Drukowanie 3D od kuchni czyli czym jest druk 3D, jego zalety i możliwości

Drukowanie 3D – to brzmi dumnie. Świetnie wygląda w telewizji. Przyjemnie się o nim słucha – jak o technologii przyszłości. Tymczasem obecnie technologię druku 3D z powodzeniem stosuje się na szeroką skalę w różnych dziedzinach przemysłu. Co więcej, drukarki 3D do użytku domowego nie mają już tak zawrotnych cen, jak na przykład jeszcze kilkanaście lat temu, a pliki zawierające gotowe projekty do wydrukowania są powszechnie dostępne w Internecie. Mimo to druk 3D wciąż jeszcze wzbudza wiele emocji i obrasta często w mity, które nie mają wiele wspólnego z rzeczywistością.

Drukowanie 3D

Drukowanie 3D / Czym jest druk 3D / Jaka jest jego definicja, zalety oraz możliwości.

Zobaczmy więc, czym jest druk 3D, na czym polega drukowanie 3D, jakie oferuje technologie oraz gdzie może być wykorzystywany.

Jak powstał druk 3D?

Druk przestrzenny (3D) nie od razu zyskał takie miano. Jego zalążki stworzył Amerykanin Charles Hull, który w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku opracował nową technikę wytwórczą nazwaną stereolitografią (SLA).

W technice tej tworzono obiekt przestrzenny poprzez utwardzanie w sposób selektywny żywicy światłoutwardzalnej dzięki wiązce lasera.

W telegraficznym skrócie czym jest Stereolitografia?

Otóż stereolitografia to metoda przyrostowa (addytywna), w której obiekty powstają poprzez tworzenie kolejnych warstw.
Technika przyrostowa

W tym miejscu warto poświęcić nieco miejsca technice addytywnej. Stanowi ona bowiem odwrotność stosowanej wcześniej (i oczywiście nadal) techniki subtraktywnej (ubytkowej), polegającej na usuwaniu naddatku materiału przy pomocy narzędzi skrawających w celu uzyskania pożądanego obiektu.

Twórca stereolitografii, w toku dalszej pracy nad technologią stworzył format pliku .stl, który do dziś używany jest najczęściej do tworzenia pliku gcode, przekazującego instrukcje do drukarki 3D.

Czym jest drukarka 3D

Czym jest drukarka 3D

Rodzaje techniki przyrostowej

Charles Hull zapoczątkował swoim dziełem lawinę kolejnych udoskonaleń techniki przyrostowej:

  • Scott Crump opracował metodę FDM, zwaną dziś popularnie „drukowaniem z plastiku”,
  • Al Siblani stworzył DLP, utwardzanie żywic światłoutwardzalnych światłem emitowanym przez projektor DLP,
  • Carl Deckard jest twórcą SLS, czyli spiekania sproszkowanych tworzyw sztucznych wiązką lasera,
  • Specjaliści z 3D Systems i Objet opracowali metody MJP i PolyJet, w których natryskuje się żywice światłoutwardzalne i utwardza je światłem UV,
  • Naukowcy z Massachussets Institute of Technology stworzyli technologię, dzięki której obiekty powstają z proszku gipsowego. Emanuel „Ely” M. Sachs nazwał ją „drukiem3D”, a nazwa ta przyjęła się z biegiem czasu w odniesieniu do wszystkich technik przyrostowych.

Technologie druku 3D

Jak widać z poprzedniego rozdziału, w drukowaniu przestrzennym rozwinęło się wiele technologii. Zastosowanie tej odpowiedniej zależy przede wszystkim od tego, jakie właściwości ma mieć wydrukowany obiekt. Niektóre z technologii służą produkowaniu tanich, prostych elementów, podczas gdy inne – tworzeniu precyzyjnych i wytrzymałych detali.

W drukowaniu przestrzennym 3D wyróżniamy sześć głównych technologii:

  1. SLA, DLP, PolyJet/MJP, z zastosowaniem żywic światłoutwardzalnych,
  2. FDM, z zastosowaniem termoplastów,
  3. SLS, MJF, z zastosowaniem sproszkowanych tworzyw sztucznych,
  4. DMP, DMLS, EBM, SLM, z zastosowaniem sproszkowanych metali,
  5. LOM, z zastosowaniem papieru lub folii.

Materiały stosowane do drukowania 3D

W drukarkach 3D do użytku domowego używa się głównie takich materiałów jak ABS, PLA, PVA czy nylon. Ciekawymi materiałami do druku 3D (filamentami) są też: materiał drewnopodobny, kompozyt plastiku i drewna (Laywood) oraz kompozyt plastiku i gipsu (Laybrick).

W przypadku przemysłowych drukarek 3D trwają też prace nad możliwością drukowania 3D z grafenu. Tworzone są też modele kolorowe, w których materiał proszkowy barwi się tuszami. Do drukowania 3D (czy też metod przypominających tę technikę, ale o tym będzie mowa za chwilę), stosuje się również takie materiały jak cukier, piasek, metal, czekolada, guma, żywica, a nawet lód.

Drukowanie przestrzenne a inne metody wytwórcze

Jak powiedzieliśmy we wstępie, nazwa „drukowanie 3D” robi wrażenie. Z tego powodu wielu twórców metod wytwórczych przypominających druk 3D nazywa swoje metody (szumnie) 3D, choć z samą technologią drukowania przestrzennego nie mają już one wiele wspólnego.

Mowa tu między innymi o takich metodach jak:

  1. Biodrukowanie 3D. Wywodzi się ono z zautomatyzowanego nakładania materiału biologicznego lub hydrożelowego (bioplotowania),
  2. Drukowanie żywności 3D. Jadalna masa nakładana jest tu techniką podobną jak w przypadku biodrukowania 3D,
  3. Drukowanie 3D z betonu. W gruncie rzeczy jest to zautomatyzowana technika nakładania betonu z pompy, choć przypomina nieco metodę FDM.
Przemysłowe drukarki 3D

Przemysłowe drukarki 3D

Zalety i wady drukowania 3D

Drukowanie 3D, jak wszystkie technologie, ma zarówno swoje zalety, jak i wady.

Do jego niezaprzeczalnych zalet trzeba zaliczyć:

  1. Krótki czas wykonywania modelu,
  2. Niski koszt drukowania obiektu,
  3. Dużą opłacalność drukowania niskich serii czy nawet pojedynczych egzemplarzy,
  4. Możliwość łatwego i szybkiego nanoszenia zmian,
  5. Możliwość personalizacji,
  6. Możliwość tworzenia skomplikowanych geometrii.

Z kolei do wad druku 3D można zaliczyć:

  • Jakość wykonania obiektu, która odbiega od jakości, jakie zapewniają formowanie wtryskowe, frezowanie CNC, toczenie czy odlewnictwo,
  • Długość drukowania dużych ilości sztuk (i tutaj druk 3D przegrywa z tradycyjnymi metodami wytwórczymi).

Do czego wykorzystywany jest druk 3D?

Druk 3D chętnie wykorzystuje się zarówno do potrzeb indywidualnych, jak i edukacyjnych czy przemysłowych. Stosuje się go do tworzenia prototypów części do maszyn i urządzeń w branżach motoryzacyjnych, lotniczych i przemysłowych.

Znajduje zastosowanie w tworzeniu narzędzi produkcyjnych. Prototypy 3D znacznie lepiej przedstawiają pomysły projektantów niż wydruki ze zwykłej, choćby najlepszej drukarki. Trójwymiarowe wydruki świetnie sprawdzają się również w przypadku tworzenia krótkich serii produktowych.

Niektóre firmy odzieżowe i obuwnicze mają w swojej ofercie produkty wytworzone metodą 3D. Drukowanie przestrzennych modeli ma nieocenione znaczenie dla medycyny i stomatologii. Pozwala nie tylko na tworzenie implantów czy protez; na takich obiektach lekarze i studenci mają możliwość przeprowadzania próbnych zabiegów i skomplikowanych operacji.