Druk 3D coraz bardziej zyskuje na popularności w Polsce. Nie jest dziwne więc, że coraz częściej można się spotkać ze szkoleniami z druku modeli trójwymiarowych, a najpopularniejsze maszyny takie jak Zortrax M200 Plus, 3DGence One, a także Prusa MK3s są jeszcze bardziej rozchwytywane. Wiele osób dopiero zaczyna swoją zabawę z drukiem, dlatego też postanowiłem napisać artykuł wyjaśniający różnice między technologiami druku, a także opisać ich mocne oraz słabe strony. Artykuł ten niech będzie prologiem wyjaśniającym najpopularniejsze rozwiązania w branży, która dynamicznie się rozwija na przestrzeni ostatnich lat. Z każdym dniem producenci filamentów konstruują nowe materiały, które jeszcze bardziej ułatwią druk, a wydrukowane modele będą charakteryzować się większą wytrzymałością aniżeli ich wcześniejsze prototypy.
Osobom, które nie są zaznajomione z tematem druku 3D należy wyjaśnić na czym on polega. Drukowanie przestrzenne, czyli tzw. Druk 3D, jest to metoda wytwarzania prototypów modeli trójwymiarowych charakteryzująca się nakładaniem materiału budulcowego warstwa po warstwie, oraz ich spajaniu. Druk 3D jest technologią addytywną, która polega na powstawaniu modelu krok po kroku, warstwa po warstwie, ze znikomym odpadem w postaci podpór tzw. supportów. Przeciwieństwem druku 3D jest technologia subtraktywna, w której to z bryły materiału usuwana jest jego zbędna część tworząc gotowy model. Charakteryzuje się ona obróbką skrawaniem, czyli takimi procesami jak np. frezowanie, toczenie, wiercenie. Wynikiem takiego działania jest generowanie dużej ilości odpadów. Drukowanie przestrzenne cechuje się małą ilością odpadów, dlatego też jest tak popularny w ostatnich latach. Wyróżniamy cztery podstawowe technologie w druku przestrzennym, które cechują się największą popularnością wśród klientów zamawiających gotowe wydruki. Wśród nich znajdują się między innymi:
- Technologia FDM/FFF
- Technologia SLA
- Technologia SLS
- Technologia PolyJet
Technologia FDM
Najpopularniejsza technologia wytwarzania modeli trójwymiarowych jaka obecnie jest stosowana na rynku. FDM (Fused Deposition Modeling) jest przepustką dla każdego amatora wkraczającego w świat druku 3D. Technologia ta charakteryzuje się szybkim i przede wszystkim tanim drukowaniem modeli. Zaletą korzystania z tej technologii jest atrakcyjny stosunek jakości do ceny oraz wytrzymałość mechaniczna elementów pozwalająca na wytwarzanie części zamiennych jako w pełni funkcjonalne prototypu.
Technologia charakteryzuje się tzw. drukowaniem z plastiku, czyli użyciem termoplastów, które w wysokich temperaturach uzyskują satysfakcjonującą plastyczność oraz możliwe jest nakładanie się materiału warstwa po warstwie. Materiał, tzw. Filament, który jest zazwyczaj zawieszany w bocznej części drukarki, posiada formę żyłki. Żyłkę tą należy wprowadzić do ekstrudera. Tam materiał jest zaciągany do warstwy ciepłej, w której jest podgrzewany i następnie poprzez głowicę umieszczany na stole roboczym. Wiele drukarek posiada dodatkowe rozwiązania ułatwiające instalację filamentu do ekstrudera. Można się spotkać miedzy innymi z rurkami, które doprowadzają materiał do miejsca docelowego, jak również gąbki czyszczące materiał przed jego ostatecznym podgrzaniem.
Drukarkami, w których możliwy jest druk w technogii FDM to między innymi Zortrax M200 Plus, 3DGence One, a także Prusa MK3s.
Technologia SLA
Jedną z najstarszych technologii wykorzystywaną do druku 3D jest stereolitografia, czyli technologia SLA. Opracowana przez Charlesa Hulla w 1984 roku, dzisiaj stanowi jedną z najważniejszych metod druku modeli trójwymiarowych. Jedną z niewątpliwych zalet tej technologii jest wysoka rozdzielczość wydrukowanych prototypów, gładka powierzchnia wydruku, która nie podlega dodatkowej obróbce, a także możliwość odwzorowania skomplikowanych geometrii. W momencie gdy przez wysokość warstwy wydruku technologia FDM nie nadaje się do niektórych modeli, projektanci zazwyczaj wybierają druk w żywicy, aby stworzyć wysokiej jakości prototyp.
Technologia ta charakteryzuje się utwardzaniem płynnej żywicy (fotopolimeru) znajdującej się w zbiorniku, poprzez wiązkę lasera, która jest kierowana w odpowiednie miejsce, poprzez zestaw specjalnych luster. Platforma robocza opuszcza się i zanurza w żywicy, ta zaś poddaje się procesowi polimeryzacji. Następnie platforma podnosi się, a materiał jest mieszany. Proces ten trwa do momentu uzyskania odpowiedniego kształtu modelu.
Technologia SLA jest wykorzystywana w takich drukarkach jak Form 3 firmy Formlabs, w przypadku której plamka lasera ma wielkość 85 mikrometrów.
Technologia SLS
Kolejną z najczęściej wykorzystywanych technologii druku przestrzennego jest selektywne spiekanie laserowe (Selective Laser Sintering). Metoda, która została opracowana na Uniwersytecie w Austin w USA, charakteryzuje się możliwością uzyskania bardzo dobrych jakościowo prototypów o złożonej geometrii. Zaletą tej technologii jest również wysoka wytrzymałość materiałów. Gotowe prototypy można również po zakończeniu procesu drukowania poddać obróbce np. piaskowaniu lub lakierowaniu. Ciekawostką jest, że druk w technologii SLS może być wykorzystywany do seryjnego drukowania prototypów lub części do gotowych produktów. Dzięki nie wykorzystywaniu podpór jest to bardzo ekonomiczne rozwiązanie, w momencie kiedy drukuje się większą ilość elementów. Rozwiązanie to nie jest odpowiednie dla druków pojedynczych modeli, jest to spowodowane wymianą proszku po każdym drukowaniu. Wśród wad wykorzystywania tej technologii można zaliczyć długi czas drukowania materiału. Druki wykonane w technologii SLS wykorzystywane są w tworzeniu części ruchomych maszyn, w przemyśle medycznym, a także do celów edykacyjnych.
Technologia SLS polega na spajaniu proszków tworzyw sztucznych przy zastosowaniu wiązki lasera. Materiał znajdujący się w pojemniku zostaje podgrzany do temperatury bliskiej topnienia oraz zostaje rozprowadzony na obszarze roboczym maszyny. Drukowanie w tej technologii odbywa się poprzez selektywne spiekanie cząsteczek proszku polimerowego. Promień lasera, dzięki zastosowaniu zwierciadeł, jest skupiany na rozprowadzonej warstwie proszku, gdzie następnie spieka kolejną warstwę modelu. Po zakończeniu procesu spiekania stół roboczy się obniża oraz dzięki rolce sproszkowany materiał zostaje kolejny raz nałożony na obszar roboczy, aż do momentu uzyskania gotowego prototypu.
Drukarki, które wykorzystują technologię SLS, to między innymi 3D Formlabs Fuse, Sinterit Lisa Pro, Wematter Gravity (rozwiązanie dla druku seryjnego).
Technologia PolyJet
Ostatnią omawianą dzisiaj technologię jest drukowanie elementów z żywic fotopolimerowych utwardzanych światłem UV, czyli PolyJet. Główną zaletą wykorzystywania tej technologii jest możliwość skorzystania z żywicy podporowej. Tak jak w przypadku drukowania proszkowego SLS również tutaj możliwe jest odwzorowanie skomplikowanych modeli trójwymiarowych, o bardzo gładkiej powierzchni. Obecne najlepsze maszyny dysponują możliwością druku prototypów o warstwie zaledwie 16 mikronów. Wykorzystywania kilku materiałów do jednego druku, oraz korzystanie z pełnej palety kolorów (możliwy uzyskania efektu gradientu na gotowym prototypie) powoduje ciągły wzrost ilości miłośników druku w tej właśnie technologii. Wadą wykorzystywania tej technologii są wysokie koszty produkcji pojedynczych prototypów, a także światłoczułość modeli. Mogą one z czasem ulec degradacji.
Proces drukowania w technologii PolyJet odbywa się kilkoma etapami. W pierwszym z nich żywica fotopolimerowa podgrzewana jest do temperatury 40-60 °C, dzięki czemu uzyskuje ona formę płynną gotowa do rozprowadzenia na obszarze roboczym. W miejscach, w których wymagane są tzw. supporty drukarka rozprowadza usuwalny materiał podporowy. Po rozprowadzeniu warstwy żywicy na platformie źródło światła UV utwardza naniesiony materiał. Proces ten jest powtarzany do uzyskania gotowego prototypu. Gotowy model można następnie poddać kąpieli w wodzie przy użyciu myjki ciśnieniowej w celu usunięcia zbędnych podpór.
Rynek drukarek korzystających z tej technologii nie jest na ten moment tak bardzo rozwinięty jak na przykład w porównaniu do drukarek drukujących w technologii FDM. Wśród istniejących gotowych drukarek najbardziej popularne są rozwiązania od firmy StrataSys, czyli drukarki z rodziny Objet30.
Źródła:
proto3000.com
all3dp.com
pl.wikipedia.org
Specjalne podziękowania za dodatkowe materiały: TB Technology
Rozpocznij
nowy projekt
razem z nami!
Skorzystaj z naszej oferty druku 3D
Zostaw swoje dane kontaktowe i otrzymaj niezobowiązującą ofertę już w 24h!
