Drukarka 3D – nowatorska technologia druku w jednym urządzeniu

Opracowywane nowinki technologiczne potrafią spełniać marzenia, które dla większości osób pozostawały niegdyś jedynie w sferze dziecięcych wymysłów. Możliwość tworzenia dowolnych, namacalnych kształtów, w oparciu o zautomatyzowane systemy wytwórcze, staje się coraz szerzej dostępna dla użytkowników na całym świecie. To, co kiedyś było swojego rodzaju odległą perspektywą, nieosiągalną zarówno dla fanów tworzenia modeli czy prototypów, jak i dla profesjonalistów funkcjonujących w różnych gałęziach przemysłu – dziś staje się czymś dostępnym na wyciągnięcie ręki. Sprzęt, który zrewolucjonizował świat trójwymiarowego wydruku to rozsławiona już drukarka 3D.

Czym są i jak działają drukarki 3D? Na czym polega nowoczesny druk przestrzenny? Do jakich celów przydaje się drukowanie trójwymiarowych przedmiotów? Jaki funkcje posiadają urządzenia drukujące dostępne w większości sklepów elektronicznych? Prześwietlam te kwestie w poniższym tekście.

Jak najprościej można zdefiniować drukarkę 3D?

Drukarka 3D to urządzenie, dzięki któremu można uzyskać trójwymiarowe przedmioty skomponowane z różnego rodzaju materiałów, np. tworzyw sztucznych. Ważną rolę w tworzeniu różnorodnych form spełniają cyfrowe pliki źródłowe, które zawierają wyszczególnione informacje dotyczące kształtów i formy przyszłego wydruku. Najczęściej wykorzystuje się te w formacie STL, choć można spotkać także użycie plików VRML, OBJ, AMF i innych, mniej popularnych. Dzięki usystematyzowanej pracy urządzenia, które czerpie dane o drukowaniu ze specjalnie przygotowanych plików, obsługa prostej drukarki 3D nie powinna sprawić trudności nawet początkującym użytkownikom. Drukarka 3D bardzo często jest wyposażona w dodatkowe moduły, które umożliwiają bezprzewodowe przesyłanie danych do urządzenia, np. za pośrednictwem łącza Wi-Fi lub Bluetooth. Część producentów opracowuje nawet specjalne drukarki z uproszczonym interfejsem, które służą przede wszystkim do celów edukacyjnych. Reasumując: drukarka 3D to narzędzie odpowiedzialne za tworzenie trójwymiarowych form zgodnych z projektem zawartym w pliku cyfrowym.

Krótka historia drukarek 3D

Historia drukarek 3D nierozerwalnie łączy się z geniuszem Davida E. H. Jonesa, który jeszcze w latach 70. XX wieku opracował schemat drukowania przestrzennych form. W latach 80. powstały pionierskie techniki druku 3D, w tym metoda stereolitograficzną, która po pewnym unowocześnieniu wykorzystywana jest aż do dziś. Już wówczas wykorzystywano format STL jako wiodący typ plików przeznaczony do drukowania 3D. W 1988 roku opracowano nowatorską metodę wytwarzania form przestrzennych przy użyciu topliwego materiału, dozowanego za pośrednictwem dedykowanego ekstrudera. Technologię FDM wykorzystuje się do dziś, przede wszystkim tworząc wydruki o charakterystyce amatorskiej i hobbystycznej. Zwiększenie zainteresowania drukiem w różnorodnej rozdzielczości notuje się przede wszystkim w dwóch ostatnich dziesięcioleciach. Ulepszenie precyzji druku, poprawa użyteczności drukarek 3D i nowatorskie oprogramowanie, uzupełnione najnowocześniejszą technologią, pozwalają na produkcję obiektów nie tylko w celach hobbystycznych, ale także w kontekście ich wykorzystywania do precyzyjniejszych zadań.

Proces drukowania trójwymiarowych przedmiotów

Wytwarzanie form przestrzennych odbywa się zwykle przy użyciu materiałów syntetycznych, czyli tzw. filamentu termoplastycznego. Mimo, że jest to jedna z najpowszechniej wykorzystywanych technologii w drukowaniu trójwymiarowym, to – szczególnie w przemyśle i medycynie – wykorzystuje się także inne materiały wytwórcze w formie metali bądź żywic. Warto jednak poświęcić nieco więcej miejsca w kontekście przedstawienia technologii FDM/FFF, która jest wiodącą metodą wytwarzania form przestrzennych w druku 3D. Materiał termoplastyczny określany mianem filamentu znajduje swoje zastosowanie w urządzeniach wykorzystujących proces nakładania warstwowego. Szpula, na którą nałożony jest filament, pozwala na wtłaczanie materiału syntetycznego w miejsce, w którym znajduje się obszar roboczy. Zostaje on rozgrzany do wysokiej temperatury, a następnie rozprowadzony warstwowo zgodnie z instrukcją zawartą w pliku cyfrowym.

Drukarki 3D i technologia druku – przełom, czy pieśń przyszłości?

Nowoczesne urządzenia drukujące mogą z powodzeniem konkurować z alternatywnymi metodami wytwórczymi w przemyśle. Szereg specjalistycznych rodzajów druku pozwala na stworzenie wysoce dopasowanych przedmiotów o ściśle pożądanych parametrach. Drukarka może stanowić alternatywę dla wtryskarki lub innych form wytwórstwa przemysłowego. Dzięki precyzji w swojej pracy drukarka 3D jest w stanie produkować niewielkie i maksymalnie dokładne kształty, które później znajdują swoje zastosowanie np. w jubilerstwie czy stomatologii. Tworzenie kształtów za pomocą urządzeń drukujących można podzielić ze względu na rodzaj druku:

1. FDM – wyróżniona już wyżej metoda, której cechą charakterystyczną jest dozowanie filamentu w formie termoplastycznego oplotu. Drukowany obiekt tworzony jest warstwowo.
2. SLA – metoda stereolitograficzna wykorzystuje do produkcji obiektów żywicę, która podlega polimeryzacji laserowej. Taki rodzaj druku trójwymiarowego jest niezwykle dokładny, wobec czego nadaje się do produkcji cienkich i niewielkich kształtów.
3. SLS – technologia polimerowa polegająca na aplikacji sproszkowanej substancji, a następnie utwardzanie jej bez doprowadzania do nadmiernego podgrzania. Znakomicie nadaje się do niewielkiego zakładu przemysłowego w kontekście produkcji małej liczby podobnych przedmiotów seryjnych.
4. DLP – wykorzystuje utwardzanie ultrafioletowe, które oddziałuje na zaaplikowany fotopolimer. W ten sposób uzyskuje się bardzo dokładny i stosunkowo gładki obiekt, co sprawia, że tego typu produkty wykorzystuje się m.in. w medycynie.

Wydruki w technologii FDM – jak wygląda proces tworzenia?

Druk w technologii Fused Deposition Modeling rozpoczyna się w momencie implementacji modelu CAD w formacie obsługiwanym przez urządzenie. Następnie drukarka optymalizuje swoją pracę ustalając: wysokość podpór, kalibrację i dzielenie projektu na obszary (których później nastąpi połączenie). W większości przypadków operator może samodzielnie ustawić parametry pracy według własnych potrzeb. Topliwy materiał przesuwany jest do ekstrudera, gdzie podlega ogrzaniu i stopieniu. Drukarka 3D tworzy ze stopionego filamentu cienką nić, która stanowi obrys drukowanego produktu. Po nałożeniu każdej warstwy obszar roboczy przesuwa się na kolejną pozycję, powiększając przestrzeń i pozwalając na nałożenie kolejnej warstwy. Niekiedy nie wykorzystuje się dodatkowych podpór, o ile geometria drukowanego obiektu na to pozwala. Druk, w zależności od wielkości projektu, może trwać wiele godzin.

Zaawansowana technologia druku. Funkcje drukarek 3D dla profesjonalistów

Szeroka dostępność drukarek 3D pozwala nabywać urządzenia w praktycznie nieograniczonym stopniu. Warto jednak wiedzieć, że niewielkie i uproszczone urządzenia do użytku nieprofesjonalnego różnią się od swoich przemysłowych odpowiedników. Technologia druku 3D może być bowiem wykorzystywana na szeroką skalę produkcyjną, tworząc niestandardowo duże obiekty ułatwiające pracę w hali przemysłowej, w logistyce i na magazynie – czego w warunkach domowych uzyskać się po prostu nie da. Nowoczesna przemysłowa drukarka przeznaczona może być do wielkoformatowego druku, np. w kontekście tworzenia elementów ochronnych, obudów, kształtek z zachowaniem zdolności do natychmiastowej replikacji produkcyjnej. Nowatorskie drukarki 3D przeznaczone do celów przemysłowych umożliwiają m.in.:

• wykorzystanie zdublowanej ekstruzji, dzięki której drukowany kształt od razu posiada tymczasowy zestaw podpór, która ulega rozpuszczeniu w środowisku wodnym;
• kontynuację pracy nawet w przypadku utraty zasilania, co jest możliwe dzięki zaawansowanym systemom kontrolnym (moduł bezpieczeństwa);
• pełną kompatybilność platformową, która pozwala na drukowanie 3D na różnych, odpowiednio skalibrowanych platformach;
• uzyskanie dużego obszaru roboczego, nieosiągalnego dla hobbystycznych drukarek dla początkujących;
• szereg innych funkcji, mających zapewnić bezpieczeństwo i zadowalającą szybkość wykonywania pracy.

Urządzenia pozwalające drukować w 3D. Nie tylko modele i produkty prototypowe

Drukarki 3D do niedawna były używane wyłącznie do tworzenia prototypów i przykładowych modeli kontrolnych, bez większej funkcjonalności użytkowej. Postęp w obszarze tworzenia drukarek 3D spowodował, iż mogą one z powodzeniem drukować obiekty w pełni funkcjonalne, które mają realny użytek w praktyce. Dziś użytkownik może stworzyć w całości użyteczny produkt, np. w formie szablonów, narzędzi, biżuterii, zabawek czy form protetycznych. Wśród najczęściej oferowanych kategorii drukarek w każdym sklepie internetowym z elektroniką można wyróżnić drukarki FDM i drukarki żywiczne. Jakie funkcje spełniają dla użytkownika? W jakie komponenty wyposażone i na co zwrócić uwagę podczas wybierania najlepszej drukarki 3D?

Na jakie parametry drukarki 3D w ofercie warto zwrócić uwagę?

Podstawowym wyróżnikiem poszczególnych urządzeń jest wykorzystywana technologia druku. Zarówno drukarki 3D żywiczne, jak i te wykorzystujące wkłady filamentowe charakteryzują się zbliżoną do siebie ceną – nie ma w tych wartościach zbyt dużego rozdźwięku. Porównując poszczególne modele warto zwrócić uwagę na:

• Typ montażu. Produkt może być złożony i gotowy do użytku, bądź dopiero korzystający będzie zobligowany do zainstalowania poszczególnych części składowych.
• Obsługiwane oprogramowanie operacyjne. Komputery posiadające obsługiwany system operacyjny są w stanie łatwo przygotowywać obiekty do wydrukowania w trybie 3D, np. za pośrednictwem połączenia Wi-Fi z drukarką.
• Wykorzystywane formaty plików. Najczęstszym typem plików z informacjami o drukowanym obiekcie są te z końcówką STL.
• Markę urządzenia i model. Wśród renomowanych producentów urządzeń drukujących wyróżnia się m.in. Creality, Flashforge, Anycubic, Artillery, Anet, Wanhao czy Zortrax.
• Czas oczekiwania na wydruk. Niektóre skomplikowane formy mogą wymagać nawet kilkudziesięciu godzin ciągłej pracy drukarki.
• Inne parametry, takie jak średnica dyszy i obszar roboczy.

Nowoczesne urządzenie drukujące do użytku domowego powinno być proste w obsłudze. Producenci wyposażają drukarki również w dodatkowe systemy zwiększające komfort pracy urządzenia, m.in.: wyciszone szyny liniowe, radiatory chłodzące, automatyczne poziomice, intuicyjne interfejsy LCD, wzmacnianą konstrukcję stabilizującą, filtry węglowe pochłaniające wydzielający się zapach. Generalnie im więcej dodatków i funkcjonalności posiada urządzenie, tym dany model drukarki będzie sprzedawany jako droższy.

Drukarki 3D – podsumowanie

Urządzenia do drukowania przestrzennego przeznaczone są do produkcji wielu zróżnicowanych detali i elementów konstrukcyjnych. Rozbudowane maszyny drukujące potrafią tworzyć całe urządzenia i obiekty od podstaw, realizując to zadanie na podstawie informacji zawartych w pliku cyfrowym. Drukarka 3D to system wykonawczy wyposażony w szereg innowacyjnych komponentów: głowic, silniczków krokowych, prowadnic, płyt sterujących czy mechanizmów podnoszących. Drukarkę 3D możemy dziś bez problemu zakupić w sklepie z elektroniką. Narzędzie przydaje się do wielu różnych zadań projektowych. Urządzenie może wytwarzać prototypy, modele, narzędzia, zabawki i szereg innych przedmiotów o rzeczywistych walorach użytkowych. Warto przekonać się, jak wiele frajdy i przyjemności może dać wytwarzanie skomplikowanych kształtów i zróżnicowanych form w warunkach domowych. Tym bardziej, że jest to technologia, która w ostatnich latach stała się szeroko dostępna dla miłośników innowacyjnych rozwiązań.