Jak je užitečná 3D tiskárna?

Až donedávna byla samotná myšlenka tisku velkých objektů na domácí tiskárně něčím mimo sci-fi. A dnes se 3D tiskárny a skenery mění z kuriozit na běžné domácí spotřebiče. Objevuje se stále více nových modelů: kompaktnější, lépe přizpůsobené pro domácí použití. Pokud jste 3D tiskárnu ještě nikdy nepoužívali, pravděpodobně ji považujete za jen drahou hračku. Z vlastní zkušenosti jsme se přesvědčili, že tomu tak není: nové technologie mohou zjednodušit řešení mnoha naléhavých problémů, nemluvě o prostoru pro představivost, který otevírají! Dovolte mi, abych vám ukázal sílu 3D tisku.

Nejprve trocha terminologie.

Snad nejrozšířenější technologií 3D tisku je FDM, vynalezená již v 1980. letech XNUMX. století, tedy tisk po vrstvách roztaveným materiálem (nejčastěji plastem).

Nejtenčí vlákno z tekutého plastu je přiváděno přes hlavu extruderu na speciální pracovní plošinu, kde se ochlazuje a tvrdne. Vrstva je připravena. Plošina se spustí na tloušťku jedné vrstvy – obvykle 50-100 mikronů (tedy 0,05-0,1 mm!) – a vše se znovu opakuje, dokud není trojrozměrný model postaven do konce. Aby byl proces tisku rychlejší, je tiskárna vybavena ventilátory, které model profukují.

Pro tisk objektů se složitou geometrií 3D tiskárny automaticky vytvářejí speciální podpěry. Mnohé z nich, jako například Leapfrog Creatr se dvěma extrudéry, umí tisknout dva různé typy plastů pomocí PVA plastu na podpěry, který se rozpouští ve vodě. Tím odpadá nutnost ručního oddělování podpěr od hotového výrobku – stačí jej namočit do vody a můžete vyrazit! Na tomto principu funguje většina moderních domácích a kancelářských 3D tiskáren.

Jak zůstala technologie FDM relevantní po tolik let a proč vám o ní říkáme? Tajemství jeho úspěchu je jednoduché – umožňuje rychle a s vysokým rozlišením tisknout odolné trojrozměrné předměty libovolného tvaru.

Například v 3Dprint54 tiskneme:

• plastové náhradní díly pro domácí spotřebiče, včetně pohyblivých, sestávající z několika dílů;

• příslušenství a díly pro moderní gadgety (pouzdra na mobil, tlačítka klávesnice, originální držáky a klipy na gadgety);

• autodíly (adaptéry, kování, ozubená kola, ozdobné lišty, držáky, krytky na ráfky aut, štítky. );

• drobnosti v domácnosti (spojky na police, háčky a věšáky. );

• doplňky a dárky (brýlové obruby, klíčenky, šperky. );

• firemní suvenýry s personalizací (flash disky, pera, odznaky, firemní loga. ).

Tento seznam není zdaleka úplný! Existují ale i skenery, s nimiž lze snadno vytvářet kopie trojrozměrných předmětů: od knoflíku po hřeben a od věšáku na prádlo po zahradní konev.

Hlavní výhodou 3D tisku a skenování je, že si každý může vyrobit téměř jakoukoli věc nebo součást, kterou potřebuje, sám, aniž by musel opustit domov – není třeba to shánět v obchodech, čekat na doručení.

Trochu více o tom, komu a jak může být 3D tiskárna užitečná.

Jako většina technických inovací byly 3D tiskárny původně navrženy pro velká a středně velká průmyslová odvětví: továrny, továrny, výzkumná centra. Proto ta objemná velikost a strmá cena. Ale dnes jsou 3D technologie stále více žádané soukromými kupujícími a malými podniky a přeorientovávají se na ně. Tedy na nás.

Hlavním účelem 3D tiskáren není zábava, ale práce a studium. Pokud jste architekt nebo designér (nebo studujete architektem nebo designérem), 3D tiskárna vám umožní vytvářet vizuální modely a rozvržení, které přesně odpovídají vámi nastaveným parametrům.

Umělci ocení pohodlí při výrobě unikátních předmětů pro instalace, loutkáři panenky a doplňky k nim, módní návrháři snadnost výroby jednotlivých částí oděvů a bot, doplňků nebo i celých kostýmů.

A animátoři objeví nové možnosti pro práci s technologií stop-motion.

Pro stejné účely mohou 3D tiskárny s úspěchem využívat i laici – lidé s kreativními koníčky. Rozsah využití 3D tisku ve světě hobby je obrovský: fanoušci filmů, anime, počítačových her, sběratelé a nadšenci do modelování si mohou vytisknout figurky svých oblíbených postaviček, díly modelů letadel pro sestavení a mnoho dalšího. Moderní 3D tiskárny umožňují tisknout objekty ve dvou nebo dokonce třech barvách. A samozřejmě tištěné modely lze na přání ručně malovat.

Výše uvedené neznamená, že 3D tisk se používá pouze v umění. V medicíně je využíván stále více, a to nejen lékaři, ale i samotnými pacienty. Pomocí 3D tiskáren po celém světě se již tisknou protetické paže a nohy pro dospělé a děti.

Tisk protézy je často mnohem levnější než pořízení „tradiční“ verze, nemluvě o tom, že si ji pacient může dokonale přizpůsobit svým potřebám a vkusu, promyslet vzhled. Kdo řekl, že protéza nemůže být krásná ?

Zařízení pro 3D tisk a skenování

– perspektivní investice pro jakýkoli byznys, od velké průmyslové výroby automobilů až po malou reklamní firmu nebo prodejnu exkluzivních suvenýrů, hudebních nástrojů. Pro velká průmyslová odvětví jsou nové technologie cestou, jak ušetřit za tvorbu mistrovských modelů. Nový produkt, ať už je to váza nebo závodní auto, nemusí být vyroben ručně: stačí vytisknout 3D model, který poskytne úplný obraz budoucího objektu. Pokud jde o malosériovou výrobu řekněme reklamních produktů, pokud máte 3D tiskárnu, je snadné si ji nastavit přímo doma.

3D tiskárna je výborným pomocníkem pro studenty různých oborů, ale i vědce a vysokoškolské pedagogy.

Koneckonců umožňuje vytvářet vizuální modely čehokoli – od molekuly DNA po vícepatrové budovy. A samotné technologie 3D tisku jsou zajímavým oborem pro studium a nový vývoj. K tomu, abychom měli 3D tiskárny v každé univerzitní knihovně, jsme bohužel ještě hodně daleko. Ale dnes si skupina studentů může snadno dovolit koupit takovou tiskárnu na společný projekt.

Možnosti 3D tisku ocení i rodiče školáků (a také předškoláků): taková technologie doma nebo ve třídě pomůže zpestřit vzdělávací proces, například proces zvládnutí mentálních výpočtů bude opravdu vzrušující, a samozřejmě umožní dětem již od útlého věku ovládat nové technologie a práci s počítačem. Příjemným bonusem je možnost opravit rozbité hračky a společně s dítětem vytvořit nové.

No a nakonec téměř neomezené možnosti využití 3D tiskáren v každodenním životě z nich dělají ideální pomocníky pro kutily, kteří si sami opravují nábytek, domácí spotřebiče nebo svá auta, nebo si sami vyrábějí formy na odlévání kovových či plastových dílů.

3D tiskárny využívající technologii FDM vyrábí přední zahraniční i ruští výrobci. Výběrem prvního máte záruku, že si zakoupíte vysoce kvalitní vybavení, testované a připravené k práci. A podporou domácího výrobce k nim přidáte další dvě výhody: snadný záruční servis (nemusíte čekat na náhradní díly ze zahraničí) a optimální cenu (přeci jen domácí výrobek má nižší náklady na dopravu a nemusí procházet celnicí).

A výběr je opravdu obrovský! Můžeme vám doporučit rychlý a spolehlivý holandský Ultimaker 2, pokročilý americký MakerBot Replicator 5 GEN, univerzální PrintBox3D One ruské výroby. Většina domácích 3D tiskáren je určena pro profesionální i začínající uživatele, a proto se snadno ovládá.

Tím se dostáváme k jednomu z klíčových problémů – ceně.

Ceny většiny modelů 3D tiskáren se pohybují kolem 100 tisíc rublů. Docela hodně. Ale peníze vynaložené na zařízení se během provozu více než vyplatí. Stačí říci, že náplně do 3D tiskáren – ABS, PLA, plastová vlákna HIPS, nylonové vlákno a řada dalších materiálů – stojí asi 1 rubl za gram. Výrobek o hmotnosti 10–15 gramů, řekněme pouzdro na iPhone, vás tedy bude stát 10–15 rublů.

Kazety nemusíte vůbec kupovat, ale vyrobte si je sami. Pijete mléko z plastových lahví? Pro tisk je vhodný jakýkoli plast s bodem tání do 280 °C a speciální zařízení, které mimochodem stojí několikanásobně méně než 3D tiskárna, vám pomůže proměnit plastový odpad na filamentovou kazetu pro tisk doma. Úspory i životní prostředí jsou dobré!

Vidíte, že je výhodnější vytisknout pouzdro na smartphone, než ho kupovat v obchodě. Nemluvě o tom, že pomocí 3D tisku můžete získat jedinečné věci jakéhokoli tvaru, s jakýmkoliv designem.

Stačí ve speciálním programu vytvořit 3D model (nejčastěji je k tiskárně zdarma přibalen software s ruskojazyčným rozhraním, jinak se dá snadno zdarma stáhnout z internetu) a zakázku odeslat k tisku. Programy pro 3D modelování jsou již navrženy pro široké publikum a vývojáři nadále vytvářejí pohodlnější a zjednodušené verze.

Dokonce si nemůžete nic vytvořit sami, ale použijte jeden z mnoha bezplatných modelů zveřejněných na internetu v otevřených nebo placených databázích, například www.thingiverse.com. Počet takových modelů již dnes činí desítky, ne-li stovky, tisíce a roste dokonce ne denně, ale každou hodinu. Na internet je totiž dávají běžní uživatelé a výrobci všemožných vychytávek a dekoračních předmětů.

Například v roce 2012 designéři Teague Labs přišli s 3D modelem sluchátek s názvem 13:30 a umístili ho na svůj web. Stáhněte si, vytiskněte, vychutnejte si svou oblíbenou hudbu!

Google a Motorola šly ještě dále: v roce 2015 plánují uvést na trh smartphone Project Ara, jakousi stavebnici skládající se z 3D tištěných modulů zodpovědných za různé funkce. Podstatou myšlenky je zjednodušit opravy mobilních zařízení a učinit je individuálnějšími. Čekáme?

Ale například tady je skvělý nápad, který můžete použít hned, aniž byste čekali na rok 2015. Pokud jsou kabely od sluchátek k přehrávači nebo USB kabely vždy svázané v kapse nebo tašce v mořských uzlech, naviňte je na takovou pěknou cívku – a žádné problémy s rozmotáním „hadí koule“!

Jak správně tušíte, soubor s modelem drátěného držáku si můžete stáhnout na internetu a vytisknout na své 3D tiskárně.

A nakonec o tom, jak 3D tisk usnadňuje život kutilům. Jak již bylo zmíněno, prototypy lze vytisknout na 3D tiskárně pro následné odlévání kovových dílů a náhradních dílů pro širokou škálu zařízení.

Aditivní technologie se dostávají k masám již dlouhou dobu: instituty a výzkumná centra na nich úzce spolupracují již od 80. let a nyní nastala chvíle, kdy si můžete high-tech a ovládnout 3D tisk přímo doma. K tomu nemusíte ani zruinovat: ceny 3D tiskáren jsou na stejné úrovni jako průměrné smartphony. Pojďme zjistit, jak to funguje a jaké příležitosti se otevírají pro tvůrce a DIY nadšence!

Proč potřebujete 3D tiskárnu?

Tiskárna bude velmi užitečná pro kutily. Už nemusíte pro svůj projekt hledat univerzální pouzdro a následně do něj vrtat další otvory. 30 minut návrhu, pár hodin tisku – a už máte hotové pouzdro, které je ideální pro vaše zařízení. Vejde se někam sestava 5 štítů? Zapomeňte na takové problémy.

Tiskárna určitě pomůže při opravách věcí kolem domu. Každý měl v životě situaci, kdy musel něco vyhodit, i když byl rozbitý jen jeden plastový díl. Pomocí 3D tisku snadno vyměníte vzácné plastové díly v zařízeních, která se těžko shánějí samostatně.

Dokud se sami nenaučíte modelovat plastové díly, můžete si je jednoduše stáhnout na internetu. Existuje mnoho stránek s miliony hotových bezplatných modelů, které uživatelé volně sdílejí. Hledání modelů jsme věnovali samostatný článek.

Jaké jsou typy 3D tiskáren?

Existuje několik hlavních typů 3D tiskáren, které se zásadně liší v principu fungování.

Technologie FDM (Fused Deposition Modeling).

Nejběžnějším typem jsou FDM tiskárny s vrstveným nanášením plastu. Fungují díky pohyblivé tiskové hlavě s topným tělesem. Plast se do něj přivádí ve formě tyče, která se roztaví a v tekuté formě se vytlačí na tiskový stůl. V tomto případě je plast ofukován ventilátorem a okamžitě tvrdne a hlava začne vytlačovat novou vrstvu na té tvrzené.

Technologie SLA (stereolitografický přístroj)

Tiskárny SLA pracují na bázi stereolitografie: místo plastu je použita speciální fotopolymerní pryskyřice, která tvrdne vlivem ultrafialových paprsků. K tisku se pryskyřice plní do kádě, na jejímž dně je umístěn displej s ultrafialovými pixely. Během několika sekund se na něm zobrazí výkres spodní vrstvy modelu. V tomto případě pryskyřice nad displejem ztvrdne do zobrazeného vzoru a poté se přilepí na speciální pohyblivý stůl nahoře. Poté se stůl s první vrstvou zvedne a v pryskyřici dojde k polymeraci další vrstvy.

Technologie SLS (Selective Laser Sintering).

Tiskárny SLS využívají technologii selektivního laserového slinování, která využívá speciální plastový prášek. Během procesu tisku se nasype tenká vrstva prášku a tiskárna ji laserem vytvrdí, aby odpovídala modelu. Dále se nalije další vrstva prášku a spojí se s předchozí – a tak dále v kruhu. Nakonec zbývá jen očistit hotový díl od případného zbylého prášku, který lze následně znovu použít.

Srovnání technologií

Každý typ 3D tiskárny má své výhody a nevýhody.

• SLS tiskárny jsou velké a vyžadují drahé suroviny. Často se používají v high-tech výrobě pro jednodílné díly.
• Mnohem rozšířenější jsou SLA tiskárny. Ultrafialový displej zlepšuje přesnost, ale práce s toxickou fotopolymerní pryskyřicí doma je obtížná.
• Mezi fandy jsou nejoblíbenější tiskárny FDM. Plastová tyč je mnohem levnější než speciální prášek nebo fotopolymerní pryskyřice. Pro tisk složité geometrie na takové tiskárně se však budete muset postarat o pomocné podpěry. A rychlost tisku je v průměru nižší než u jiných technologií. Ale FDM tiskárny jsou nejjednodušší a nejbezpečnější na údržbu.

Jak připravit těsnění

Proces od zrodu nápadu až po vydání hotového plastového dílu není náročný – zvládne ho i student. Vše jsme rozebrali v našem průvodci 3D tiskem na příkladu tiskárny Flying Bear Ghost 5 a zde vám ukážeme obecný princip.

Originální model

Nejprve je potřeba vytvořit nebo stáhnout 3D model budoucího dílu. Zdroje jsou zpravidla uloženy ve formátu STL, který popisuje polygonální strukturu modelu ve formě mnoha trojúhelníků. Takový soubor ale nebudete moci okamžitě odeslat do tiskárny: pro úspěšný tisk musíte nejprve rozdělit podrobný 3D model na vrstvy, které tiskárna zvládne.

Krájení

Program na krájení modelů (slicer) od vás bude vyžadovat velmi málo – zadejte model vaší tiskárny a nastavte si nastavení tisku: tloušťku vrstvy, procento vnitřní výplně dílu, pomocné podpěry a podobně. Na základě těchto údajů kráječ automaticky připraví speciální kód pro tiskárnu – G-Code, který popisuje, jak tiskovou hlavu posunout, na jakou teplotu ji zahřát a jakou rychlostí vytlačit plast, aby se získal požadovaný model vrstvu po vrstvě. Pak už jen zbývá načíst tento kód do 3D tiskárny a být trpělivý až do konce tisku.

Celý proces přípravy modelu je programem názorně ilustrován a je opatřen intuitivními tipy pro začínající uživatele. Obecně platí, že krájení není tak děsivé, jak se říká!

Zpracování

Poté, co je model připraven, může být dále zpracován brusným papírem nebo chemickým roztokem. Tím se vyhladí případné nerovnosti mezi vrstvami a dílek bude vypadat přesně jako z výroby. Na internetu je mnoho life hacků, které pomohou minimalizovat nedostatky modelu a dodají mu vylepšený vzhled.

Spotřební materiál pro tisk

Vlastnosti tištěného předmětu do značné míry závisí na surovině. Jak jsme již řekli, FDM 3D tiskárny používají plastová vlákna jako spotřební materiál a vy máte obrovský prostor pro experimentování s různými typy plastů.

• Plast PLA se dobře hodí k vytlačování a umožňuje tisknout složité tvary při relativně nízkých provozních teplotách hlavy 190 °C. Biologická rozložitelnost PLA hraje do karet životnímu prostředí, ale zároveň věci z něj vyrobené nejsou příliš odolné.
• PETG plast je pevnější než PLA, ale dobře se hodí i pro tiskárny s teplotami kolem 200 °C. Odrůdy PET plastu znáte ze sáčků a plastových lahví od sody.
• ABS plast má vyšší pevnost ve srovnání s jinými typy. Pro kvalitní tisk z ABS plastu však bude vaše tiskárna potřebovat zvýšenou teplotu vytlačování cca 250 °C a stůl vyhřátý na 120 °C, takže ne každý model to unese.
• Plast HIPS má podobné teplotní vlastnosti jako ABS, ale má nízkou aglomeraci a lze jej snadno odstranit organickým rozpouštědlem. Z tohoto důvodu se plast HIPS často používá k tisku kompozitních modelů a podpěr pro modely ABS.
• Dřevoplast je vyroben s přídavkem dřevěného prachu. Hotové modely z něj dobře imitují dřevo nejen svým vzhledem, ale i vůní.

Plastové cívky najdete v prodeji na každém kroku – nebude pro vás těžké vybrat vhodný spotřební materiál a kombinovat různé vlastnosti a barvy dílů při tisku.

Konečně,

Domácí 3D tisk je jednodušší, než se zdá. S 3D tiskárnou po ruce můžete vytvářet jakékoli plastové díly, které vás napadnou: pouzdra, modely, figurky a mnoho dalšího. Nezapomeňte, že máte k dispozici obrovskou knihovnu modelů, které jsou veřejně dostupné na internetu. Rozbil se vám nástavec na vysavač nebo omezovač otevření okna? Žádný problém! Máte-li vlastní 3D tiskárnu, stačí vzít hotový model z internetu, spustit jej pomocí programu slicer na pár kliknutí a odeslat k tisku.

Užitečné odkazy

• 3D tiskárny a spotřební materiál v katalogu Amperki
• Kde stáhnout zdarma 3D modely
• Průvodce 3D tiskem Flying Bear Ghost 5
• Průvodce 3D tiskem na Creality Ender-3 V2