3D tisk

Co vás všechno čeká: Návštěva laboratoře pokročilých technologií – představení vstřikování a práce s plasty. Ukázka technologie PIV – krátké seznámení s principy a možnostmi výroby prototypů. Důraz na spolupráci s průmyslem. Nezbytné při prezentaci studentům VŠ technických oborů. Ukázka již hotových dílů pro Škoda Auto, VW, IAF, Ministerstvo Vnitra – nové dýchací masky.

Budou vám představeny základní 3D tiskárny. Zaměření na praktické díly a nástroje do domácnosti. Ukázka již vytištěných dílů a postaviček. Názorná ukázka tisku. Příklady z praxe a využití 3D tisku v průmyslu.

Ukázka tisku na 3D tiskárně Fusion Jet HP. Představení mechanických vlastností. Studenti si mohou prakticky vyzkoušet „nezničitelnost“ dílů a odnést si je domů. Představení předních výhod HP Fusion Jet ve srovnání s již prezentovanými 3D tiskárnami – cena – porovnat např. s cenou stavebnic lego.

Přístroje: 3D tiskárna Stratasys – ABS, 3D tiskárna Objet – UV polymery, SLM 280, Fusion Jet – polyakryl, vstřikovací stroj Arburg allrounder - PIV

Materiál: tisku z ABS materiálů (sova, katedrála, postavičky, součástky bězně použitelné v domácnosti). Tisku fotopolymerů – dvoubarevné kombinace k dispozici jsou ukázky v laboratoři 3D tisku a ve vitrínách.

Polymer je makromolekula sestávající z molekul jednoho nebo více druhů atomů nebo skupin spojených navzájem v tak velkém počtu, že řada fyzikálních a chemických vlastností této látky se nezmění přidáním nebo odebráním jedné nebo několika konstitučních jednotek. To, co odlišuje polymery od jiných materiálů, je řetězcová struktura jejich molekul, tj. dlouhá lineární řada vzájemně spojených atomů nebo skupin atomů představuje převažující strukturní motiv, který může (ale nemusí) být občas přerušen místy větvení (např. u větvených nebo roubovaných polymerů, případně u polymerních sítí). Z tohoto důvodu neřadíme k polymerům krystal diamantu nebo vrstvičku grafenu, i když jejich molekulové hmotnosti jsou rovněž vysoké. Polymery obvykle vznikají polymerizací, polyadicí nebo polykondenzací.

Dříve se za polymery označovaly výhradně makromolekulární látky složené z molekul o obecném vzorci Xn (kde X značí strukturní jednotku, která se v molekule n-krát opakuje). Dnes se běžně mluví o polymerech také u látek, jako jsou proteiny a nukleové kyseliny, neboť jejich molekuly obsahují velký počet vzájemně si podobných, na sebe napojených strukturních jednotek.

Polymery biologického původu nazýváme biopolymery nebo biomakromolekulární látky. Například molekula celulosy se skládá z velkého počtu (kolem 1 000) glukosových jednotek, proto má vysokou relativní molekulovou hmotnost (přibližně 200 000).

3D tisk neboli aditivní výroba také inkrementální nebo přírůstková výrobní technologie (anglicky 3D printing neboli additive manufacturing (AM)) je proces tvorby třídimenzionálních pevných objektů z digitálního souboru (Additive Manufacturing File – AMF). V aditivních procesech je objekt vytvořen pokládáním souvislých vrstev materiálu, dokud není celý projekt dokončen. Každá z těchto vrstev může být považována za úzce rozříznutou horizontální sekci daného objektu. Z mechanismů 3D tisku také vychází technologie 3D per.

Počátky technologie 3D tisku spadají do druhé poloviny 20. století, kdy si Chuck Hull nechal v roce 1986 patentovat technologii stereolitografie.[1] Tato technika spočívá v trojrozměrném laserovém tisku s využitím UV laseru a tekutého fotopolymeru. Ale už roku 1980 se pokusil podat patent Hideo Kodama.[2] Před koncem 90. let pak Chuck Hull pod hlavičkou jeho nové firmy 3D Systems vytvořil první zařízení tisknoucí v 3D formátu pro širokou veřejnost, tzv. stereolitografický aparát SLA-1. V té době se tomuto zařízení ještě neříkalo 3D tiskárna, nicméně modely SLA se také staly základem vývoje dnešních 3D tiskáren či CNC strojů. SLA-1 byl využíván pouze beta zákazníky a postupně upravován až přišla na svět podoba SLA-250, která byla nabídnuta široké veřejnosti. StereoLithography Apparatus SLA-1 je doposud k vidění ve Fordově muzeu v Dearborn, Michigan.

Nástup konkurence na trh přinesl nové technologie, např. modelování depozicí taveniny (FDM, Fused Deposition Modeling) využívající termoplast či selektivní laserové spékání (SLS, Selective Laser Sintering) pracující s CO2 laserem a práškovým materiálem. Jednou z posledních technologií, které vstoupily na trh, je pak 3D tisk pomocí femtosekundových laserových svazků ve světlocitlivých materiálech (např. fotopolymerech).

3D Systems si však dlouho držela vedoucí pozici na trhu. Pro ukázku, do roku 1996 se po celém světě prodalo přes 600 různých přístrojů SLA.

V roce 1993 Massachusettský technologický institut (MIT) patentoval technologii trojrozměrných tiskařských technik, která pracovala s práškovým materiálem a tekutým spojovačem. Licenci k této technologii poté koupila firma Z Corporation a na její bázi započala vývoj 3D tiskáren jako takových.

Pojem 3D tiskárna tedy pochází až z druhé poloviny 90. let.

Počátkem roku 2012 bylo vynalezeno první 3D pero 3Doodler.

K vytištění výrobku je potřeba několik kroků. Prvním je vytvoření 3D modelu. Je zde několik možností jak vytvořit 3D model – nejrozšířenější a i nejjednodušší je vymodelování 3D modelu v tzv. CAD softwaru, další způsob je použití 3D skener a poslední možností je použití obyčejné digitální kamery a fotogrammetrického softwaru. Vytvoření 3D objektu v CAD softwaru je celkem náročné a vyžaduje znalost daného softwaru, avšak uživatel si může se znalostí několika technik vytvořit téměř libovolný objekt. 3D skener je speciální zařízení, které umožňuje naskenovat danou věc v reálném světě a převést jí do digitální podoby, ale ta obsahuje chyby a proto se poté ještě musí upravit v CAD softwaru. V posledních letech se také vynořují takzvané „3D tržiště“, kde je možné stáhnout/koupit mnoho různých hotových 3D modelů, takže uživatel nemusí umět v CAD softwaru.

Poté, co je vytvořen/stažen 3D objekt může nastat fáze samotného tisku. Ale před tím se ještě musí provést převod 3D modelu do formátu STL nebo OBJ tak, aby ho software pro ovládání tiskárny přečetl. Dále se musí z formátu STL vytvořit samotné instrukce pro tiskárnu (pohyb motorů, ovládání trysky, …). Tyto instrukce se nazývají tzv. G-kód (G-Code) a pro jejich vytvoření se využívají nejčastěji programy Skeinforge, Slic3r, Cura, atd. G-Code se pošle tiskárně, která pak daný objekt vytiskne.

Většinou se po výtisku ještě objekt upraví. Tyto úpravy zahrnují mimo jiné opilování, odlomení tzv. podpůrných konstrukcí (u technologie FDM) nebo třeba vyčištění (jiné technologie).