} });

3D tisk - vše, co potřebujete vědět

Dozvíš se tu:

  • Co je 3D tisk?
  • Je 3D tisk opravdu tisk?
  • Jak funguje 3D tisk?
  • Kdo vynalezl 3D tisk?
  • Jaké jsou výhody 3D tisku?
  • Co umí 3D tiskárny?
  • Co jsou služby 3D tisku?
  • Kde mohu koupit 3D tiskárnu?
  • Jaký software potřebuji pro 3D tisk?
  • Jaká je budoucnost 3D tisku?

Co je 3D tisk?

3D tisk je ve své nejzákladnější podobě výrobní proces, při kterém je materiál pokládán vrstvu po vrstvě, aby vytvořil trojrozměrný objekt. (Toto je považováno za aditivní proces, protože objekt je postaven od nuly, na rozdíl od subtraktivních procesů, ve kterých se materiál řeže, vrtá, frézuje nebo opracovává.)

Přestože 3D tiskárny používají různé materiály (jako je plast nebo kov) a techniky, sdílejí schopnost převádět digitální soubory obsahující trojrozměrná data – ať už jsou vytvořeny v programu computer-aided design (CAD) nebo computer-aided production (CAM), nebo z 3D skeneru – do fyzických objektů.

Je 3D tisk opravdu tisk?

Ano, 3D tisk lze považovat za tisk, i když ne tak, jak je tradičně definován. Příslušné definice „tisku“ se soustředí na:

  • výrobu tiskovin,
  • publikací nebo
  • fotografií
  • výrobu pomocí otisku (aplikace tlaku)

Ani jedna z těchto definic neodpovídá 3D tisku. Ale z technologického hlediska je 3D tisk výplodem tradičního tisku, při kterém se nanáší vrstva materiálu (obvykle inkoustu). Obvykle je tak tenký, že není patrná výška (ačkoli u tiskáren s pevným inkoustem je poněkud tlustší).

To, co 3D tisk dělá, je že výrazně rozšiřuje tuto výšku aplikovaných vrstev. Mělo by tedy smysl rozšířit definici tisku tak, aby zahrnovala výrobu trojrozměrných objektů tímto způsobem.

Jak funguje 3D tisk?

Podobně jako tradiční tiskárny i 3D tiskárny využívají různé technologie. Nejběžněji známé je "fused deposition modeling" (FDM), také známé jako "fused filament fabrication" (FFF).

V něm se vlákno / filament / tiskívá struna – složená z akrylonitrilbutadienstyrenu (ABS), kyseliny polymléčné (PLA) nebo jiného termoplastu – roztaví na danou teplotu a nanese přes vyhřívanou trysku ve vrstvách. První 3D tiskárny, které přišly na trh, vyrobené v polovině 90. let společností Stratasys s pomocí IBM, používaly FDM (termín chráněný ochrannou známkou Stratasys), stejně jako většina 3D tiskáren určených pro spotřebitele, fandy a školy.
Další technologií používanou při 3D tisku je "stereolitografie" (SLA). V něm je UV laserem svíceno do kádě s fotopolymerem citlivým na ultrafialové záření a na jejím povrchu obkresluje objekt, který má být vytvořen. Polymer tuhne, kdekoli se ho paprsek dotkne, a paprsek „tiskne“ objekt vrstvu po vrstvě podle pokynů v souboru CAD nebo CAM, ze se soubor pro tiskárnu připraví. Podobný této technologii je také 3D tisk "digital light projector" (DLP). Tato metoda vystavuje kapalný polymer světlu z digitálního projektoru. To vytvrzuje polymer vrstvu po vrstvě, dokud není objekt postaven, a zbývající kapalný polymer je vypuštěn. Další variací této technologie je"liqud crystal display" (LCD). Tato metoda také používá projektor, ale mezi ním a vaničkou s resinem je LCD display, který propouští světlo pouze tam, kde se má polymer vyrvtdit.

Multi-jet modelování je inkoustový 3D tiskový systém, který stříká barevné pojivo podobné lepidlu na následné vrstvy prášku, kde má být objekt formován. Jedná se o jednu z nejrychlejších metod a jednu z mála, která podporuje vícebarevný tisk. Touto technologií imponuje zejména společnost HP.

Je také možné upravit standardní inkoustovou tiskárnu pro tisk s jinými materiály než inkoustem. Podnikaví kutilové postavili nebo upravili tiskové hlavy, obecně piezoelektrické hlavy, pro práci s různými materiály – v některých případech tisknou samotné tiskové hlavy na jiných 3D tiskárnách! Společnosti jako MicroFab Technologies prodávají 3D tiskové hlavy (a také kompletní tiskové systémy).

Nejužitečnější technologií je "selective laser sintering" (SLS) využívá vysoce výkonný laser ke spojování částic plastu, kovu, keramiky nebo skla. Na konci práce je zbývající materiál recyklován. Tavení elektronovým paprskem (EBM) využívá elektronový paprsek k roztavení prášku, vrstvu po vrstvě. Materiál Titan se často používá s EBM k tisku lékařských implantátů, stejně jako součástí letadel.

V závislosti na technice mohou 3D tiskárny používat různé materiály, včetně kovů (mezi nimi nerezová ocel, hliník a titan); plasty a polymery (včetně kompozitů, které kombinují plasty s kovy, dřevem a jinými materiály); keramika; sklo; a dokonce i potraviny jako sýr, poleva a čokoláda! (Viz náš základ pro typy vláken pro 3D tiskárny.)

Kdo vynalezl 3D tisk?

První 3D tiskárnu, která využívala techniku stereolitografie, vytvořil Charles W. Hull v polovině 80. let.

Stereolitografie byla tradičně nákladnou komerční technikou, jejíž náklady se pohybovaly v pěti a dokonce šesticiferných číslech, ale v posledních letech se objevily stolní stereolitografické tiskárny, které stály několik stovek tisíc, stejně jako spotřebitelské systémy, které začínají hluboko pod tisíci.

V roce 1986 Hull založil 3D Systems, společnost, která dnes prodává 3D tiskárny využívající různé technologie. Sahá od základních sad až po pokročilé komerční systémy a 3D Systems také poskytuje náhradní díly na vyžádání, většinou firemním zákazníkům.

Jaké jsou výhody 3D tisku?

Díky 3D tisku mají designéři možnost rychle přeměnit koncepty na 3D modely nebo prototypy (anglicky "rapid prototyping") a implementovat rychlé změny designu. Umožňuje firmám vyrábět produkty na zakázku spíše kusově, než ve velkých sériích, což zlepšuje řízení zásob a snižuje nároky na skladovací prostor. Lidé na odlehlých místech mohou vyrábět předměty, které by pro ně jinak byly nedostupné.

Z praktického hlediska může 3D tisk ušetřit peníze a materiál oproti subtraktivním technikám, protože se vyplýtvá velmi málo surovin. A slibuje, že změní povahu výroby a nakonec umožní spotřebitelům stahovat soubory pro tisk i složitých 3D objektů – včetně například elektronických zařízení a umožnit tak tisk v jejich vlastních domovech.

Co umí 3D tiskárny?

  • Designéři používají 3D tiskárny k rychlé tvorbě modelů produktů a prototypů, ale stále častěji se používají také k výrobě finálních produktů.
  • Mezi předměty vyrobenými na 3D tiskárnách patří například:
  • Automobilový a letecký průmysl také využívá k výrobě dílů 3D tiskárny.
    • Zejména kvůli snížením nákladů
  • Umělci mohou vytvářet sochy a architekti mohou vyrábět modely svých projektů.
  • Archeologové používají 3D tiskárny k rekonstrukci modelů křehkých artefaktů, včetně některých starožitností, které byly v posledních letech zničeny ISIS.
  • Stejně tak mohou paleontologové a jejich studenti duplikovat kostry dinosaurů a další zkameněliny.
  • Lékaři a zdravotní technici mohou využít 3D tisk k výrobě protetiky, sluchadel, umělých zubů a kostních štěpů, stejně jako replikovat modely orgánů, nádorů a dalších vnitřních tělesných struktur z CT skenů při přípravě na operaci.
    • Dobrým příkladem je projekt Daniel, který 3D tiskne protetické paže a ruce pro oběti násilí v Súdánu.Také vyvíjené 3D tiskárny, které dokážou položit vrstvy buněk k vytvoření umělých orgánů (jako jsou ledviny a krevní cévy), jsou již ve fázi výzkumu a vývoje. Ve forenzní praxi je dokonce místo pro 3D tisk, například pro replikaci kulky uvězněné uvnitř oběti.
  • Tištěná elektronika je soubor tiskových metod, které umožňují tisk elektronických zařízení nebo obvodů na flexibilní materiály, jako jsou štítky, látky a karton, aplikací elektronických nebo optických inkoustů. Poskytuje velmi levnou výrobu zařízení s nízkým výkonem. Tištěná elektronika se začíná kombinovat s 3D tiskem, což umožňuje tisk vrstvených obvodů nebo zařízení. Přirozeným důsledkem tohoto silného komba je, že jednoho dne možná budete moci vytisknout gadgety z 3D plánů, než je kupovat.
  • Příprava jídla je další způsob, jak lze využít 3D tiskárny.
    • Francouzský kulinářský institut používá k přípravě uměleckých lahůdek open-source 3D tiskárnu Fab@Home vyvinutou na Cornellově univerzitě.
    • MIT také vytvořilo 3D potravinovou tiskárnu s názvem Cornucopia. Malý počet restaurací testuje prototypy potravinářských tiskáren.
    • Výzkum 3D tisku NASA zahrnoval tisk potravin, jako je 3D tisk pizzy.
  • Hrstka potravinářských 3D tiskáren se stala komerčně dostupnou. Mají tendenci se zaměřovat na konkrétní potraviny, jako je čokoláda, palačinky nebo sušenky.

Co jsou služby 3D tisku?

Nemusíte vlastnit 3D tiskárnu, abyste z ní mohli těžit. Mnoho služeb 3D tisku, jako jsou 3DWiser a Průša, tiskne na zakázku na vlastních 3D tiskárnách a poté je odesílá zákazníkovi. Zákazníci mohou buď odeslat své vlastní soubory 3D objektů, nebo si vybrat položky, většinou navržené jinými uživateli služby, z online katalogu.
Služby 3D tisku už ale nejsou jen doménou specialistů. Velké společnosti jako UPS zavedly služby 3D tisku a některé tradiční tiskárny přidaly do svého repertoáru 3D tisk na vyžádání.

Kde mohu získat 3D tiskárnu?

Většina výrobců 3D tiskáren prodává své produkty přímo online. Mnoho e-shopů je nyní skladuje, včetně společností pouze online a další, které mají také kamenné obchody. Některé z nich, jako například tento eshop, je nabízejí v obchodech i online, ale nezapomeňte si ověřit dostupnost tiskáren, například na našem chatu.

Jaký software potřebuji pro 3D tisk?

Téměř všechny 3D tiskárny přijímají soubory v takzvaném formátu STL (pojmenovaný po stereolitografii). Tyto typy souborů může vytvářet většina jakéhokoli CAD softwaru, od drahých komerčních balíčků, jako je AutoCAD, až po bezplatné nebo open source produkty, jako jsou Fusion360, Google SketchUp a Blender. Pro ty, kteří nechtějí vytvářet své vlastní 3D soubory, nabízí databáze 3D objektů, jako je MakerBot Thingiverse, četné soubory 3D objektů, které lze stáhnout a vytisknout.

Většina 3D tiskáren se dodává se softwarovým balíkem, který je dodáván buď na disku nebo je k dispozici ke stažení a který obsahuje vše, co potřebujete k tisku. Sady obvykle poskytují program pro ovládání tiskárny a slicer, který v rámci přípravy na tisk formátuje objektový soubor do vrstev na základě zvoleného rozlišení a dalších faktorů. Některé sady obsahují program pro "opravu" souboru / objektu, které by mohly narušovat hladký tisk - to je například služba Netfab. Programy vzešly z hnutí RepRap s otevřeným zdrojovým kódem, z něhož se vyvinul fanouškovský 3D tisk. U některých tiskáren si můžete vybrat jednotlivé komponenty ke stažení, než abyste používali cokoli, co je součástí sady.

Co přináší budoucnost 3D tisku?

Řada 3D tiskáren pro domácnosti a malé podniky je snadno dostupná, ale stále jsou často považovány za exotické a poměrně drahé vychytávky. Očekávejte, že se to změní během několika příštích let, kdy se 3D tiskárny stanou běžnějšími v domácnostech – najdou se na pracovních stolech, ve studiích, v domácích kancelářích a dokonce i v kuchyni. Možná je nenajdete v každé domácnosti, ale stanou se nepostradatelnými pro lidi, kteří je mají.

Výtisky vyrobené na 3D tiskárnách mají zatím spíše  ale začneme vídat složitější výtvory kombinující více materiálů a kompozitů, stejně jako tisknutelnou elektroniku. Pokud u dnešních 3D tiskáren ztratíte kryt baterie dálkového ovladače televizoru, bude možné vytisknout náhradní kryt. Se zítřejším, pokud ztratíte ovladač, možná si budete moci vytisknout zcela nový ovladač.

Také 3D tisk získává oporu ve vesmíru. NASA experimentuje s 3D tiskárnami na palubě Mezinárodní vesmírné stanice. Nakonec by 3D tiskárny mohly být použity k vytvoření biotopů na Marsu a dalších světech. Aby zachránila astronauty Apolla 13 před smrtí udušením oxidem uhelnatým, musela NASA ve skutečnosti najít způsob, jak umístit čtvercový kolík do kulatého otvoru. Pokud by na palubě byla 3D tiskárna, mohli být schopni problém snadno vyřešit navržením a vytištěním konektoru.
Astronauti se nemohou ohánět Home Depotem, pokud potřebují vyměnit ventil nebo widget, ale 3D tiskárna by je mohla vyrobit podle potřeby. Podobně uvidíme 3D tiskárny na antarktických základnách a dalších vzdálených pozemských místech, kde lidé nemohou čekat šest měsíců na další zásobu, aby nahradili základní součásti nebo nástroje.

Lékařské aplikace 3D tisku nekončí u protetiky, naslouchátek a zubních korunek. Náhradní díly nemusí být omezeny na mechanické díly. V posledních několika letech jsme viděli explozi v rozmanitosti a využití 3D tiskáren. Je to podobné tomu, kde byly osobní počítače přibližně v roce 1980. I když je dost snadné vidět některé oblasti, do kterých se oblast 3D tisku rozvětví, jiné jsou mimo naši schopnost předvídat, stejně jako si nikdo v roce 1980 nedokázal představit mnoho z toho, co osobní počítač by se změnil v. Je možné, že 3D tisk nemusí mít na spotřebitele v každodenním životě stejný dopad jako PC, ale má potenciál způsobit revoluci ve výrobě, a co je možná důležitější, přinést jej do rukou každodenních spotřebitelů. Jedno je však jisté: 3D tisk tu zůstane.