Technologie tisku a RepRap
Účelem tohoto textu je stručně vás seznámit s 3D tiskem a to především s 3D tiskem pomocí vytlačování termoplastu na open-source tiskárnách RepRap.
Nejedná se o vyčerpávající teoretický rozbor jednotlivých technologií, ani seznam definic, ale spíše o jemný úvod do hardwaru, se kterým se budeme v průběhu semestru setkávat.
Co to je 3D tisk
3D tisk je automatizovaný proces převodu digitálního trojrozměrného modelu na fyzický pevný trojrozměrný objekt.
Všechny technologie 3D tisku mají společný základní princip kladení vrstev na sebe, kterému se říká aditivní výroba. Je to opačný proces k obrábění materiálu. Místo toho, aby byl objekt z kusu materiálu vyřezán, je z materiálu postupně vyráběn.
3D model je „rozřezán“ na tenké vrstvy, které se pak pomocí tiskárny kladou jedna na druhou. Můžeme si to představit, jako kdybychom chtěli za pomocí stolní tiskárny vyrobit 3D objekt z papíru. Nejprve vytiskneme všechny potřebné vrstvy, poté nůžkami vystříháme a nalepujeme na sebe. V takovém případě jsme 3D tiskárna.
K čemu je 3D tisk dobrý
3D tisk se v dnešní době využívá především pro tyto věci:
- Prototypování
- Vytisknout prototyp součástky nebo designového prvku je levné a poměrně rychlé (v řádu hodin). Sériová výroba je (při velmi velkém množství) stále levnější a přesnější, ale pro prototyp se nevyplatí.
- Náhradní díly
- Nedostupnost náhradních dílů (cenová, vzdálenostní, existenční…) vede mnohé uživatele k využití 3D tisku. Ať už jde o ozubená kolečka do natahovací hračky, nebo matice do lunárního modulu.
- Základy pro další výrobky
- 3D výtisk často slouží jako prostředek k výrobě něčeho dalšího, často zakázkového. Například jako kostra pro sochu nebo mustr pro odlití formy.
- Zlepšováky
- Člověk je tvor vynalézavý a k tomu patří kutilství. Na 3D tiskárně se vyrábějí speciální díly pro modeláře, či potřeby pro domácnost (háčky, uzávěry, kolíky, držáky…).
- SWAG
- V neposlední řadě se samozřejmě vyrábí věci pro nerdy a geeky.
Technologie 3D tisku
Stereolitografie (SLA)
Metoda vytváření objektů z tekutého polymeru, který je postupně vytvrzován pomocí záření různých vlnových délek.
Práškový tisk (SLS, DMLS)
Technologie je založena na kladení tenkých vrstev prášku a následného vytvrzení pouze potřebných míst. Vytvrzení může probíhat buď zapečením prášku laserem (například kov, DMLS), nebo použitím tekutého polymeru a ozářením většinou UV zářením.
PolyJet
Podobně jako v inkoustových tiskárnách je polymer vytryskáván z tiskové hlavy pomocí miniaturních trysek. Následně je vrstva vytvrzena UV paprskem. Video
FFF/FDM/Thermoplastic extrusion
FFF (Fused Filament Fabrication) nebo FDM (Fused Deposition Modeling) je technologie, která je založena na principu "tavné pistole". Plast je tlačen do trysky, kde je roztaven a následně je kladen na podložku.
RepRap
RepRap je projekt, který vznikl jako reakce na vypršený patent o tisku pomocí vytlačování termoplastu. Adrian Bowyer (University of Bath) v roce 2005 projekt založil s cílem vytvořit 3D tiskárnu, kterou si každý může postavit sám ze součástek vytištěných na 3D tiskárně a běžně dostupných mechanických dílů.
V roce 2006 se podařilo úspěšně vytisknout první vlastní součástku a nedlouho na to vznikla první tiskárna a její kopie.
Více na reprap.org/wiki/RepRap_history.
Projekt RepRap se od té dobry rozrostl do celosvětového fenoménu, který se točí kolem open-source tiskáren, většinou na bázi FDM, ale existují i svobodné tiskárny jiných technologií.
Pravděpodobně nejznámější open-source 3D tiskárny jsou v současnosti ty od české firmy Prusa Research.
Vlastní tiskárnu si dnes postavíte za necelých 10 tisíc korun, existují i low-cost varianty, které jsou ještě levnější.
Modely RepRap
V pravém slova smyslu jsou RepRap tiskárny pouze ty, které vznikly pod vedením Adriana Bowyera na University of Bath. V rozšířeném smyslu je to jakákoliv tiskárna licencovaná pod GPL kompatibilní licencí, která dokáže tisknout některé své díly.
Další modely najdete na RepRap wiki.
Tiskové materiály pro FDM
Tiskárny tisknout z plastového drátu, většinou ve formě cívky. Nejčastěji se používají:
- ABS
- Akrylonitrilbutadienstyren. Znáte ho například z kostiček LEGO®. Budeme jej používat v předmětu, protože je dostatečně rozšířený, ale zároveň tisk z něj není triviální, kvůli silné tepelné roztažnosti. Má dobré vlastnosti po vytištění (odolnost, opracovatelnost).
- PLA
- Kyselina polymléčná. Biologicky rozložitelný polyesterový výrobek z rostlinných materiálů. Velmi jednoduše se tiskne, ale moc toho nevydrží, má velmi nízkou teplotu, při které začne měknout, což komplikuje například řezání, broušení apod.
- PETG
- Glykolem modifikovaný polyethylentereftalát (PET). Cílem je kombinace dobrých tiskových vlastností PLA a dobrých vlastností výtisků z ABS.
Další materiály najdete na RepRap wiki.