Jak działa drukarka 3D? Technologia krok po kroku
Drukarki 3d jak działają? Praca zawsze rozpoczyna się od wirtualnego modelu, zazwyczaj w popularnym formacie STL. Najpowszechniejsza technika druku to FFF (Fused Filament Fabrication – wytwarzanie z topionego filamentu). Surowcem jest żyłka z tworzywa, np. PLA, ABS lub PET. Jej koniec jest wciskany do rozgrzanej głowicy i punktowo stapiany, by precyzyjnie nanieść odrobinę półpłynnej masy na podstawę – stół roboczy drukarki. Plastik tężeje, tworząc zaczątek drukowanego przedmiotu. Głowica szybko jeździ po osiach X-Y, nanosząc całą warstwę materiału. Następnie podnosi się o ułamek milimetra i nanosi następną – warstwa po warstwie, aż do końca wydruku.
Rodzaje drukarek 3D i ich zastosowania
#1 technika FFF to inaczej FDM (Fused Deposition Modelling – ta nazwa jest jednak zastrzeżona).
Nadaje się do druku 3D drobnych przedmiotów: plastikowych mechanizmów czy ozdób. Odpowiednio zaprojektowane części mogą być elastyczne. Istnieją nawet drukarki, które mieszają różne filamenty dla druku wielokolorowego.
#2 stereolitografia (SLA).
Surowcem są tu fotopolimery – tworzywa reagujące na światło. Obszar roboczy to kadź z płynną żywicą fotopolimerową. Jej powierzchnię naświetla sterowany laser, co powoduje miejscowe utwardzenie. Następnie dodawana jest porcja płynu i naświetlanie jest powtarzane warstwa po warstwie, aż do otrzymania gotowego przedmiotu.
#3 wydruki 3D z wykorzystaniem metody drukowania metalem.
Jedna z nich przypomina spawarkę: sterowana głowica topi końcówkę drutu i nanosi płynny metal na powstający przedmiot – podobnie jak w FFF.
#4 drukowanie w 3D z proszków.
Pole robocze to pojemnik sproszkowanego metalu. Jej powierzchnia jest punktowo topiona promieniem lasera, po czym krzepnie, tworząc warstwę wydruku. Potem dodaje się kolejną warstwę proszku i proces się powtarza. Tak działają dwie podobne techniki: SLS i SLM. To odpowiednio selektywne laserowe spiekanie i topienie (Selective Laser Sintering/Melting). Jak wskazują nazwy, zachodzą w nich dwie różne przemiany fizyczne.
Praktyczne zastosowania druku 3D – przykłady
Najwięksi entuzjaści przewidywali, że wydruk 3D spowoduje decentralizację produkcji. Polegałoby to na wytwarzaniu mnóstwa sprzętów domowych pojedynczo we własnych drukarkach zamiast masowo w fabrykach. Tak się nie stało, bo te drugie są nieporównanie tańsze. Wydruki 3D praktycznego zastosowania to rzeczy niepowtarzalne, których nie sposób kupić, ale można je zaprojektować komputerowo. Na przykład:
- modele domów i wnętrz dla architektów;
- elementy zamienne, zwłaszcza maszyn starszych, do których nie produkuje się już części;
- akcesoria robione na wymiar: biżuteria, okulary, buty;
- unikatowe ozdoby, figurki, gadżety firmowe;
- protezy i implanty dostosowane do pacjenta;
- modele edukacyjne dla szkół.
Chcesz dowiedzieć się więcej o możliwościach technologii? Przeczytaj: Jak zoptymalizować swój kod pod pamięć podręczną procesora
Rozwój kariery w branży druku 3D – gdzie i jak szukać możliwości?
Drukarka 3D to mechaniczna konstrukcja sterowana elektroniką przez oprogramowanie, współpracujące z grafiką 3D. Wniosek? Branża daje zatrudnienie mechanikom, elektronikom, programistom i grafikom. Istnieją już firmy, także w Polsce, które oferują usługi modelowania i wydruków 3D. Mają dwie duże przewagi nad drukarzami amatorami: fachowe doświadczenie co najmniej kilku inżynierów oraz drogi sprzęt klasy przemysłowej. Tak rozwinęła się ta dziedzina od powstania RepRapa: od społeczności hobbystów do grupy specjalistów. Nisza z pewnością będzie się rozwijać, bo w druku 3D jest jeszcze dużo do wynalezienia.
Przyszłość druku 3D – trendy i innowacje
Druk 3D ma jeszcze jedną ważną cechę. Istnieją rzeczy, których wyprodukowanie bez druku 3D jest całkiem niemożliwe. Na przykład kiedy potrzebny jest element lity, ale ze skomplikowaną wewnętrzną strukturą (nieregularne otwory, przegrody, segmenty). Odlewanie, wiercenie, skrawanie czy spawanie nie zawsze dają tak wiele możliwości, jak sterowana z dokładnością kilku mikrometrów głowica drukarki 3D.
Dzięki temu drukowane w 3D maszyny to nowy rozdział historii. Nie muszą składać się z części, łączonych śrubami czy zaczepami. Mniej części oznacza lżejszą konstrukcję i mniej słabych punktów. Szczytowym osiągnięciem są tu rakiety kosmiczne. Rakieta Terran 1, wystrzelona w 2023 r., była w 90% wydrukowana ze stopu aluminium.
Na szczególną uwagę zasługuje druk 3D dla medycyny. Dzięki zdjęciom tomograficznym chirurg może zamówić wydrukowany model narządu pacjenta i zaplanować na nim operację. Na przykład wszczepienia implantu kości, wydrukowanego na zamówienie.
Drukarki 3D nie trafiły do domów tak powszechnie jak komputery, ale pod ich wpływem przemysł przechodzi ewolucję. Dzięki nim szybkie prototypowanie przyspiesza innowacje. Nowe możliwości produkcyjne ucieleśniają konstrukcje uznawane za niewykonalne. Przyszłość jest obiecująca i jeszcze pełna niespodzianek.
Bibliografia
[1] The complete history of 3D printing [dostęp https://ultimaker.com/learn/the-complete-history-of-3d-printing/]
[2] A, Warrender (2024) Best Multi Color 3D Printer – Our Top Picks for Colorful 3D Printing [dostęp:https://www.pcguide.com/3d-printer/guide/best-multi-color-3d-printer/]
[3] The Possibilities of Personalized 3D Printed Implants—A Case Series Study (2023) [dostęp: https://www.mdpi.com/1648-9144/59/2/249]
Aleksandra SudnikWielbicielka kinematografii, gry w tenisa, włoskiej kuchni i content marketingu. Magister psychologii biznesu, podcasterka, prelegentka, redaktorka, autorka e-booków oraz managerka w agencji marketingowej Fox Strategy.
5 min.
