Zdá se, že používáte zastaralý prohlížeč, jenž nepodporuje moderní technologie pro zobrazování obsahu na webu, proto stránky nemusí vypadat či fungovat správně. Doporučujeme Vám prohlížeč aktualizovat nebo si stáhnout takový, jenž dnešní standardy splňuje.

Nastavení cookies

Můžeme pracovat s cookies,
ať víme, jak to na našem webu žije?

  1. Úvod
  2. iQBLOG
  3. 3D TISK

3D TISK

29.07.2021

3D tisk je proces aditivní (tj. přidávací) výroby, ale můžete se setkat i s názvem rapid prototyping neboli rychlé prototypování. Technologie nanáší tenké vrstvy materiálu na sebe. Tyto vrstvy se spojují tavením či lepením tak dlouho, dokud nevznikne celý objekt. A protože je materiál nanášen ve všech třech rozměrech (osách, X, Y i Z), nazýváme tento postup 3D tiskem.

V průmyslové výrobě převládá využití obrábění, kdy materiál pomocí nástrojů naopak odebíráme, běžným je i vstřikování plastu do forem. Tyto výrobní procesy mají velké náklady na přípravu i personál a dokáží vyrábět levně pouze při velkých objemech produkce. Navíc při nich spousta původní suroviny skončí jako odpad. Na tištěný výrobek je použit jen materiál, který ho tvoří, a odpadem jsou jen případné podpůrné struktury.

Hobby tisk na 3D tiskárně vyžaduje menší vstupní náklady i méně znalostí, a proto je možné na nich vyrábět třeba doma nebo ve škole. Potřebujete milion stejných dílů? Na to se 3D tisk moc nehodí. Chcete jeden unikátní výrobek nebo vyvíjíte prototyp? Pak nemá konkurenci.

Větší rozšíření 3D tisku se do budoucna očekává s nástupem umělé inteligence, která by měla celý proces zjednodušit a sama nastavit vše potřebné. Do té doby můžete navštívit třeba iQFABLAB, kde vás vše rádi naučíme na Technických kurzech 3D tisku.   

Nová technologie?

První myšlenka o technologii 3D tisku je přisuzována sci-fi autorovi Murraymu Leinsterovi. V jeho povídce Things pass by, publikované již v roce 1945, napsal “...plast vycházející z paže kreslícího stroje, na jejímž konci plast vytvrdne”.

První funkční předchůdci dnešních tiskáren ale vznikli až v 80. letech v USA. Tehdy by vás jedna tiskárna vyšla na 300 000 amerických dolarů. Taková částka by vám stačila na koupi 3 nových domů. První volně dostupnou FDM tiskárnu (viz níže) jste mohli zakoupit v roce 1992, jednalo se o “3D Modeler” od firmy Stratasys. A dnes? Fungující tiskárnu koupíte i za 5 000 Kč.

Nástup tiskáren dlouho brzdily patenty, které zpomalily inovace a vývoj. Velká část z nich vypršela kolem roku 2012, a tehdy začaly vznikat nové firmy orientované na výrobu 3D tiskáren. Pomohla i větší výpočetní síla počítačů a snadněji ovladatelný software pro přípravu tisku. Rozvoj hobby 3D tisku urychlil i open-source projekt RepRap, který vyvíjí FFF 3D tiskárny. Tyto tiskárny dokážou tisknout díly na další tiskárny, což umožnilo snížení cenu těchto zařízení.

Dva nejběžnější typy tiskáren

FDM®(Fused deposition modeling)/ FFF (Fused Filament Fabrication)

3D-tisk-iQFABLAB3D-tisk-FDM-iQFABLAB

Jedná se o nejrozšířenější druh tiskárny. Obě zkratky popisují proces výroby. První je chráněna obchodní značkou, druhá není.

Hlava tiskárny obsahuje zahřátou trysku, která taví filament (tiskovou strunu) odvíjený ze špulky a nanáší ho ve vrstvách obvykle vysokých kolem 0,2 mm. Nejprve spodní vrstvu na podložku, na ní potom druhou, třetí a tak dále, dokud není vytištěn celý objekt. Barva struny tedy určuje i barvu výsledného modelu. Tedy samozřejmě v případě, že model nebarvíme.  

Nejčastější typ materiálu je PLA (Polylactic Acid) neboli polymer kyseliny mléčné. Nevyrábí se z ropy, vstupní surovinou je kvašený rostlinný škrob. Například z kukuřice nebo cukrové třtiny. Je to nejlepší startovní materiál pro začínající tiskaře, má širokou paletu barev a je tvrdý. Postrádá ale pružnost a chemickou odolnost.

Další často používané materiály jsou PET-G (modifikovaný plast, který známe z PET lahví) nebo ABS (s krásným názvem Akrylonitrilbutadienstyren), kterého jste se naposledy mohli dotknout, když jste seděli v autě nebo si hráli s kostičkami lega. Další možností jsou flexibilní filamenty, což jsou různé varianty TPE (termoplastický elastomer), z nich můžeme tisknout gumové objekty jako třeba pneumatiky.

Tiskárna na pryskyřici

Tiskárna funguje na principu fotopolymerizace, což je vytvrzování materiálu pomocí záření. Dnes jsou běžné 3 typy technologií tiskáren, a to SLA (vrstvu vytvrzuje laserový paprsek), DLP (projektor) nebo UV LED (tvar vrstvy nasvěcuje matice LED světel zakrytá tzv. maskou). Tiskárna má vanu na pryskyřici s průhledným nepřilnavým dnem, pod kterým je zdroj záření. Po nalití pryskyřice do vany do ní shora sjede podložka. Tiskárna totiž tiskne hlavou dolů a spodní vrstva modelu je tedy nejvíce nahoře. Zdroj záření nasvítí požadovaný tvar spodní vrstvy a po vytvrzení vyjede podložka o malý kousek výš. Zdroj pak vytvrdí druhou vrstvu, třetí a tak dále. Výhodou je oproti FFF tiskárnám daleko větší přesnost a tím pádem i rozlišení celého modelu. Nevýhodou je vyšší údržba a manipulace s dráždivými (pryskyřice na tisk) a hořlavými látkami (izopropylalkohol na čištění), menší tiskový objem tiskárny a dražší materiál. Hotový model je ještě potřeba důkladně očistit od nevytvrzené pryskyřice a fotopolymerizaci důkladně dokončit ve vytvrzovací stanici s točnou, zrcadly s UV světlem. Případně na sluníčku za oknem. Tam nezapomeňte na pravidelné otáčení!

Postup při 3D tisku

Chcete-li tisknout, čekají vás následující 4 kroky:

1. krok - 3D model

Potřebujete soubor, který obsahuje data o tvaru vašeho objektu, tj.  3D model. Nejpoužívanější formáty jsou STL a 3MF. Máte několik možností, jak se k němu dostat. Můžete ho:

  1. nakreslit v programu pro 3D modelování (např. TinkerCAD, OpenSCAD, Fusion 360 či Blender),
  2. stáhnout z internetu, existují placené modely i stránky plné modelů volně ke stažení (thingiverse.com, myminifactory.com),
  3. naskenovat pomocí skeneru, použít programy nebo aplikace, které z fotek objektu z různých úhlů vytvoří 3D model (fotogrametrie). Žádné skenování hmotného objektu ale nebude tak přesné, jako by bylo jeho nakreslení.
2. krok - Příprava 3D modelu

Tiskárna nedokáže přečíst soubor 3D modelu. Co ale potřebuje, jsou instrukce. Proto existují programy, tzv. slicery (hezky česky kráječe), které z 3D modelu vytvoří soubor obsahující instrukce pro pohyb částí 3D tiskárny, tzv. G-CODE. Kromě toho si ve sliceru nastavíte třeba výšku jedné vrstvy (menší vrstva znamená detailnější model), nastavíte výplň modelu, tloušťku pláště celého modelu či vytvoříte podpěry pod převislými částmi modelu. Tiskárna nedokáže tisknout do vzduchu a podpory lze později vylámat. Hodnot k nastavení jsou stovky, ale slicery obsahují přednastavené profily, které můžete vybrat a máte hotovo za pár minut. Nabídnou Vám i vizualizaci jednotlivých vrstev, takže se můžete podívat, jestli vše proběhne, jak zamýšlíte.

3. krok - samotný tisk

Hotový G-CODE dostanete do tiskárny, ať už přes flash disk, SD kartu nebo Wi-Fi, záleží na modelu a výbavě tiskárny. Tiskárna se po vybrání souboru obvykle sama nahřeje a můžete začít s tiskem. Nejdůležitější je spodní vrstva, pokud se vám utrhne, nevytisknete nic. Na začátku je tedy dobré tiskárnu hlídat, jestli jde všechno podle plánu. Zjistíte-li problém v nastavení, musíte upravit nastavení tiskárny, případně vygenerovat nový G-CODE a postup opakovat.

4. krok - Post-processing

Máte vytištěno a čekají vás následné úpravy, ale i ty mohou znamenat teprve začátek. Výtisk možná budete chtít obrousit, naleptat, vylámat z něj podpěry, zatmelit či nabarvit. A možná i všechno najednou a několikrát. Pokud si s výsledkem pohrajete, nikdo ani nepozná, že je výrobek z 3D tiskárny.

Jak dlouho trvá 3D tisk?

Často kladená otázka bez jednoduché odpovědi. Záleží na druhu tiskárny, výšce vrstvy, výšce modelu, materiálu, výplni a spoustu dalších parametrů. Na obrázku můžete vidět dvě kostičky o hraně 2 cm. Obě jsou z černého PLA, mají stejný plášť i výplň. Ta vpravo má výšku vrstvy 0,3 mm a tiskla se asi 20 minut, ta vpravo má výšku vrstvy 0,05 mm a její tisk zabral téměř 2 hodiny. Přitom na fotce kostek na dlani není rozdíl téměř vidět. Správná otázka tedy zní: “Jak dlouho trvá 3D tisk tohoto objektu s tímto nastavením?” ?

3D-tisk-kostky-iQFABLAB      3D-tisk-kostky2-iQFABLAB

Pavel S.


Komentáře (0)

Načítám...

Mohlo by vás zajímat

Skautské okénko: Jak se neztratit v přírodě?

Jste na výletě a zabloudili jste. Máte s sebou mapu. Nevíte ale, jak ji natočit, aby vám poradila směr další cesty. Potřebujete tedy zjistit, kde je sever. Ale ouha, jste bez kompasu! Co s tím? Způsobů, jak v  přírodě určit sever, je…

Jak si vyrobit šumivku do koupele?

Perlivky, šumivky nebo bomby do koupele, kdo by je nemiloval. Připravili jsme osvědčený recept, jak je s dětmi vyrobit. 

Vejce jak je možná neznáte!

Natvrdo, naměkko, nahniličko, ztracené, míchané, volské oko, omeleta, sníh… Podívejme se na typický symbol českých Velikonoc z různých pohledů.

Dřevo a les jako ekosystém

Možná jste si všimli při návštěvě iQLANDIE našeho exponátu Stáří dřeva nebo jste již byli v Mirakulu, kde mají na toto téma celou Lesní stezku . Dnes si proto povíme blíže o tom, co je to vlastně ekosystém lesa. Přiblížíme si také dřevo…

Jak funguje dalekohled 

Dalekohled, to jsou přece dvě čočky, které přibližují obraz vzdálených objektů. Jak to funguje, je jasné. Nebo že by to přeci jen bylo složitější? Ukážeme si, že dalekohledů je několik různých typů, a také si vysvětlíme, jak se chová světlo,…

Horký led 

Vyrazili jste na zimní výpravu do hor, kolem zuří sněhová vánice a ledový vichr vás okrádá o cenné teplo? Možná patříte mezi šťastlivce s vyhřívanými rukavicemi a přídavnou baterií, která se ještě nestačila vybít. Anebo dáváte přednost…

Ptačí krmítko

V našem iQFABLABU jsme ukutili krmítko pro ptáky. A jako správní blogeři jsme o tom napsali článek! Jak na to? Co budete potřebovat? A jak a čím ptáčky krmit?

Magdeburské polokoule – „síla“ vakua

Vakuum je prostor s velmi malou hustotou částic. V tomto prostoru je podtlak, protože tlak plynu ve vakuu je výrazně nižší než normální atmosférický tlak. Toho si byl vědom i Otto von Geuricke, který vynalezl vývěvu a rozhodl se…

Jak vyrobit domácí lízátko? 

Na prosinec a leden jsme laboratoř v  iQPARKU  proměnili v království barevných krystalů, pozorování pod makrolupou, skládání třpytivých papírových krystalů a dalších aktivit, které si…

Výroba vlněných mini čepiček 

Vytáhněte čepice, venku se ochlazuje. Naše čepičky si nenasadíte na hlavu, ale můžete s nimi vytvořit zimní výzdobu u Vás doma. Použít je jako ozdoby na vánoční…