3D tlač: to, čo potrebujete vedieť

Nejedná sa o tlačiareň kolies s kolieskami vášho starého otca alebo maticovú maticu vašej mamy. V skutočnosti sa málo podobajú dnešným tlačiarňam na dokumenty alebo fotografie, ktoré dokážu tlačiť iba nudnými starými dvoma rozmermi. Ako už názov napovedá, 3D tlačiarne môžu vytvárať rôzne objekty z rôznych materiálov. Zúčastňujú sa bežných obchodov, napríklad v obchodoch ako Staples, Best Buy a Home Depot. Mnohé 3D tlačiarne a ich zásoby si môžete kúpiť na Amazon.com a prostredníctvom ďalších online predajní. Aj keď sa stále nachádzajú väčšinou na podlahách obchodov alebo v dizajnérskych štúdiách, v školách a komunitných centrách a v rukách nadšencov, 3D tlačiarne sa stále viac nachádzajú na pracovných stoloch, v šatniach a kuchyniach - a možno aj v domácnosti blízko vás, ak nie váš vlastný.

Čo je 3D tlač?

Jeho najzákladnejšou 3D tlačou je výrobný proces, v ktorom sa materiál položí, vrstva po vrstve, aby vytvoril trojrozmerný objekt. (Toto sa považuje za aditívny proces, pretože objekt je postavený od nuly, na rozdiel od subtraktívnych procesov, v ktorých je materiál rezaný, vŕtaný, frézovaný alebo obrábaný.) 3D tlačiarne však používajú rôzne materiály (napríklad plast alebo kov). a techniky (pozri „Ako funguje 3D tlač?“ nižšie), zdieľajú schopnosť zmeniť digitálne súbory obsahujúce trojrozmerné údaje - či už sú vytvorené pomocou programu na podporu dizajnu pomocou počítača (CAD) alebo počítačom podporovanej výroby (CAM), alebo z 3D skenera - do fyzických objektov.

Je 3D tlač párna?

Áno, 3D tlač sa dá považovať za tlač, aj keď nie tak, ako je to tradične definované. Definície „polygrafického“ materiálu od spoločnosti Webster sa zameriavajú na výrobu tlačovín, publikácií alebo fotografií a výrobu pomocou odtlačku (použitie tlaku). Ani 3D definícia sa naozaj nehodí. Z technologického hľadiska je 3D tlač výrastkom tradičnej tlače, pri ktorej sa nanáša vrstva materiálu (zvyčajne atramentu). Zvyčajne je taká tenká, že nie je znateľná výška (aj keď u tlačiarní s pevným atramentom je to trochu silnejšie). To, čo robí 3D tlač, sa táto výška značne rozširuje aplikáciou viacerých vrstiev. Preto by malo zmysel rozšíriť definíciu tlače tak, aby sa do nej zahrnovala aj výroba trojrozmerných objektov.

Ako funguje 3D tlač?

Rovnako ako tradičné tlačiarne, aj 3D tlačiarne využívajú rôzne technológie. Najbežnejšie známe je modelovanie taveného nanášania (FDM), tiež známe ako výroba taveného vlákna (FFF). V nej sa vlákno - zložené z akrylonitril-butadién-styrénu (ABS), kyseliny polymliečnej (PLA) alebo iného termoplastu - roztaví a nanesie sa cez zahrievanú extrúznu dýzu vo vrstvách. Prvé 3D tlačiarne, ktoré prišli na trh, vyrobené v polovici 90. rokov spoločnosťou Stratasys s pomocou spoločnosti IBM, používali FDM (pojem chránený značkou Stratasys), rovnako ako väčšina 3D tlačiarní zameraných na spotrebiteľov, fandov a školy.

Ďalšou technológiou používanou pri 3D tlači je stereolitografia. UV laser v nej svieti do kade fotopolyméru citlivého na ultrafialové žiarenie a sleduje objekt, ktorý sa má vytvoriť na jeho povrchu. Polymér stuhne všade, kde sa lúč dotkne a lúč „vytlačí“ vrstvu objektu po vrstve podľa pokynov v súbore CAD alebo CAM, z ktorého vychádza.

Vo variácii máte tiež 3D tlač s digitálnym svetlom (DLP). Táto metóda vystavuje kvapalný polymér svetlu z projektora na spracovanie digitálneho svetla. Toto vytvrdzuje polymérnu vrstvu po vrstve, až kým sa nevytvorí predmet a zostávajúci tekutý polymér sa neodstráni.

Multi-jet modelovanie je atramentový 3D tlačový systém, ktorý nastrieka farebné lepidlo podobné spojivo na následné vrstvy prášku, kde sa má predmet vytvoriť. Je to jedna z najrýchlejších metód a jedna z mála, ktorá podporuje viacfarebnú tlač.

Je možné upraviť štandardnú atramentovú tlač tak, aby tlačila s inými materiálmi ako atramentom. Podnikaví do-it-yourselfers postavili alebo upravili tlačové hlavy, zvyčajne piezoelektrické hlavy, aby pracovali s rôznymi materiálmi - v niektorých prípadoch sa vytlačia samotné tlačové hlavy na iných 3D tlačiarňach! Spoločnosti ako MicroFab Technologies predávajú tlačové hlavy s podporou 3D (ako aj kompletné tlačové systémy).

Selektívne laserové spekanie (SLS) využíva vysoko výkonný laser na spájanie častíc z plastu, kovu, keramiky alebo skla. Na konci úlohy sa zvyšný materiál recykluje. Tavenie elektrónovým lúčom (EBM) sa používa - uhádli ste - elektrónovým lúčom na roztavenie kovového prášku, vrstvu po vrstve. Titán sa často používa s EBM na syntézu lekárskych implantátov, ako aj častí lietadiel.

V závislosti od techniky môžu 3D tlačiarne používať rôzne materiály, medzi ktoré patria okrem iného kovy (nehrdzavejúca oceľ, spájka, hliník a titán); plasty a polyméry (vrátane kompozitov, ktoré kombinujú plasty s kovmi, drevom a inými materiálmi); keramika; sadra; sklo; a dokonca aj potraviny ako syr, poleva a čokoláda! (Pozri náš základný náter na 3D typoch tlačiarní.)

Kto vynašiel 3D tlač?

Prvú 3D tlačiareň, ktorá používala stereolitografickú techniku, vytvoril Charles W. Hull v polovici osemdesiatych rokov. Stereolitografia je do značnej miery nákladnou komerčnou technikou. Stroje často stoja 100 000 dolárov alebo viac.

V roku 1986 Hull založil spoločnosť 3D Systems, spoločnosť, ktorá dnes predáva 3D tlačiarne, ktoré využívajú rôzne technológie. Siahajú od súprav základnej úrovne po pokročilé komerčné systémy a 3D systémy tiež poskytujú služby v oblasti dielcov na požiadanie, väčšinou podnikovým používateľom.

Aké sú výhody 3D tlače?

Vďaka 3D tlači majú dizajnéri možnosť rýchlo zmeniť koncepty na 3D modely alebo prototypy (tzv. „Rýchle prototypovanie“) a implementovať rýchle zmeny dizajnu. Umožňuje výrobcom vyrábať výrobky na požiadanie, a nie vo veľkých sériách, čo zlepšuje správu zásob a zmenšuje skladové priestory. Ľudia na odľahlých miestach môžu vyrábať objekty, ktoré by im inak boli neprístupné.

Z praktického hľadiska môže 3D tlač šetriť peniaze a materiál v porovnaní so subtraktívnymi technikami, pretože sa zbytočne premrhá veľmi málo suroviny. A sľubuje zmeniť povahu výroby a nakoniec umožní spotrebiteľom sťahovať súbory na tlač aj zložitých 3D objektov - vrátane napríklad elektronických zariadení - vo svojich domovoch.

Čo môžu 3D tlačiarne urobiť?

Návrhári používajú 3D tlačiarne na rýchle vytváranie modelov produktov a prototypov, ale stále viac sa používajú aj na výrobu konečných produktov. Medzi položky vyrábané pomocou 3D tlačiarní patria návrhy obuvi, nábytok, voskové odliatky na výrobu šperkov, náradie, statívy, darčekové a novinky a hračky. Automobilový a letecký priemysel používa na výrobu súčiastok 3D tlačiarne. Umelci môžu vytvárať sochy a architekti môžu vymýšľať modely svojich projektov. Archeológovia používajú 3D tlačiarne na rekonštrukciu modelov krehkých artefaktov vrátane niektorých starožitností, ktoré v posledných rokoch zničil ISIS. Podobne môžu paleontológovia a ich študenti duplikovať kostry dinosaura a ďalšie fosílie. Prezrite si našu galériu jednoduchých a praktických objektov 3D tlačiarne.

Lekári a zdravotnícki technici môžu pomocou 3D tlače vyrábať protézy, načúvacie pomôcky, umelé zuby a kostné štepy, ako aj replikovať modely orgánov, nádorov a iných vnútorných štruktúr tela z CT snímok pri príprave na chirurgický zákrok. Dobrým príkladom je projekt Daniel, ktorý 3D tlačí protetické ruky a ruky obetiam násilia v Sudáne. Vyvíjané sú aj 3D tlačiarne, ktoré môžu ukladať vrstvy buniek za účelom vytvorenia umelých orgánov (napríklad obličiek a krvných ciev). Existuje dokonca miesto pre 3D tlač vo forenznej oblasti, napríklad na replikáciu guľky umiestnenej vo vnútri obete.

Tlačená elektronika je sada metód tlače, ktoré umožňujú tlačiť elektronické zariadenia alebo obvody na pružný materiál, ako sú štítky, tkaniny a kartón, použitím elektronických alebo optických atramentov. Poskytuje veľmi lacnú výrobu nízko výkonných zariadení. Tlačená elektronika sa začína kombinovať s 3D tlačou, čo umožňuje tlač vrstvených obvodov alebo zariadení. Prirodzený rast tohto silného komba spočíva v tom, že jedného dňa budete pravdepodobne môcť tlačiť miniaplikácie z 3D plánov namiesto ich nákupu.

Ďalšou možnosťou použitia 3D tlačiarní je príprava jedla. Francúzsky kulinársky inštitút používa na prípravu umeleckých lahôdok otvorenú 3D tlačiareň vyvinutú na Cornell University a spoločnosť MIT vytvorila 3D tlačiareň potravín s názvom Cornucopia. Malé množstvo reštaurácií testuje prototypy potravinárskych tlačiarní. Výskum NASA v oblasti 3D tlače zahŕňal tlač potravín, ako je napríklad pizza s potlačou v 3D.

Komerčné 3D tlačiarne sa stali komerčne dostupnými. Majú tendenciu zameriavať sa na konkrétne potravinové položky, ako je čokoláda, palacinky alebo sušienky.

Čo sú služby 3D tlače?

Nemusíte vlastniť 3D tlačiareň, aby ste z nej mali úžitok. Mnoho služieb 3D tlače, napríklad Shapeways a Sculpteo, tlačí darčeky a iné drobné predmety na objednávku na ich vlastných 3D tlačiarňach a potom ich dodáva zákazníkovi. Zákazníci môžu buď odoslať svoje vlastné súbory 3D objektov, alebo si z online katalógu vybrať položky, z ktorých väčšina bola navrhnutá inými používateľmi služby.

Ale služby 3D tlače už nie sú iba doménou odborníkov. Veľké spoločnosti, ako sú Staples a UPS, zaviedli služby 3D tlače a niektoré tradičné tlačiarne pridali do svojho repertoáru 3D tlač.

Kde môžem získať 3D tlačiareň?

Väčšina výrobcov tlačiarní 3D predáva svoje výrobky priamo online. Mnoho e-kupcov ich teraz zásobuje, vrátane spoločností, ktoré sú iba online, ako je Amazon.com, a ďalších, ktoré majú tiež kamenný obchod. Niektoré z nich, napríklad Walmart, Best Buy a Staples, ich ponúkajú v obchodoch aj online, ale uistite sa, že na svojich webových stránkach nájdete dostupnosť obchodov, pretože ich nenesú všetky predajne. Vo veľkých mestách sa otvorilo niekoľko obchodov s 3D tlačiarňami. Napríklad iMakr má predajne v Londýne a New Yorku.

Niekoľko online predajcov sa špecializuje na 3D tlačiarne, ako napríklad Dynamism, ktorý predáva celý rad 3D tlačiarní rôznych značiek a tiež poskytuje zákaznícku podporu.

Aký softvér potrebujem na 3D tlač?

Takmer všetky 3D tlačiarne prijímajú súbory vo formáte nazývanom STL (pomenované pre stereolitografiu). Tieto typy súborov môžu byť produkované väčšinou ľubovoľného softvéru CAD, od drahých komerčných balíkov, ako je AutoCAD, po bezplatné alebo open-source produkty, ako sú Google SketchUp a Blender. Pre tých, ktorí nemajú sklon vytvárať vlastné 3D súbory, databázy 3D objektov, ako napríklad MakerBot's Thingiverse, ponúkajú množstvo súborov 3D objektov, ktoré je možné stiahnuť a vytlačiť.

Väčšina 3D tlačiarní je dodávaná so softvérovou sadou, dodávanou na disku alebo na stiahnutie, ktorá obsahuje všetko, čo potrebujete na tlač. Suity typicky poskytujú program na ovládanie tlačiarne a krájača, ktorý pri príprave na tlač formátuje súbor objektov do vrstiev na základe zvoleného rozlíšenia a ďalších faktorov. Niektoré súpravy obsahujú program na „liečenie“ súboru objektov odstránením problémov, ktoré by mohli narušiť hladkú tlač. Programy vyšli z open-source hnutia RepRap, z ktorého sa vyvinula 3D tlač fandov. Pri niektorých tlačiarňach si môžete vybrať jednotlivé programy komponentov, ktoré chcete stiahnuť, a nie ísť s tým, čo je súčasťou balíka.

Čo znamená budúcnosť pre 3D tlač?

K dispozícii je celý rad 3D tlačiarní pre domácnosti a malé podniky - spoločnosť PCMag ich prehodnotila pomerne veľa - stále sa však na ne často pozerá ako na exotické a skôr drahšie maškrty. Očakávajte, že sa to zmení v najbližších rokoch, keď sa 3D tlačiarne stanú bežnejšími v domoch - možno ich nájsť na pracovných stoloch, v štúdiách, domácich kanceláriách a dokonca aj v kuchyni. Možno ich nenájdete v každej domácnosti, ale stanú sa nevyhnutnými pre tých ľudí, ktorí ich majú. Výrobky vyrobené z 3D tlačiarní mali väčšinou homogénne interiéry, ale začneme vidieť zložitejšie výtvory kombinujúce rôzne materiály a kompozity, ako aj tlačiteľnú elektroniku. Ak v dnešných 3D tlačiarňach stratíte kryt batérie diaľkového ovládača televízora, môžete vytlačiť náhradný kryt. Ak zajtra prídete o diaľkové ovládanie, budete si môcť vytlačiť nové diaľkové ovládanie.

Aj 3D tlač získava oporu vo vesmíre. NASA experimentuje s 3D tlačiarňami na palube Medzinárodnej vesmírnej stanice. 3D tlačiarne sa nakoniec mohli použiť na vytváranie biotopov na Marse a ďalších svetoch. Aby astronauti Apollo 13 zachránili pred smrťou z dusenia oxidom uhoľnatým, NASA musela nájsť spôsob, ako umiestniť štvorcový kolík do kruhovej diery. Keby bola na palube 3D tlačiareň, mohli by byť schopní problém ľahko vyriešiť navrhnutím a tlačením konektora.

Astronauti sa nemôžu hýbať Home Depot, ak potrebujú vymeniť ventil alebo widget, ale 3D tlačiareň by ju mohla vyrobiť podľa potreby. Podobne uvidíme 3D tlačiarne v antarktických základniach a na iných vzdialených pozemských miestach, kde ľudia nemôžu čakať šesť mesiacov na ďalšiu dodávku, aby vymenili základné časti alebo nástroje.

Lekárske aplikácie 3D tlače nekončia protetikou, načúvacími prístrojmi a zubnými korunkami. (Pozrite si ukážku toho, čo môžu 3D tlačiarne urobiť?) Vyššie, čo sa deje.) Náhradné diely nemusia byť obmedzené iba na mechanické.

V posledných rokoch sme zaznamenali explóziu v rozmanitosti a použití 3D tlačiarní. Je to podobné tomu, kde bol osobný počítač okolo roku 1980. Aj keď je dosť ľahké vidieť niektoré oblasti, do ktorých sa bude oblasť 3D tlače rozvetvovať, iné sú mimo našej schopnosti predvídať, rovnako ako nikto okolo roku 1980 si nedokázal predstaviť veľa z toho, čo osobný počítač by sa zmenil na. Je možné, že 3D tlač nemusí mať rovnaký dopad ako počítač, ale má potenciál revolúciu vo výrobe a čo je možno dôležitejšie, priviesť ju do rúk každodenných spotrebiteľov. Jedna vec je však istá: 3D tlač zostáva tu.

Viac informácií nájdete v našom sprievodcovi 10 najlepšími 3D tlačiarňami a niektoré informácie od skorých osvojiteľov.