarki, dzielącego model na warstwy, programującego tor ruchu głowicy itp.

Drukarki 3D. Na rynku występuje wiele modeli drukarek 3D, od zestawów do samodzielnego montażu dla hobbystów, po mające ogromne możliwości drukarki przemysłowe.

Drukarka przemysłowa ma duże pole robocze, pozwala na automatyczną kalibrację maszyny, ma wysokie możliwości temperaturowe co pozwala drukować wymagające materiały. W zakresie obsługi drukarka przemysłowa daje możliwość zdalnego zarządzania urządzeniem, a także umożliwia zarządzanie farmą kilku drukarek 3D.

Materiału do druku np. plastikowej żyłki, żywicy czy proszku w zależności od technologii.

Usługi drukowania 3D

Systemowy Park Technologiczny MetalTop.pl zawiera oferty firm wykonujących usługi drukowanie 3d i produkujących prototypowe wydruki przy zastosowaniu różnych technik. Odpowiednie firmy można wyszukać dzięki zastosowaniu filtrów obejmujących parametry techniczne, lokalizację usługi, termin jej przeprowadzenia i inne informacje.