Vymysleli jste design nějaké praktické pomůcky či originální dekorace? Nebo vám doma chybí nějaká součástka, kterou ani nevíte, kde byste mohli sehnat? Nejen v těchto situacích je 3D tisk tím, co vám může ulehčit, ale i zpříjemnit život. Navíc jde o aktivitu jako stvořenou pro kutily i nadšence do informačních technologií. A jak dokázaly příběhy koronavirové krize, výrobky ze 3D tiskáren mohou dokonce zachraňovat životy. V tomto článku vám řekneme vše, co potřebujete vědět, abyste mohli s 3D tiskem začít.
3D tisk je druh aditivní (přídavné) výroby, což znamená, že k produkci výrobků dochází postupným přidáváním materiálu. Tím se liší jak od obráběcí a frézovací CNC výroby, v níž jde naopak o ubírání materiálu, tedy vyřezávání výrobků, tak od tvarování materiálu pomocí forem. Oba zmíněné postupy jsou sice velmi rychlé a ve velkovýrobě výhodné, vyžadují ale zázemí, finance, odborné pracovníky a mnoho přípravy. Než vůbec stihnete vytvořit formu pro odlévání, můžete mít na 3D tiskárně vytištěno, co potřebujete. Když přijde na samotnou výrobu, je sice 3D tisk pomalejší, protože ale můžete tisknout prakticky ihned, pro zakázkovou malovýrobu či domácí kutilství se jedná o ideální technologii.
Rozlišujeme dvě základní metody tisku 3D objektů – FDM (FFF) a SLA. Oba principy najdete vysvětleny níže. Důležité je, že podstatně rozšířenější a populárnější jsou FDM tiskárny. Začínají na nižších cenovkách a umožňují tisk z velmi širokého množství materiálů. SLA tiskárny sice tyto přednosti nemají, když ale přijde na přesnost tisku, schopnost realizovat i malé detaily a vytvořit hladký povrch, nemohou se s nimi FDM tiskárny měřit. Při pochopení toho, jak obě technologie tisku fungují, je zřejmé proč.
Zkratka FDM pochází z anglického Fused Deposition Modeling, jedná se ale o ochrannou známku společnosti Stratasys, takže ačkoliv se v 3D tiskové komunitě hojně používá, na stránkách výrobců ji obvykle nenajdete. Správný název technologie je tedy FFF (Fused Filament Fabrication), což by se dalo přeložit jako výroba taveným filamentem. A právě na tavení a řízené distribuci filamentu, což je struna tiskového materiálu, je tato technologie založena.
Samotný FFF 3D tisk probíhá následovně: do tiskárny vstupuje tiskový materiál v podobě struny. Ten je následně roztaven v tiskové hlavě (extruderu) dostatečně na to, aby mohl být protlačen skrze trysku a po vrstvách transformován na tištěný výrobek. Právě na přesném tvoření tenkých vrstev je 3D tisk založen. Tisková hlava se pohybuje nad tiskovou podložkou (bed) dle instrukcí vytvořených na základě 3D modelu a po vrstvách staví výrobek odspodu nahoru.
Tento způsob tisku je přesný, závisí ale na rozlišení trysky. Zároveň přináší několik nežádoucích efektů, jako například to, že tiskový materiál může při chladnutí měnit své vlastnosti a nečekaně se srazit (maximálně v řádu milimetrů). Proto bývají tiskové podložky vyhřívané. Jejich teplota se různí v závislosti na konkrétním filamentu, obvykle se ale pohybuje mezi 50 a 120 °C – chladnutí materiálu je díky tomu alespoň částečně kontrolovatelné. Teplota, při níž se materiál taví v tiskové hlavě, činí většinou 190 až 280 °C, u běžných materiálů pak maximálně 230 °C.
Výhody ovšem u FFF 3D tisku převažují. Základním plusem jsou nízké jak pořizovací, tak provozní náklady. Běžnou FFF 3D tiskárnu pořídíte za nižší jednotky tisíc, obměňovat u ní musíte jen minimum součástí a máte na výběr z mnoha tiskových materiálů různých barev a vlastností. Můžete tisknout předměty odolné, křehké, pevné, flexibilní, svítící ve tmě, vodivé, imitující dřevo i další. A navíc je tisk na FFF tiskárně rychlý – stačí připravit nebo stáhnout model, vytvořit z něj instrukce pro tiskárnu a odeslat. Díky tomu se hodí tento typ tiskáren k výrobě prototypů i pro všechny, kdo chtějí mít z 3D tiskárny praktické zařízení pro každodenní používání.
3D tisk metodou SLA je založen na zcela jiném principu než FFF. Sice jde taktéž o aditivní výrobní proces, už v něm ale nehraje roli filament tavený při vysokých teplotách ani pohyblivá tisková hlava opisující tvary výrobku. SLA 3D tisk je mnohem futurističtější: základem je postupné vytvrzování fotoreaktivní pryskyřice (anglicky resin), a to buď laserem, nebo diodami.
Proces začíná nalitím tenké vrstvy tekuté pryskyřice do nádoby, do níž je následně ponořena také tisková platforma. Dno nádoby je potom zespodu řízeně ozařováno přesným světlem, čímž dochází k tvrdnutí pryskyřice a jejímu přichycení k tiskové platformě. Světlo je pochopitelně řízeno tak, aby zasáhlo jen místa, která mají tvořit vrstvu výrobku. Když je jedna vrstva hotová (plně ztvrdlá), zvedne se tisková platforma o její výšku a světlo začne vytvářet novou vrstvu. Vrstvy mají výšku v řádu desetin, nebo dokonce setin milimetru. Po celou dobu je tisknutý výrobek uchycen svrchu, takže to ve zrychlených záběrech vypadá, jako by byl z nádoby s pryskyřicí postupně vytahován.
I SLA 3D tiskárny se mezi sebou liší, a to nejvýrazněji typem světla, které používají k ozařování pryskyřice. Základními technologiemi jsou laser SLA, DLP SLA (Digital Light Processing) a MSLA (masková SLA). Laser SLA postupně ozařuje vrstvu jedním tenkým paprskem laseru, kvůli čemuž je tento proces celkem zdlouhavý. DLP SLA využívá projektor, kterým ozařuje celou vrstvu najednou, proces je tedy už rychlejší. Dnes je ale za nejmodernější považován princip MSLA, který funguje podobně jako DLP, místo projektoru ale využívá LCD displej, často v kombinaci s UV diodami. Ty slouží jako zdroj světla a LCD jako maska, která světlo UV podsvícení tvaruje tak, aby odpovídalo vrstvě, která je právě tištěna.
Díky využívání světla místo mechanických pohybů tiskové hlavy jsou SLA 3D tiskárny výrazně přesnější než FFF tiskárny a ze stejného důvodu jsou také schopny vytvářet objekty s velmi hladkým povrchem. Pokud tedy máte v plánu často tisknout velmi detailní výrobky, možná je pro vás SLA technologie jako stvořená. Má ale i svá omezení a ta jsou spojena zejména s fotoreaktivní pryskyřicí. Ta se nemůže rovnat filamentům pro FFF tisk z hlediska ceny, šíře nabídky ani materiálových vlastností. Ať už potřebujete vyrobit cokoliv, ideální filament najdete téměř vždy. O pryskyřici to samé říci nejde.
i
3D pera: manuální 3D tisk pro každého
Zajímá vás, zda vůbec a jaké 3D pero vybrat? Nebo alespoň co to je? Spíše než o 3D tisku jsou 3D pera o 3D kreslení. Místo tisku přesně vymodelovaných výrobků můžete s 3D perem tvořit vlastníma rukama. Princip je podobný jako u 3D tiskáren – vysokoteplotní tavení filamentu a jeho následné tvrdnutí. Automatizovanou tiskovou hlavu ale nahrazuje manuální přístup. Spíše než technické nadání je proto potřeba hlavně to rukodělné. Rozhodně se jedná o skvělý nástroj pro všechny, od dětí přes umělce až po strojní vývojáře.
Pokud jste se rozhodli koupit 3D tiskárnu, určitě vás bude zajímat, proč jsou některé modely dražší než jiné i jak se liší parametry a funkcemi. 3D tiskárnu lze koupit za nižší jednotky i za desítky tisíc. Abyste věděli, zda má smysl investovat do dražšího modelu, nebo vám bude stačit nějaký základní, je důležité se orientovat alespoň v základních parametrech a funkcích. Co tedy při výběru sledovat?
Na trhu s 3D tiskárnami je celá řada výrobců, krátce si proto něco řekneme o těch nejvýznamnějších.
Pokud nemáte na koupi tiskárny desetitisíce, chcete ale celkově kvalitní vstupní model, nejlepší bude sáhnout po některé z tiskáren Creality. Modely této značky získávají v recenzích odborných magazínů skvělá hodnocení společně s mnohými oceněními. Jejich hlavní výhodou je nízká cena a také množství kusů skladem. Creality má relativně vysokou produkci, která sice probíhá v Číně, zvládá ale uspokojovat poptávku, takže tyto 3D tiskárny bývají obvykle skladem. Pokud tedy chcete kvalitní tiskárnu za přijatelnou cenu, modely Creality pro vás mohou být to pravé.
I když je nákup 3D tiskárny největší a nejdůležitější krok k tomu, abyste mohli začít tisknout 3D výrobky, není jediný. Co vše tedy pro tisk na 3D tiskárně potřebujete?
Než vyjmenovat, co lze na 3D tiskárně vyrobit, je snazší vytvořit seznam toho, co na ní vyrobit nejde. Využití 3D tisku omezuje pouze kreativita, trpělivost, technické dovednosti a fyzikální zákony. Lidé vyrábí na 3D tiskárnách hudební nástroje, pomůcky do domácnosti, oblečení, modely částí lidského těla nebo zdravotnický materiál. Cokoliv vás napadne můžete sami navrhnout a vyrobit, pokud k tomu máte dostatečné znalosti. Pro modelování můžete použít zdarma dostupný software SketchUp Free, FreeCAD nebo i Blender a Malování 3D, které najdete ve všech počítačích s Windows 10.
Každý začátečník ale jistě ocení, že na internetu existují předlohy ke stažení zdarma. Nemusíte nic modelovat, stačí si stáhnout soubor ve formátu STL a připravit ho ve sliceru pro 3D tisk. Kde 3D modely najít? Na internetu je celá řada webů se 3D modely zdarma. Mezi největší a nejznámější patří ty níže uvedené.
i
V AlzaMagazínu pro vás máme i další články:
Až si osvojíte ovládání 3D tiskárny a práci s modely, otevřou se vám dveře do světa téměř neomezených možností. Sami si vyrobíte, cokoliv vás napadne. Jen to chce trpělivost, protože ani chyby při 3D tisku nejsou výjimečné.
