Na czym polega drukowanie 3D?

Na czym polega drukowanie 3D?

Drukowanie 3D, ze względu na swoje ogromne możliwości, zyskuje coraz to większą popularność na całym świecie. Dzięki zastosowaniu wszechstronnych metod tworzenia przedmiotów trójwymiarowych, wykorzystuje się je w dziedzinach medycyny (budując protezy czy tkanki), budownictwa (tworząc nawet ogromnych rozmiarów domy), a nawet gastronomi (drukując słodycze i innego rodzaju żywność). Na czym polega drukowanie przestrzenne?

Historia drukowania 3D

Jak powszechnie wiadomo, perspektywa druku powstała ponad 600 lat temu i przyjęła wtedy formę tekstu widocznego na dwuwymiarowych, papierowych kartkach. Oczywiście sprawcą wielkiego odkrycia był szeroko wszystkim znany Jan Gutenberg, dzięki któremu wydrukowano za pomocą prasy pierwszą na świecie Biblię.
Podstawowe metody drukowania były opracowywane przez wiele kolejnych lat, jednak największy przełom nastąpił, gdy na świecie pojawiły się komputery osobiste i drukarka atramentowa, wynaleziona w 1976 roku.
Za narodziny druku 3D przypisuje się rok 1984, w którym Charles Hull opracował stereolitografię, dzięki której możliwe było drukowanie „warstwa po warstwie”. Po upływie 4 lat opracowano najnowszą koncepcję (technologię FDM- Fused Deposition Modeling), która współcześnie stanowi podstawą przestrzennego drukowania.

Działanie drukarki 3D

Jak wcześniej wspomniano, najważniejszą zasadą drukarki 3D jest tworzenie elementów „warstwa po warstwie”. Każdy przedmiot, który wykonany jest na drukarce przestrzennej posiada wiele pokrywających się warstw. Wszystkie drukarki trójwymiarowe składają się z ruchomych przyrządów, które umożliwiają wydrukowanie kolejnej warstwy na wcześniejszej.
Każda z tworzonych warstw posiada niewielką wysokość, ponieważ im mniejsza wysokość tym więcej wynosi rozdzielczość wydrukowanego modelu. Oznacza to, że wysokość warstw ma duży wpływ na gładkość powierzchni i efekt wizualny wydruku. Jego stan zmienia się również w zależności od użytego materiału (filamentu), który przyjmuje formę żyłki zawiniętej na szpulę. Zazwyczaj wykorzystuje się filament z plastiku, żywicy czy metalu.

Technologie drukowania 3D

SLS – polega na tworzeniu modeli trójwymiarowych ze sproszkowanego materiału. Następuje to przez łączenie filamentu z zastosowaniem wiązki laserowej. Proszek zazwyczaj posiada grubość nie większa niż 0,06 mm. Rozprowadza się go na płycie z zawartością różnych współrzędnych i zespala się pojedyncze ziarenka proszku za pomocą lasera. Następnie wiązka lasera powoduje złączenie się kolejnych elementów proszku, które łączą się z wcześniej powstałą warstwą. Proces ten powtarza się aż do uzyskania zaplanowanego wcześniej przedmiotu, który pod koniec poddaje się obróbce.

FDM (Fused Deposition Modeling)- Metoda FDM stosowana jest w przypadku drukowania przedmiotów w mikroskopijnej wielkości. Polega na stopieniu materiału za pomocą rozgrzanej głowicy, a następnie nanoszenie go warstwa po warstwie i łączenie z poprzednio powstałymi warstwami.
DMLS – Do technologii DMLS stosuje się metalowy materiał w proszku, który nanoszony jest na specjalny stół roboczy za pomocą ostrza. Następnie filament przechodzi proces zespalania kolejno tworzonych warstw, do czego używa się wiązki lasera o długości fali 1064 nanometry.
POLYJET – W przypadku tej technologii materiał przyjmuje formę ciekłej żywicy fotopolimerowej, która zostaje utwardzona promieniami ultrafioletowymi. Za pomocą specjalnej głowicy pizoelektrycznej nanoszony jest filament, również stosując się do zasady „nakładania warstwa po warstwie”. Metoda POLYJET jest jedną z najbardziej dokładnych technologii drukowania 3D, w której istnieje możliwość wytworzenia bardzo cienkich warstw (w grubości nie większej niż 32 mikrometry).

Przykładowe wydruki 3D

MAKIETY ARCHITEKTONICZNE
Technologia wydruku 3D jest coraz częściej stosowana przez architektów, którzy oprócz wizualizacji oferują klientom możliwość obejrzenia makiet architektonicznych. Takie makiety wykonane na drukarce 3D są niezwykle atrakcyjną formą dla biur projektowych. Działania te nie tylko eliminują wydatki firmy, ale również zapewniają wysoki poziom i krótki czas wykonania danego projektu.

PROTEZY 3D
O drukowaniu przestrzennym zrobiło się najgłośniej, gdy w mediach z całego świata zaczęto mówić o tworzeniu na sprzęcie ludzkich protez. Wolontariusze z cenionych, światowych fundacji niosą pomoc ogromnej liczbie osób, które w wyniku wypadku czy choroby straciły ręce lub nogi. Największa zaletą drukowania kończyn w technologii 3D jest minimalny koszt usługi, który waha się w granicach 30-50 dolarów, gdzie w naszym kraju cena tradycyjnej protezy nierzadko wynosi kilka tysięcy złotych.

DOM 3D
Audrey Rudenko, pochodzący z USA jest głównym sprawcą zbudowania pierwszego na świecie domu, za pomocą technologii 3D. W celu stworzenia budynku o dużej powierzchni niezbędna jest drukarka posiadająca obszerne pole robocze (liczone w metrach) oraz materiał w formie betonu. Dom stworzony przez Rudenko przyjął formę zamku z dwoma wieżyczkami. Jego ściany zbudowane są z betonu, jednak w środku są puste (wypełniono je powietrzem).
Domy z drukarki budowane są również w Chinach, dokładniej w Szanghaju, gdzie dwa lata temu znana firma zbudowała aż 10 domów w przeciągu 24 godzin. Koszt wydrukowania jednego domu wynosił mniej niż 5 tysięcy dolarów.