Jdi na navigaci předmětu

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.
starwars
Obrázek 1. 3D vytištěný SWAG © FLOWALISTIK (CC BY-NC-SA)

Technologie 3D tisku

Stereolitografie (SLA)

Metoda vytváření objektů z tekutého polymeru, který je postupně vytvrzován pomocí záření různých vlnových délek.

stereolithography apparatus
Obrázek 2. Stereolitografie. Z Wikipedie © Materialgeeza (CC BY-SA)
Video o SLA

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.

sls
Obrázek 3. Práškový tisk. Obrázek © PRLog
Video o SLS
Video o DMLS

PolyJet

Podobně jako v inkoustových tiskárnách je polymer vytryskáván z tiskové hlavy pomocí miniaturních trysek. Následně je vrstva vytvrzena UV paprskem. Video

PolyJet
Obrázek 4. PolyJet. (Nedokážeme dohledat původ obrázku, pomůžete nám? Na internetu je příliš rozšířený.)
Video o PolyJetu

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.

fdm by zureks
Obrázek 5. FDM. 1 – tryska vytlačující plast, 2 – vymodelovaná část objektu, 3 – pohybující se platforma. Z Wikipedie © Zureks (CC BY-SA)
Video o tisku z termoplastu

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.

reprap
Obrázek 6. Adrian Bowyer (vlevo) a Vik Olliver(vpravo) s první zreplikovanou RepRap tiskárnou. © RepRap, GNU FDL

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.

reprap darwin
Obrázek 7. RepRap Darwin. © Adrian Bowyer, GNU FDL
reprap v2 mendel
Obrázek 8. RepRap Mendel. © Adrian Bowyer, GNU FDL
rostock
Obrázek 9. Rostock. Johann C. Rocholl, GNU FDL
huxley
Obrázek 10. Huxley. © Petr Krčmář, root.cz, použito se svolením
assembled prusa mendel
Obrázek 11. Prusa Mendel. © Josef Průša, GNU FDL
prusai3 metalframe
Obrázek 12. Prusa i3. © Bitflusher, GNU FDL
rebel2
Obrázek 13. Rebel 2. © Petr Zahradník, fair use
rebelix
Obrázek 14. RebeliX (vlastní foto)
kossel
Obrázek 15. Kossel. © Johann C. Rocholl, GNU FDL
morgan
Obrázek 16. Morgan. © Morgan 3D Printers, GPLv2
foldarap
Obrázek 17. FoldaRap. © Emmanuel, GPLv2

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.