Jak działa drukarka 3D: Podstawowa technologia drukowania 3D
Choć technologia druku 3D jest z nami już ponad 30 lat, to dopiero w dzisiejszych czasach powoli, lecz pewnie zaczyna wychodzić na czoło zainteresowania nie tylko geeków, ale także zwykłych ludzi. Wynika to ze spadających cen drukarek, a także z ich niezwykle szerokiej użyteczności. Dzięki nim można stworzyć niemal wszystko, co tylko przyjdzie do głowy. Dzięki temu możliwe jest rozwiązanie wielu trudnych problemów domowych i zawodowych, dodatkowo w dosyć tani sposób, bo poza ceną zakupu, obsługa drukarki 3D to bardzo tania sprawa. Jeśli pociąga Cię ta technologia, w kolejnych wierszach wyjaśnimy, jak właściwie działa drukarka 3D i czym różnią się od siebie poszczególne modele.
Jak działa druk 3D
Jak sama nazwa wskazuje, chodzi o urządzenia zdolne do drukowania obiektów trójwymiarowych według specjalnych projektów tworzonych w specjalistycznych programach komputerowych. Szablony drukowanych przedmiotów można tworzyć samodzielnie lub np. pobierać z Internetu, co omówimy w dalszej części tego artykułu. Jeśli chodzi o proces drukowania, można bardzo prosto powiedzieć, że tworzenie obiektu 3D odbywa się poprzez nakładanie na siebie wielu warstw materiału, który po utwardzeniu zachowuje pożądany kształt i posiada właściwości typowe dla użytego materiału, którym jest filament, lub żywica. Na rynku znajdziesz całą gamę filamentów i żywic, które można wykorzystać do tworzenia przedmiotów o różnych właściwościach, od różnych kolorów, przez szybkość wiązania po np. elastyczność czy twardość. Gdybyśmy mieli podsumować proces druku 3D w najprostszy możliwy sposób, zostałby on określony jako „szlifowanie na odwrót”, ponieważ materiał nie jest usuwany w celu stworzenia danego produktu, a raczej jest nakładany warstwami.
Wskazówka: Drukowanie 3D to nie tylko zabawa dla majsterkowiczów lub nerdów komputerowych. Współczesny świat coraz bardziej udowadnia, że widzi w tej technologii ekstremalną przyszłość. W niektórych obszarach ma nawet potencjał, by je fundamentalnie zmienić. W mediach stosunkowo często można spotkać informacje np. o druku 3D domów, który ze względu na szybkość i niskie koszty cenowe może w przyszłości spowodować całkowitą rewolucję w budownictwie. W momencie wybuchu pandemii COVID-19 wszyscy w Polsce drukowali na drukarkach 3D osłony twarzy dla placówek medycznych, co w swej istocie można też uznać za małą rewolucję – ponieważ do tego czasu wiele osób postrzegało drukarki 3D tylko jako hobby. O zastosowaniach drukarek 3D w dzisiejszym świecie dowiesz się w naszym starszym artykule Przemysł, astronautyka i medycyny: do czego służy druk 3D?
Technologia druku 3D
Chociaż od narodzin druku 3D ponad 30 lat temu pojawiło się wiele różnych procedur technologicznych, ponieważ początkowo każdy wynalazca zachowywał swoją tajemnicę ze względu na jej wyjątkowość, z czasem technologie druku 3D wykrystalizowały się, przynajmniej z punktu widzenia użytku publicznego, tylko na dwa rodzaje, które są zarówno dostępne cenowo, jak i użyteczne nawet w domowych, oraz nieco zaawansowanych warunkach. W ostatnich latach producenci drukarek 3D najbardziej celowali w zwykłych użytkowników, gdyż dla nich jest to najciekawszy i zdecydowanie najszerszy segment, do którego są w stanie dotrzeć. Przedstawmy więc parę podstawowych technologii druku 3D.
FDM/FFF
Zdecydowanie najbardziej rozpowszechnioną technologią druku 3D jest tak zwany FDM (Fused Depositon Modeling), ale ponieważ Stratasys zarejestrował znak towarowy dla tego oznaczenia, w celach komercyjnych (nie tylko) zostało użyte oznaczenie FFF (Fused Filament Fabrication). W obu przypadkach jest to jednak jedna i ta sama zasada działania drukarki 3D, a jeśli mówimy o stacjonarnych drukarkach 3D, to zdecydowana większość z nich wykorzystuje tę technologię do modelowania.
Technologia druku FDM/FFF działa na zasadzie topienia materiału, który do drukarki dostarczany jest najczęściej w postaci plastikowego sznurka, tzw. filamentu. Umieszczany w podajniku drukarki 3D znajduje się na szpuli, z której drukarka stopniowo odwija materiał i „wchłania” go do głowicy drukującej, gdzie się topi. Głowica drukująca drukarki 3D układa następnie warstwę po warstwie w fizyczny model 3D, który pobiera z komputera, karty pamięci, aplikacji itp. W zasadzie ta technologia druku 3D jest bardzo podobna do technologii druku drukarek atramentowych. Tak jak głowica drukująca wstrzykuje bardzo małą ilość atramentu na papier, głowica drukująca drukarki 3D umieszcza stopiony materiał na podłożu warstwę po warstwie, tworząc fizyczny model.
Technologia druku 3D FDM/FFF to najtańsza technologia druku 3D, co jest głównym powodem, dla którego jest tak rozpowszechniona. Stacjonarną drukarkę 3D FDM/FFF do użytku domowego można bez problemu kupić za mniej niż 2 000 złotych. Stosunkowo dużym pozytywem jest również fakt, że zdecydowana większość filamentów, a raczej ich topienie, wytwarza tylko minimalny zapach, co sprawia, że bez problemu można korzystać z drukarki w niewentylowanym pomieszczeniu podczas jej normalnego użytkowania – oczywiście, jeśli nie przeszkadza ci hałas, który emituje.
Wadą tej technologii jest długi czas druku, duże zróżnicowanie jakości druku, która zależy od modelu drukarki i użytego materiału oraz różne ograniczenia konstrukcyjne (np. materiał stapiany musi najpierw stwardnieć, w przypadku bardziej skomplikowanych modeli należy więc pamiętać o druku podpór itp.). Dodatkowo od czasu do czasu można napotkać błędy podczas drukowania, gdy np. z powodu niedokładnych ustawień drukarki poszczególne warstwy są niewłaściwie ułożone, co całkowicie niszczy finalny wydruk. Wiele godzin wysiłku może wkrótce pójść na marne.
Wskazówka: Już dawno nie ma na rynku tylko jednego rodzaju filamentu, z którego drukowane jest absolutnie wszystko. Dzięki nieustannemu postępowi technologicznemu, który oczywiście wpływa również na drukarki 3D, obecnie możesz wybierać spośród dosłownie ekstremalnej liczby różnych rodzajów filamentów, które nie różnią się od siebie niczym innym, jak tylko właściwościami. Można znaleźć kawałki niezwykle twarde oraz elastyczne, jak i włókna o niskiej temperaturze topnienia odpowiednie dla dzieci itp. Krótko mówiąc, to od Ciebie zależy, jaki rodzaj filamentu wybierzesz lub który z nich będzie odpowiedni do twoich projektów. Jak wybrać odpowiednie włókna do swojej drukarki 3D omówiliśmy w naszym starszym artykule. Następnie dokładnie przeanalizowaliśmy poszczególne rodzaje filamentów w artykule Pióro 3D: przewodnik dla początkujących, chociaż tutaj skupiamy się nie tylko na klasycznych filamentach do drukarek, ale także na wkładach do pióra.
SLA
Drugim i ostatnim, obecnie rozpowszechnionym rodzajem druku 3D jest SLA. Za tym skrótem kryje się stereo litografia, która oznacza utwardzanie żywicy polimerowej do określonego kształtu za pomocą diod LED lub promieni UV. Główną domeną tej technologii druku 3D jest jej ekstremalna dokładność, która znacznie przewyższa rozdzielczość drukowania drukarek FDM/FFF. Jednak ta dokładność trzeba zapłacić stosunkowo wysoką cenę. Pierwszą bez wątpienia jest cena, która jest zupełnie nieporównywalna z FDM/FFF dla modeli, które już teraz są tego warte pod względem maksymalnych rozmiarów nadruku – oczywiście w negatywnym sensie. Drugim poważnym problemem jest to, że podczas utwardzania żywicy promieniami uwalniane są gazy toksyczne, które należy odciągnąć, gdyż w przeciwnym razie groziłoby zatrucie. Właśnie z tego powodu drukarki SLA są wymagające nie tylko wymiarowo, lecz także potrzebują zamkniętą powierzchnię druku, która jest podłączona (przynajmniej w przypadku większych modeli, gdzie istnieje realne ryzyko zatrucia) do ssania. Bez przesady, w przypadku zakupu mocniejszej drukarki SLA, należy wziąć pod uwagę modyfikacje konstrukcyjne pomieszczenia, w którym drukarka będzie się znajdować.
Druk 3D z technologią litografii stereo na drukarce Carbon 3D.
Wskazówka: Modeli 3D możesz tworzyć nie tylko za pomocą drukarek 3D. Do tych celów można również użyć specjalnych piór 3D, które zasadniczo działają bardzo podobnie do drukarek FDM/FFF, ale steruje się nimi wyłącznie ręcznie. Więcej informacji na ich temat przygotowaliśmy dla Was w tym artykule.
Skąd brać projekty do druku 3D?
Projekty cyfrowe do druku 3D konstruowane są w programach do modelowania 3D, takich jak AutoCAD, Blender itd. Trzeba jednak dodać, że nauka w tych programach nie jest sprawą do końca łatwą – tym bardziej jeśli jesteś samoukiem i dla swojego doskonalenia wykorzystasz np. „tylko” filmy w Internecie itd.
Właśnie z tego powodu jest bardzo prawdopodobne, że przynajmniej na wczesnych etapach swojej kariery w druku 3D będziesz polegał przede wszystkim na gotowych modelach 3D udostępnionych zarówno przez producentów drukarek 3D, jak i doświadczonych użytkowników w Internecie. Internet zawiera wiele baz gotowych modeli 3D, które często są dostępne na wolnych licencjach i przynajmniej do użytku niekomercyjnego, można je bezpłatnie pobrać i wykorzystać. Pamiętaj jednak, że są to zazwyczaj prostsze przedmioty, których stworzenie nie zajęło ich twórcom zbyt wiele czasu. Większe projekty (na przykład różne postacie z gier wideo lub przedmioty zajmujące dużo miejsca) zazwyczaj trzeba kupić. Ich cena zaczyna się od jednostek i zwykle kończy się na dziesiątkach dolarów lub euro.
Projekty 3D modelowane są w programach komputerowych do modelowania 3D. Preferowanym formatem większości stacjonarnych drukarek 3D jest STL.
Zweryfikowana baza wysokiej jakości modelów 3D do pobrania:
Ostatnią opcją uzyskania modelu 3D do wydrukowania jest zeskanowanie fizycznego obiektu skanerem 3D. Chodzi o urządzenia, które potrafią zeskanować kształt i powierzchnię trójwymiarowego obiektu i przekształcić go w postać cyfrową. W tym przypadku jednak należy wziąć pod uwagę, że dokładność tych skanów nie jest w 100 % dokładna, dlatego wynikowy wydruk nie może być równy wydrukowi opartemu na cyfrowym - zaprogramowanym - szablonie. Jeśli chcesz jednak skopiować prostsze obiekty 3D, skanowanie 3D powinno sobie z tym poradzi. Obecnie do ich tworzenia można wykorzystać różne aplikacje mobilne. Trzeba jednak pamiętać, by telefony posiadały czujniki laserowe typu LiDAR.
Którą wybrać?
Jeśli nawet po przeczytaniu poprzednich wierszy nie wiesz, która drukarka 3D jest dla Ciebie najlepsza, odpowiedz na kilka podstawowych pytań. Po pierwsze, ile pieniędzy chcesz przeznaczyć na drukarkę 3D. Drugim pytaniem, które powinieneś sobie zadać, jest to, jak duże obiekty 3D faktycznie chcesz wydrukować, a trzecim pytaniem, jak dokładny musi być wydruk. Ogólnie można powiedzieć, że jeśli szukasz taniej drukarki z bardzo dobrą przenośnością i obsługą stosunkowo dużych wydruków, FDM/FFF jest dla Ciebie absolutnie idealna, ponieważ spełnia Twoje wymagania. Jeśli nie masz problemu z wyższą inwestycją w drukarkę, mniejszymi wymiarami, ale przede wszystkim zależy Ci na idealnie dokładnych wydrukach, rozejrzyj się po modelach SLA. W efekcie i one można uzyskać za stosunkowo rozsądne (choć znacznie wyższe niż FDM/FFF) kwoty, dzięki czemu przynajmniej ich „wypróbujesz” i będziesz miał w przyszłości podczas wyboru większe doświadczenie. Jednak dla początkujących drukarka FDM/FFF jest naprawdę bardziej znacząca i dlatego zalecamy tę.
Artykuł przy współpracy z portalem: primenews.pl
Podobne artykuły
2 minuty czytania
Przewodnik po skanerach 3D: jakie są ich zalety i wady?
Jeszcze kilka lat temu technologia z książek science fiction, dziś rutyna. Skanowanie 3D ma niezastąpioną rolę w archeologii, medycynie, ale także w rozwoju gier wideo lub mapowania terenu. Możemy również zamienić twój smartfon w skaner 3D. Jak działa skaner 3D? Dowiedz się więcej z tego artykułu.
Przeczytaj cały artykuł »
8 minut czytania
Pióro 3D: przewodnik dla początkujących
Czy próbowałeś już rysować trójwymiarowe obiekty? Z piórem 3D to żaden problem. Dowiedz się, jak działają pióra 3D, jak je obsługiwać i jak z ich pomocą stworzyć wspaniałe prezenty dla swoich bliskich.
Przeczytaj cały artykuł »