Ako funguje stolná 3D tlačiareň: Základné technológie 3D tlače
Napriek tomu , že je tu s nami technológia 3D tlače viac ako 30 rokov, až v dnešnej dobe sa začína pomaly ale iste dostávať do popredia záujmu a to nielen geekov, ale aj bežných smrteľníkov. Leví podiel na tom má ako neustále klesajúca cena tlačiarní, tak aj ich extrémne široká využiteľnosť, kedy je možné vďaka nim vytvoriť takmer čokoľvek, čo vás len napadne. Vďaka tomu tak možno vyriešiť mnohé zapeklité domáce aj pracovné problémy a to navyše pomerne lacnou cestou, pretožeaž na obstarávaciu cenu je prevádzka 3D tlačiarne veľmi lacnou záležitosťou. Pokiaľ vás táto technológia láka, v nasledujúcich riadkoch vám v krátkosti vysvetlíme, ako vlastne 3D tlačiareň funguje a ako sa od seba jednotlivé modely líšia.
Ako funguje 3D tlač
Ako už z názvu tlačiarní vyplýva, jedná sa o zariadenia schopné tlačiť trojrozmerné predmety a to podľa špeciálnych predlôh vytvorených v špecializovaných programoch na počítači. Predlohy pre tlačené predmety si možno ako vytvárať samostatne, tak ich napríklad sťahovať na internete, čomu sa v tomto článku budeme venovať neskôr. Čo sa potom týka procesu tlače, veľmi zjednodušene sa dá povedať, že tvorba 3D predmetu prebieha vrstvením množstva vrstiev materiálu na seba, ktoré po stvrdnutí držia požadovaný tvar a ponúkajú vlastnosti typické pre použitý materiál, ktorým je buď filament, alebo živica. Na trhu nájdete celý rad filamentov a živíc, ktoré je možné využívať na tvorbu predmetov s najrôznejšími vlastnosťami od rôznorodých farieb, cez rýchlosť tuhnutia až po pre ohybnosť alebo naopak tvrdosť. Keby sme teda mali proces 3D tlače ešte raz čo najjednoduchšou cestou zrekapitulovať, dal by sa popísať ako “obrábanie naopak”, pretože z materiálu nie je uberané na účely vytvorenia daného produktu, ale naopak je vrstvený.
Tip: 3D tlač nie je v žiadnom prípade len zábavou pre domácich majstrov či počítačové nervy. Moderný svet totiž čím ďalej tým viac dokazuje, že vidí v tejto technológii extrémnu budúcnosť a v niektorých oblastiach má dokonca potenciál ich od základu zmeniť. Ostatne, v médiách možno relatívne často vidieť zmienky napríklad o 3D tlači domov, ktorá by mohla v budúcnosti spôsobiť úplnú revolúciu v stavebníctve vďaka svojej rýchlosti a nízkym cenovým nákladom. Pri vypuknutí pandémie COVID-19 firmy tlačili na 3D tlačiarňach ochranné tvárové štíty pre zdravotnícke zariadenia, čo sa dá vo svojej podstate tiež považovať za malú revolúciu - predsa len, dovtedy vnímali mnohí ľudia 3D tlačiarne prevažne ako zábavu. Kde všade majú 3D tlačiarne v súčasnom svete uplatnenie nájdete v našom staršom článku Priemysel, astronautika i lekárstvo: na čo sa 3D tlač využíva?
Technológia 3D tlače
Napriek tomu, že sa od zrodu 3D tlače pred viac ako 30 rokmi objavilo vo svete veľké množstvo najrôznejších technologických postupov, pretože ten svoj si najprv držal každý vynálezca v tajnosti pre jeho unikátnosť, postupom času technológie 3D tlače vykryštalizovali minimálne z hľadiska verejného využitia vlastne len na dva typy. Tie sú jednak cenovo dostupné a taktiež využiteľné aj v domáckych, maximálne potom mierne pokročilých podmienkach. Práve na bežných užívateľov totiž cielia výrobcovia 3D tlačiarní v posledných rokoch najviac, pretože sa pre nich jedná o najzaujímavejšie a suverénne najširší segment, ktorý sú schopní zasiahnuť. Poďme si teda dvojicu hlavných technológií 3D tlače predstaviť.
FDM/FFF
Suverénne najrozšírenejšou technológiou 3D tlače je takzvaný FDM (Fused Depositon Modeling), ale pretože na toto označenie si nechala spoločnosť Stratasys zaregistrovať ochrannú známku, vžilo sa (nielen) na komerčné účely označenie FFF (Fused Filament Fabrication). V oboch prípadoch sa však jedná o jeden a ten istý princíp fungovania 3D tlačiarne a pokiaľ sa bavíme o stolných 3D tlačiarňach, drvivá väčšina z nich používa na modelovanie práve túto technológiu.
FDM/FFF technológia tlače funguje na princípe natavovania materiálu, ktorý je tlačiarni dodávaný najčastejšie vo forme plastovej struny, takzvaného filamentu. Ten je v zásobníku 3D tlačiarne umiestnený na cievke, z ktorej si tlačiareň materiál postupne odmotáva a akoby ho "nasáva" do tlačovej hlavy, v ktorej sa taví. Tlačová hlava 3D tlačiarne potom vrstvu po vrstve skladá na seba vo fyzický 3D model, ktorý preberá z počítača, pamäťovej karty, aplikácie a tak podobne. V princípe je táto technológia 3D tlače veľmi podobná technológii tlače atramentových tlačiarní. Rovnako ako na papier vstrekuje tlačová hlava veľmi malé množstvo atramentu, tlačová hlava 3D tlačiarne umiestňuje roztavený materiál na podložku vrstvu po vrstve, čím vzniká fyzický model.
FDM/FFF technológia 3D tlače je najlacnejšou technológiou 3D tlače, čo je hlavný dôvod, prečo je toľko rozšírená. FDM/FFF stolnú 3D tlačiareň pre použitie v domácnosti zaobstaráte úplne bez problému do 100 eur. Pomerne veľkým pozitívom je tiež fakt, že u väčšiny filamentov, respektíve ich tavenie, nevzniká žiadny či len minimálny zápach, vďaka čomu tak nie je problém využívať tlačiareň v neodvetrané miestnosti pri jej bežnom využívaní - teda samozrejme, ak vám nevadí hluk, ktorý vydáva.
Nevýhodou tejto technológie je dlhý čas tlače, široký rozptyl kvality tlače, ktorá je závislá na modeli tlačiarne i použitom materiáli a rôzne konštrukčné obmedzenia (napríklad natavený materiál musí najprv vytvrdnúť, pri zložitejších modeloch je potrebné preto počítať aj s tlačou podpier a podobne). Pri tlači sa navyše čas od času možno stretnúť s chybami, kedy sa napríklad kvôli nepresnému nastaveniu tlačiarne jednotlivé vrstvy zle vrstvia, čo finálny výtlačok úplne zlikviduje. Niekoľkohodinová snaha tak môže čoskoro prísť nazmar.
Tip: Už dávno neplatí, že je na trhu len jeden typ filamentu, z ktorého sa tlačí úplne všetko. Vďaka neustálemu technologickému pokroku, ktorý sa samozrejme dotýka aj 3D tlačiarní, možno totiž v súčasnosti vyberať z doslova extrémneho množstva najrôznejších typov filamentov, ktoré sa od seba odlišujú inak ako svojimi vlastnosťami. Zohnať je možné ako kúsky extrémne tvrdé, tak aj pružné, ďalej potom filamenty s nízkou teplotou tavenia vhodné pre deti a tak podobne.
Skrátka je len a len na vás, po akom type filamentu siahnete, respektíve ktorý je vhodný pre vaše projekty. Ako vybrať správne filamenty pre svoju 3D tlačiareň, sme rozobrali v našom staršom článku. Rozboru jednotlivých typov filamentov sme sa potom dôkladne venovali aj v článku 3D pero: návod pre začiatočníkov, hoci tu sa zameriavame okrem klasických tlačiarňových filamentov aj na náplne pre perá.
SLA
Druhým a vo výsledku aj posledným hojne rozšíreným typom 3D tlače je v súčasnosti SLA. Za touto skratkou sa skrýva stereo litografia, ktorá značí vytvrdzovanie polymérovej živice do určitého tvaru za využitia LED diód či UV lúča. Hlavnou doménou tejto 3D technológie tlače je jej extrémna presnosť, ktorá výrazne prevyšuje tlačové rozlíšenie FDM/FFF tlačiarní. Za presnosť sa tu však platí pomerne vysoká daň. Tou prvou je bezpochyby cena, ktorá je pri modeloch, ktoré z hľadiska maximálnych rozmerov výtlačku už za to stoja, v porovnaní s FDM/FFF úplne neporovnateľná - samozrejme v negatívnom zmysle. Druhým závažným problémom je potom to, že pri vytvrdzovaní živice, lúče uvoľňujú toxické plyny. Tie je nutné odsávať, pretože by v opačnom prípade hrozilo tlačiarovi priotrávenie. Presne z tohto dôvodu sú tak SLA tlačiarne rozmerovo náročné a s uzavretou tlačiarenskou plochou, ktorá je napojená (minimálne pri väčších modeloch, pri ktorých už riziko priotrávenia reálne hrozí) na odsávanie. Bez akéhokoľvek nadsadenia je teda v prípade obstarania výkonnejšej SLA tlačiarne potrebné počítať so stavebnými úpravami miestnosti, v ktorej bude tlačiareň umiestnená.
Ukážka 3D tlače technológií stereo litografia na 3D tlačiarni značky Carbon.
Tip: 3D predmety nemusíte vytvárať len pomocou 3D tlačiarní. Využiť je možné na tieto účely aj špeciálne 3D perá, ktoré fungujú vo svojej podstate veľmi podobne ako FDM/FFF tlačiarne, avšak ovládate ich rýdzo ručne. Viac informácií o nich sme si pre vás pripravili v tomto článku.
Kde sa berú modely pre 3D tlač?
Digitálne modely pre 3D tlač sa konštruujú v 3D modelovacích programoch ako sú AutoCAD, Blender a im podobné. Jedným dychom však treba dodať, že naučiť sa v týchto programoch pracovať nie je úplne jednoduchou záležitosťou - tým skôr, ak budete samouk a pre svoje zdokonaľovanie sa, budete využívať napríklad “len” videá na internete a tak podobne.
Presne z tohto dôvodu sa pravdepodobne minimálne v začiatkoch svojej 3D tlačiarskej kariéry budete primárne spoliehať na už predvytvorené 3D modely, ktoré sú sprístupnené ako výrobcami 3D tlačiarní, tak aj skúsenými užívateľmi na internete. Ten totiž obsahuje viacero databáz hotových 3D modelov, ktoré sú často k dispozícii pod slobodnými licenciami a je možné ich voľne stiahnuť a využiť pre nekomerčné použitie. Počítajte však s tým, že spravidla ide o jednoduchšie predmety, ktoré ich tvorcom nezabrali pri tvorbe príliš času. Väčšie projekty (napríklad najrôznejšie postavy z videohier či priestorovo náročné predmety) sa potom spravidla musia kúpiť. Ich cena začína na jednotkách a končí väčšinou na desiatkach dolárov alebo euro.
3D modely sa modelujú v počítačových programoch pre 3D modelovanie. Preferovaným formátom väčšiny stolných 3D tlačiarní je STL.
Overené databázy s kvalitnými 3D modelmi na stiahnutie:
Poslednou možnosťou, ako získať 3D model na vytlačenie, je naskenovať fyzický objekt pomocou 3D skenera. Ide o zariadenia, ktoré dokážu oskenovať tvar a povrch trojrozmerného predmetu a previesť ho do digitálnej podoby. V tomto prípade je však potrebné počítať s tým, že presnosť týchto skenov nebýva úplne stopercentná, kvôli čomu sa tak výsledný výtlačok nemôže rovnať s tlačou podľa digitálnej - naprogramovanej - predlohy. Ak vám však ide o skopírovanie jednoduchších 3D predmetov, malo by to byť pomocou 3D skenu zvládnuteľné. Na ich tvorbu možno v súčasnosti využiť napríklad aj najrôznejšie mobilné aplikácie. Len myslite na to, aby telefóny ideálne disponovali laserovými snímačmi typu LiDAR.
Ktorú pre vás vybrať?
Pokiaľ ani po dočítaní predošlých riadkov nemáte jasno v tom, aká 3D tlačiareň je pre vás najlepšia, odpovedzte si na pár základných otázok. Tou prvou je, akú veľkú čiastku máte na 3D tlačiareň vyhradenú. Ako druhú otázku by ste si mali položiť, aké veľké 3D predmety vlastne chcete tlačiť a tou treťou potom to, ako precízny výtlačok musí byť. Všeobecne sa potom dá povedať, že v prípade zháňania lacnej tlačiarne s veľmi dobrou prenosťou a podporou pomerne veľkých výtlačkov, je pre vás úplne ideálny FDM/FFF model, pretože ten vaše požiadavky spĺňa do bodky. Ak nemáte potom problém s vyššou investíciou do tlačiarne, menšími rozmermi, ale hlavne vám ide o úplne dokonale presné výtlačky, porozhliadnite sa po SLA modeloch. Aj tie možno totiž vo výsledku zohnať za relatívne rozumné (hoci oproti FDM/FFF výrazne vyššie) čiastky, vďaka čomu si ich tak aspoň "ohmatáte" a budete tak do budúcna pri výbere skúsenejší. Na začiatok je ale skutočne FDM/FFF tlačiareň zmysluplnejšia a preto odporúčame skôr tú.
Podobné články
2 minúty čítania
Priemysel, astronautika a lekárstvo: na čo sa využíva 3D tlač?
3D tlačiarne už dávno nemajú svoje miesto len na stole technologických nadšencov. Trojrozmerná tlač prenikla aj do priemyslu a medicíny a stala sa biznisom s miliardovými obratmi. 3D tlačiarne vracajú chorým zdravie, zlacňujú a urýchľujú výrobu - a zásadnú úlohu budú hrať pri osídľovaní Mesiaca a Marsu.
Celý článok »
3 minúty čítania
Ako vybrať správne filamenty pre svoju 3D tlačiareň?
Rovnako ako bežné tlačiarne potrebujú atramentové náplne, potrebujú 3D tlačiarne plastové struny, z ktorých sa tlačia predmety rôznych rozmerov. Výber vhodného filamentu určí, ako bude výtlačok tepelne a mechanicky odolný, či je možné ho použiť ako namáhanú súčiastku alebo ako zložité ho bude vôbec vyrobiť. Prečítajte si, ako vybrať správne 3D struny.
Celý článok »