Wszelakie zastosowanie druku 3D - ogromny potencjał

Drukarki 3D, które coraz chętniej są stosowane przez przedstawicieli najróżniejszych branż, dają ogromne możliwości. Zobaczmy, gdzie są stosowane!

Co nam daje druk 3D?

W zwykłych drukarkach tworzone są płaskie obrazy. Mozaika punktów, utworzonych z drobin tuszu albo proszku zwanego tonerem, jest nanoszona na podłoże. Najczęściej jest nim papier, ale wydruki mogą powstawać również np. na folii. Wydruki mogą być kolorowe lub czarno-białe o różnych rozmiarach i parametrach wydruku.

Drukarki 3D działają na zupełnie innej zasadzie. Nie tworzą płaskiego rysunku, lecz trójwymiarowy obiekt, zwany wydrukiem. Do drukowania nie jest stosowany toner ani atrament, ale odpowiednie tworzywo, które może “trzymać się siebie”, bez konieczności zapewnienia jakiegokolwiek podłoża. Drukowanie 3D jest określane również mianem druku przyrostowego, ponieważ w miarę upływu czasu, obiekt staje się coraz większy aż do osiągnięcia swojej ostatecznej formy.

Wydruki tworzone są warstwami, stąd ich charakterystyczna, ząbkowana struktura. Im większa rozdzielczość druku, tym cieńsze są warstwy i wydruk może lepiej odwzorować różne detale, Niestety, proces trwa wtedy dłużej, więc do różnych zastosowań używa się różnych parametrów wydruku.

Najpopularniejsze drukarki

Większość drukarek 3D, które amatorzy mają w swoich domach, działa na bazie technologii FDM (ang. Fused Deposition Modeling) lub FFF (ang. Fused Filament Fabrication). Oba te określenia są równoważne, więc często używa się nazwy FDM/FFF.

Cechą charakterystyczną tego typu druku 3D jest nanoszenie materiału wytłaczanego z podgrzewanych głowic drukujących. W jednym urządzeniu jest jedna taka głowica, do której podajnik (zwany ekstruderem) wciska tworzywo (zwane filamentem) rozwijane z rolki. Głowica rozgrzewa się do zadanej temperatury, a ciekły filament wypływa z niej.

Obiekt tworzony jest na stoliku roboczym, który może być podgrzewany lub nie - to zależy od materiału filamentu, z którego aktualnie tworzony jest wydruk. Głowica porusza się względem stolika, nanosząc cienką strużkę filamentu, lecz niekoniecznie to sama głowica musi się ruszać. W niektórych wykonaniach drukarek, głowica porusza się jedynie w poziomie (lewo/prawo/przód/tył), a w górę i w dół stolik - ruch, jak wiadomo, jest względny, więc chodzi wyłącznie o umożliwienie naniesienia filamentu w różnych częściach stolika roboczego.

Nie tylko filament

Drukarki 3D są różne i nie operują wyłącznie z użyciem filamentu. Oto inne rodzaje druku 3D. Jednak naukowcy opracowują coraz to nowe techniki, dlatego poniższa lista nie zawiera wszystkich możliwych sposobów druku przyrostowego.

SLS

Selective Laser Sintering - polega na łączeniu drobinek poliamidu za pomocą światła laserowego o wysokiej energii. Podgrzane drobinki spiekają się ze sobą, a pozostałe są sypkie. Po zapieczeniu wszystkich drobinek w danej warstwie, dosypywana jest kolejna warstwa proszku i laser ponawia swoją operację na nowej warstwie wydruku, leżącej wyżej niż poprzednia.

Ta technologia druku 3D daje bardzo wysokie możliwości jeżeli chodzi o dokładność odwzorowania. Ponadto, nie są wymagane podpory, które mają utrzymywać elementy wydruku przed ich złączeniem, ponieważ w naturalny sposób są podtrzymywane przez proszek.

SLA

Stereolithography - zamiast proszku jest używana ciekła żywica światłoutwardzalna, a laser emituje światło ultrafioletowe (UV). Stolik roboczy jest naświetlany punktowo - w miejscach, gdzie żywica ma zostać utwardzona - na danej warstwie, a następnie, po wykonaniu całej warstwy, opuszcza się niżej i cykl powtarza się.

Gotowy wydruk wymaga opłukania z resztek nieutwardzonego fotopolimeru, a następnie dokładnego naświetlania w tzw. naświetlarce, aby uzyskał swoje docelowe właściwości. Krawędzie wydruków są gładkie.

DMLS

Direct Metal Laser Sintering - działa podobnie do SLS, ale tworzywem jest sproszkowany stop odpowiednich metali. Laser o bardzo wysokiej mocy podgrzewa punktowo taki proszek, tworząc w tym miejscu spiek.

Co ciekawe, taki metalowy detal potrafi być mocniejszy niż jego odlewany odpowiednik. Przy użyciu tej technologii można otrzymywać detale o kształtach niemożliwych do uzyskania z wykorzystaniem zwykłych narzędzi do obróbki metalu - frezarek, tokarek, wiertarek i innych.

Zastosowania druku 3D

Poznaliśmy różne metody druku 3D. Każda z nich ma swoje wady, zalety i cechy szczególne, które odróżniają ją od innych. Zobaczmy, gdzie są stosowane:

W przemyśle

Wszelkiego rodzaju prototypy są tworzone przy użyciu drukarek 3D. Można w ten sposób dosyć szybko stworzyć model nowej obudowy albo innego detalu, który został wcześniej narysowany z użyciem komputera.

Po zatwierdzeniu prototypu, można przejść do etapu produkcji masowej. W ten sposób da się sprawdzić poprawność wykonania detalu bez konieczności ponoszenia bardzo wysokich nakładów finansowych na wyprodukowanie jednej sztuki, która potencjalnie może okazać się bezużyteczna.

Niektóre detale, na przykład bardzo skomplikowane zębatki czy inne fragmenty przekładni, mogą powstać wyłącznie w drukarkach 3D - ot, choćby za pomocą technologii DMLS. Można je wykorzystać nie tylko do naprawy już istniejących urządzeń, w których dany podzespół uległ awarii i wymaga naprawy.

Znajduje to uzasadnienie ekonomiczne również w przypadku urządzeń wykonywanych jednostkowo, na specjalne zamówienie.

W jubilerstwie

Modele do produkcji biżuterii czy innych ozdób również nie muszą być wytwarzane ręcznie. Wystarczy zaprojektować wygląd np. bransolety, wydrukować ją i użyć jako pierwowzoru do wykonania metalowego detalu z użyciem metody wosku traconego.

Co ważne, taki sam wzór może być wydrukowany wielokrotnie lub można do niego za każdym razem wprowadzać pewne zmiany, bez konieczności ręcznego przerabiania filigranowego modelu. Tutaj prym wiodą drukarki stosujące technikę SLA.

W medycynie

Głównie w stomatologii, ale nie tylko - drukarki 3D pozwalają na odtworzenie fragmentu kości, stworzenie nowego zęba lub nawet całego stawu. Co istotne, można do tego użyć materiałów, które zostaną pozytywnie przyjęte przez żywą tkankę i wkomponują się w nią.

Druk 3D umożliwił niskobudżetowy wyrób protez dla dzieci. One szybko rosną, więc produkcja masowa nie ma sensu. Tymczasem, przy użyciu druku przyrostowego można stworzyć prostą protezę kończyny za cenę znacznie niższą niż gotowej.

Podejmowane są próby druku fragmentów skóry, czaszki a nawet unaczynionych narządów. Co bardzo ważne, te elementy są robione na miarę konkretnego pacjenta, więc można je dopasować do jego koloru skóry albo kształtu głowy, aby nowy fragment ciała nie odróżniał się od pozostałych.

W architekturze

Modele konkretnych budynków albo nawet całych osiedli mieszkaniowych, skrzyżowań czy terenów fabrycznych - to wszystko można niedużym kosztem stworzyć na drukarce 3D

Dzięki takiemu podejściu można nie tylko ucieszyć oko inwestora czy nabywcy. Model wykonany z zachowaniem odpowiedniej skali pozwoli również zauważyć pewne mankamenty budowli zanim wykonawca przystąpi do jej realizacji.

W pracy badawczej

Drukarki 3D mogą stworzyć wiele rzeczy, na przykład repliki kości dinozaurów. Na ekspozycji może się wtedy znajdować wierna kopia szczątków zwierzęcia, a oryginał, przechowywany w odpowiednich warunkach, może spoczywać na potrzeby przyszłych badań.

Można w ten sposób odtwarzać również brakujące detale, aby uzyskać kompletną całość.

Podsumowanie

Druk 3D dał ludzkości ogrom nowych możliwości, które dotychczas nie były spotykane. Możemy drukować rzeczy z tworzyw sztucznych, z żywic a nawet z metalu. Wachlarz zastosowań druku przyrostowego jest imponujący i z roku na rok się poszerza.