Aditivní výroba nachází stále rozmanitější uplatnění, od sektoru volného času až po průmysl a technologie. 3D tiskárny přišly s revolucí ve způsobu tisku a výroby nových struktur, od malých objektů přes živé tkáně až po domy nebo aerodynamické díly pro motorsport.
Ještě před několika lety byl 3D tisk spíše sci-fi. Mnozí snili o tom, že by si mohli na obyčejný 2D papír tisknout objekty místo jen obrázků nebo textu. Nyní je technologie tak vyspělá, že existuje nespočet technologií, značek, modelů atd. V této příručce se o těchto unikátních tiskárnách dozvíte mnohem více.
Co je to voxel?
Pokud ještě nejste obeznámeni s voxely , je důležité pochopit, co to je, protože hrají významnou roli v 3D tisku. Voxely jsou zkratkou pro „volumetrické pixely“ a jsou to krychlové jednotky, které tvoří trojrozměrný objekt.
Jinými slovy, jednalo by se o 2D ekvivalent pixelu . A jak vidíte na obrázku výše, pokud je tento 3D model rozdělen do krychlí, každá z nich by byla voxelem. Je důležité specifikovat, co to je, protože některé pokročilé 3D tiskárny umožňují ovládat každý voxel během tisku a dosáhnout tak lepších výsledků.
Co je 3D tiskárna
3D tiskárna je stroj schopný tisknout trojrozměrné objekty z počítačového návrhu. To znamená, že funguje jako konvenční tiskárna, ale místo tisku na plochý, dvourozměrný povrch tiskne ve třech rozměrech (šířka, délka a výška ). Návrhy použité k dosažení těchto výsledků mohou pocházet z 3D nebo CAD modelu, nebo dokonce ze skutečného fyzického objektu, který byl trojrozměrně naskenován.
A můžete tisknout nejrůznější věci , od jednoduchých předmětů, jako je šálek kávy, až po mnohem složitější, jako jsou živé tkáně, domy atd. Jinými slovy, sen mnoha lidí, kteří chtěli, aby jejich tištěné kresby ožily z papíru, se nyní stal skutečností a jsou dostatečně levné na to, aby se daly použít i mimo průmysl, dokonce i doma.
Historie 3D tisku
Historie 3D tisku se zdá být velmi nedávná, ale ve skutečnosti sahá několik desetiletí zpět. Všechno to začalo inkoustovou tiskárnou z roku 1976 , od které došlo k pokroku až k nahrazení tiskařské barvy materiály pro vytváření trojrozměrných objektů, což učinilo důležité kroky a označilo milníky ve vývoji této technologie až po stroje, které vidíme dnes.
- V roce 1981 bylo patentováno první zařízení pro 3D tisk. udělal to doktor Hideo Kodamaz Městského průmyslového výzkumného ústavu Nagoya (Japonsko). Cílem bylo použít 2 různé metody, které vynalezl, pro aditivní výrobu pomocí fotocitlivé pryskyřice, podobně jako se vyrábí čipy. Jeho projekt by však byl opuštěn pro nedostatek zájmu a financí.
- Ve stejném desetiletí francouzští inženýři Alain Le Méhauté, Olivier de Wittte a Jean-Claude André, začala zkoumat technologii výroby tuhnutím fotocitlivých pryskyřic s UV vytvrzováním. CNRS by projekt neschválilo kvůli nedostatku aplikačních oblastí. A i když požádali o patent v roce 1984, nakonec od toho bylo upuštěno.
- karlův trupV roce 1984 spoluzaložil společnost 3D Systems, která vynalezla stereolitografii (SLA). Jde o proces, při kterém lze z digitálního modelu vytisknout 3D objekt.
- La první 3D stroj typu SLA Začal se prodávat v roce 1992, ale jeho ceny byly poměrně vysoké a stále šlo o velmi základní vybavení.
- V roce 1999 byl zaznamenán další velký milník, tentokrát odkazující na biotisk, která je schopna v laboratoři vytvořit lidský orgán, konkrétně močový měchýř pomocí syntetického povlaku se samotnými kmenovými buňkami. Tento milník má svůj původ ve Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, který otevírá dveře výrobě orgánů pro transplantace.
- El 3D tištěná ledvina by měla dorazit v roce 2002. Jednalo se o plně funkční model se schopností filtrovat krev a produkovat moč u zvířete. I tento vývoj vznikl ve stejném ústavu.
- Adrian Bowyer zakládá RepRap na University of Bath v roce 2005. Jedná se o open source iniciativu k vybudování levných 3D tiskáren, které se samy replikují, to znamená, že mohou tisknout vlastní díly a používat spotřební materiál jako např. 3D vlákna.
- O rok později, v 2006 přichází technologie SLS a možnost hromadné výroby díky laseru. S ním se otevírají dveře průmyslovému využití.
- Rok 2008 by byl rokem první tiskárny s schopnost sebereprodukce. Byl to Darwin z RepRap. Ve stejném roce začaly také služby pro spoluvytváření, webové stránky, kde mohly komunity sdílet své 3D návrhy, aby si je ostatní mohli vytisknout na svých vlastních 3D tiskárnách.
- Významného pokroku bylo dosaženo také v Povolení 3D protetiky. Rok 2008 bude rokem, kdy první člověk bude moci chodit díky potištěné protetické noze.
- Rok 2009 je rokem Makerbot a sady 3D tiskáren, aby si je mnoho uživatelů mohlo levně koupit a postavit si vlastní tiskárnu. Tedy orientované na výrobce a kutily. Ve stejném roce udělal Dr. Gabor Forgacs další velký krok v biotisku, když byl schopen vytvářet krevní cévy.
- El první tištěná rovina ve 3D dorazí v roce 2011, vytvořený inženýry z University of Southampton. Jednalo se o bezpilotní konstrukci, ale bylo možné jej vyrobit za pouhých 7 dní a s rozpočtem 7000 12.000 EUR. To otevřelo zákaz výroby mnoha dalších produktů. Ve skutečnosti ve stejném roce dorazil první tištěný prototyp auta, Kor Ecologic Urbee, s cenami mezi 60.000 XNUMX a XNUMX XNUMX EUR.
- Ve stejné době se začalo tisknout pomocí ušlechtilých materiálů jako např mincovní stříbro a 14karátové zlato, čímž se otevírá nový trh pro klenotníky, kteří jsou schopni vytvářet levnější kousky s použitím přesného materiálu.
- V roce 2012 by to přišlo první protetický implantát čelisti 3D tisk díky skupině belgických a nizozemských výzkumníků.
- A v současné době trh nepřestává nacházet nové aplikace, zlepšit jejich výkona pokračovat v rozšiřování o podniky a domácnosti.
Pokud vás v současné době zajímá, kolik stojí 3D tiskárna , může se cena pohybovat od něco málo přes 100 nebo 200 eur u nejlevnějších a nejmenších modelů až po 1 000 eur a více u nejpokročilejších a největších, a dokonce i u některých, které v průmyslovém sektoru stojí tisíce eur.
Co je aditivní výroba neboli AM
3D tisk je jednoduše aditivní výroba , výrobní proces, který vytváří 3D modely vrstvením materiálu. Jedná se o opak subtraktivní výroby, která začíná s polotovarem (plechem, ingotem, blokem, tyčí atd.), ze kterého se odebírá materiál, aby se získal konečný produkt. Například kus vyřezaný na soustruhu, vycházející z bloku dřeva, je příkladem subtraktivní výroby.
Díky této revoluční metodě je možné levně vyrábět předměty doma, vytvářet modely pro inženýry a architekty, získávat prototypy k testování a mnoho dalšího. Aditivní výroba navíc umožnila vytvářet díly, které dříve nebylo možné vyrobit jinými metodami, jako jsou formy, extruze atd.
Co je biotisk
Biotisk je speciální typ aditivní výroby, rovněž vytvářený pomocí 3D tiskáren, jehož výsledky se však velmi liší od inertních materiálů. Dokáže vytvářet živé tkáně a orgány , od lidské kůže až po životně důležité orgány. Může také produkovat biokompatibilní materiály, jako jsou ty používané v protézách nebo implantátech.
Toho lze dosáhnout dvěma metodami :
- Konstrukce, druh podpory nebo lešení je postaven z kompozitů biokompatibilní polymery že je tělo neodmítne a buňky je přijmou. Tyto struktury jsou zavedeny do bioreaktoru, aby mohly být osídleny buňkami, a jakmile se vloží do těla, postupně uvolní cestu buňkám hostitelského organismu.
- Je to otisk orgánů nebo tkání vrstvu po vrstvě, ale místo použití materiálů, jako jsou plasty nebo jiné, živé buněčné kultury a způsob upevnění zvaný biopapír (biodegradabilní materiál) do tvaru.
Jak fungují 3D tiskárny
Obsluha 3D tiskárny je mnohem jednodušší, než se může zdát:
- Se softwarem můžete začít od nuly 3D modelování nebo CAD design pro vygenerování požadovaného modelu, nebo si stáhněte již vytvořený soubor a dokonce použijte 3D skener k získání 3D modelu ze skutečného fyzického objektu.
- Nyní máte 3D model uložený v digitálním souboru, tedy z digitální informace s rozměry a tvary předmětu.
- Následující je krájení, proces, při kterém je 3D model „rozřezán“ na stovky nebo tisíce vrstev nebo řezů. To znamená, jak rozdělit model pomocí softwaru.
- Když uživatel klikne na tlačítko tisku, 3D tiskárna připojená k počítači pomocí kabelu USB nebo sítě nebo soubor předaný na SD kartě nebo flash disku bude interpretován procesorem tiskárny.
- Odtud půjde tiskárna ovládání motorů pohybovat hlavou a tím generovat vrstvu po vrstvě, dokud není dosaženo konečného modelu. Podobně jako u běžné tiskárny, ale objem bude narůstat vrstvu po vrstvě.
- Způsob, jakým jsou tyto vrstvy generovány se může lišit podle technologie které mají 3D tiskárny. Mohou být například vytlačováním nebo pryskyřicí.
3D design a 3D tisk
Jakmile víte, co je 3D tiskárna a jak funguje, dalším krokem je seznámení se se softwarem nebo nástroji potřebnými k tisku. To je nezbytné, pokud chcete přejít od náčrtu nebo nápadu ke skutečnému 3D objektu.
Měli byste vědět, že existuje několik základních typů softwaru pro 3D tiskárny:
- Na jedné straně jsou programy o 3D modelování nebo 3D CAD návrh pomocí kterého může uživatel vytvářet návrhy od začátku nebo je upravovat.
- Na druhé straně existuje tzv slicer software, která převádí 3D model na konkrétní instrukce, které se vytisknou na 3D tiskárně.
- K dispozici je také software pro úpravu sítě. Tyto programy, jako je MeshLab, se používají k úpravě sítí 3D modelů, když způsobují problémy při jejich tisku, protože jiné programy nemusí brát v úvahu způsob, jakým 3D tiskárny fungují.
Software pro 3D tiskárnu
Zde jsou některé z nejlepších programů pro 3D tisk , placených i bezplatných, pro 3D modelování a CAD návrh , a také bezplatný nebo open-source software:
Sketchup
Společnosti Google a Last Software vytvořily SketchUp , ačkoli ho nakonec koupila společnost Trimble. Jedná se o proprietární software, který je zdarma (s různými placenými plány) a lze jej používat na počítači s Windows nebo na webu (v jakémkoli operačním systému s kompatibilním webovým prohlížečem).
Tento program pro grafický design a 3D modelování je jeden z nejlepších. S ním můžete vytvářet nejrůznější struktury, ačkoli je obzvláště vhodný pro architektonické návrhy, průmyslové návrhy a další.
Ultimaker Cure
Společnost Ultimaker vytvořila Cura, aplikaci určenou speciálně pro 3D tiskárny , která umožňuje uživatelům upravovat parametry tisku a transformovat je do G-kódu. Vytvořil ji David Raan během svého působení ve společnosti Ultimaker a pro snazší údržbu vydal její kód pod licencí LGPLv3. Nyní je open source, což umožňuje větší kompatibilitu s CAD softwarem třetích stran.
V současné době je tak populární, že je jedním z nejpoužívanějších na světě s více než 1 milionem uživatelů z různých odvětví.
prusaslicer
Společnost Prusa si také vytvořila vlastní software. Jedná se o open-source nástroj s názvem PrusaSlicer . Tato aplikace je velmi funkčně bohatá a má poměrně aktivní vývojový program.
S tímto programem můžete exportovat 3D modely do nativních souborů, které lze přizpůsobit originálním tiskárnám Prusa.
tvůrce nápadů
Tento další program je zdarma a lze jej nainstalovat na Microsoft Windows, macOS a GNU/Linux . Ideamaker je speciálně navržen pro produkty Raise3D a je dalším nástrojem pro efektivní správu prototypů pro tisk.
freecad
FreeCAD nepotřebuje mnoho úvodů; je to zcela bezplatný a open-source 3D CAD návrhový projekt . S ním můžete vytvořit libovolný model, stejně jako v Autodesk AutoCADu, placené proprietární verzi.
Je snadno použitelný, má intuitivní rozhraní a spoustu nástrojů pro práci. Proto je jedním z nejpoužívanějších. Je založen na OpenCASCADE a napsán v C++ a Pythonu pod licencí GNU GPL.
Mixér
Další známé jméno ve světě svobodného softwaru. Tento vynikající software používá i mnoho profesionálů, a to díky jeho výkonu a výsledkům, které nabízí. Je k dispozici na mnoha platformách, jako jsou Windows a Linux, a je licencován pod licencí GPL.
Ale nejdůležitější na tomto softwaru je, že není jen pro osvětlení, renderování, animaci a vytváření trojrozměrné grafiky pro animovaná videa, videohry, obrazy atd., ale můžete ho použít i pro 3D modelování a vytvářet cokoli, co potřebujete k tisku.
Autodesk AutoCAD
Je to platforma podobná FreeCADu, ale je proprietární a vyžaduje platbu. Její licence jsou drahé, ale je to jeden z nejpoužívanějších programů v profesionální sféře . S tímto softwarem můžete vytvářet CAD návrhy ve 2D i 3D, přidávat pohyb, četné textury k materiálům a další.
Je k dispozici pro Microsoft Windows a jednou z jeho výhod je kompatibilita se soubory DWF , které patří k nejrozšířenějším a vyvíjeným samotným Autodeskem.
Autodesk Fusion 360
Autodesk Fusion 360 má mnoho společného s AutoCADem, ale je založen na cloudové platformě, takže můžete pracovat odkudkoli a mít vždy přístup k nejnovější verzi softwaru. V tomto případě budete muset také platit za předplatné, které není zrovna levné.
Tinkercad
TinkerCAD je další 3D modelovací program, který lze používat online , z webového prohlížeče, což výrazně rozšiřuje jeho použitelnost a umožňuje vám jej používat odkudkoli. Od roku 2011 si získává stále více uživatelů a stal se velmi oblíbenou platformou mezi uživateli 3D tiskáren a dokonce i ve vzdělávacích institucích, protože jeho křivka učení je podstatně snazší než u Autodesku.
síťová laboratoř
Je k dispozici pro Linux, Windows a macOS a je zcela zdarma s otevřeným zdrojovým kódem. MeshLab je softwarový systém pro zpracování 3D sítí . Účelem tohoto softwaru je spravovat tyto struktury pro účely úprav, oprav, inspekce, renderování a další.
SolidWorks
Evropská společnost Dassault Systèmes prostřednictvím své dceřiné společnosti SolidWorks Corp. vyvinula jeden z nejlepších a nejprofesionálnějších CAD softwarových programů pro 2D a 3D modelování. SolidWorks může být alternativou k Autodesk AutoCAD, ale je speciálně navržen pro modelování mechanických systémů . Není ani bezplatný, ani open source a je k dispozici pro Windows.
Creo
Creo je další špičkový CAD/CAM/CAE software pro 3D tiskárny. Vyvinutý společností PTC vám umožňuje rychle a efektivně navrhovat širokou škálu vysoce kvalitních produktů díky intuitivnímu rozhraní navrženému pro lepší použitelnost a produktivitu. Dokáže vyvíjet díly pro aditivní a subtraktivní výrobu, stejně jako pro simulaci, generativní návrh a další. Jedná se o placený software s uzavřeným zdrojovým kódem, který je v současné době k dispozici pouze pro Windows.
print 3D
Dalším krokem po návrhu s výše zmíněným softwarem je samotný tisk. To znamená, že 3D tiskárna začne generovat vrstvy ze souboru modelu , dokud není model dokončen a nezíská se finální návrh.
Tento proces může trvat déle či kratší dobu v závislosti na rychlosti tisku, složitosti dílu a jeho velikosti. Může trvat od několika minut do několika hodin. Během tohoto procesu může být tiskárna ponechána bez dozoru, i když je vždy dobré tiskovou úlohu občas sledovat, aby se předešlo problémům, které by ovlivnily konečný výsledek.
postprocesu
Samozřejmě, jakmile je díl vytištěn na 3D tiskárně, práce ve většině případů obvykle nekončí. Následují obvykle další kroky, známé jako postprocessing, jako například:
- Odstraňte některé součásti, které je třeba vygenerovat a které nejsou součástí konečného modelu, jako je základna nebo podpora, která je potřebná k tomu, aby součást stála.
- Pro dosažení lepší konečné úpravy povrch zbruste nebo vyleštěte.
- Povrchová úprava předmětu jako lakování, malování, koupele atd.
- Některé kusy, například kovové kusy, mohou dokonce vyžadovat další procesy, jako je pečení.
- V případě, že bylo nutné kus rozdělit na díly, protože kvůli jeho rozměrům nebylo možné sestavit celek, může být nutné díly spojit (montáž, slepení, svařování...).
Často kladené otázky
Nakonec je tu sekce Často kladených otázek, která obsahuje často kladené otázky a odpovědi , které se běžně objevují při používání 3D tiskárny. Nejčastěji vyhledávané otázky jsou:
Jak otevřít STL
Jednou z nejčastějších otázek je, jak otevřít nebo zobrazit soubor .stl . Tato přípona označuje soubory stereolitografie a lze ji otevřít a dokonce i upravovat pomocí softwaru CATIA od společnosti Dassault Systèmes, mimo jiné i pomocí dalších CAD programů, jako je AutoCAD atd.
Kromě souborů STL existují i další formáty souborů , jako například .obj, .dwg , .dxf atd. Všechny tyto formáty jsou poměrně populární a lze je otevřít pomocí mnoha různých programů a dokonce i převést mezi formáty.
3D šablony
Měli byste vědět, že 3D model nemusíte vždy vytvářet sami. Můžete najít hotové modely nejrůznějších věcí, od postav z videoher a filmů až po praktické předměty do domácnosti, hračky, protézy, masky, pouzdra na Raspberry Pi a mnoho dalšího. Existuje stále více webových stránek s knihovnami těchto šablon, které si můžete stáhnout a vytisknout na 3D tiskárně. Mezi doporučené weby patří:
- Thingiverse
- 3D Warehouse
- PrusaPrinters
- si představte
- GrabCad
- MyMiniFactory
- Pinchape
- TurboSquid
- 3Dexport
- Zdarma3D
- otřásl se
- Galerie 3D tisku XYZ
- Kulty 3D
- opravitelné
- 3DaGoGo
- Free3D
- The Forge
- NASA
- Plány lekcí Dremel
- Polární mrak
- stlfinder
- Sketchfab
- hum3d
Ze skutečného modelu (3D skenování)
Další možností, pokud chcete vytvořit dokonalý klon nebo repliku jiného 3D objektu , je použití 3D skeneru . Tato zařízení umožňují sledovat tvar objektu, převést model do digitálního souboru a umožnit tisk.
Aplikace a použití 3D tiskárny
Závěrem lze říci, že 3D tiskárny lze použít pro celou řadu aplikací . Mezi nejoblíbenější použití patří:
inženýrské prototypy
Jedním z nejoblíbenějších profesionálních využití 3D tiskáren je rychlé prototypování . Může se jednat o výrobu dílů pro závodní vůz, jako je vůz Formule 1, nebo o vytváření prototypů motorů či složitých mechanismů.
To umožňuje inženýrovi získat díl mnohem rychleji, než kdyby musel být poslán do továrny k výrobě, a také získat testovací prototypy, aby zjistil, zda bude finální model fungovat podle očekávání.
architektura a stavebnictví
foto: © www.StefanoBorghi.com
Samozřejmě a v úzké souvislosti s výše uvedeným je lze také použít k stavbě konstrukcí a provádění mechanických zkoušek pro architekty, nebo k výrobě určitých součástí, které nelze vyrobit jinými prostředky, k vytváření prototypů budov nebo jiných objektů jako vzorků nebo modelů atd.
Kromě toho, vznik tiskáren na beton a jiné materiály také otevřel dveře k tiskárnám rychleji, mnohem efektivněji a ekologičtěji. Objevily se dokonce návrhy na převoz těchto typů tiskáren na jiné planety pro budoucí kolonie.
Návrh a úprava šperků a dalších doplňků
Jedním z nejrychleji rostoucích trendů jsou šperky tištěné 3D tiskárnou . Je to způsob, jak rychleji získat jedinečné kousky s personalizovanými prvky. Některé 3D tiskárny dokáží tisknout přívěsky a doplňky z materiálů, jako je nylon nebo plast, v různých barvách, ale existují i jiné, které se používají v profesionální výrobě šperků a mohou používat drahé kovy, jako je zlato nebo stříbro.
To by mohlo zahrnovat i některé produkty, které se v poslední době také tisknou, jako je oblečení, obuv, módní doplňky atd.
Volný čas: věci vyrobené na 3D tiskárně
Nesmíme zapomenout ani na volnočasové aktivity , k nimž se používá velké množství domácích 3D tiskáren. Toto využití může být velmi rozmanité, od vytváření zakázkových stojanů přes vývoj dekorací nebo náhradních dílů až po malování figurek vašich oblíbených fiktivních postav, pouzder pro kutilské projekty, personalizované hrnky a tak dále. Jinými slovy, pro nekomerční účely.
Výrobní průmysl
Mnoho výrobních odvětví již používá 3D tiskárny k výrobě svých produktů. To není jen kvůli výhodám tohoto typu aditivní výroby, ale také proto, že někdy vzhledem ke složitosti návrhu není možné jej vytvořit tradičními metodami, jako je extruze, formy atd. Tyto tiskárny se navíc vyvinuly a staly se schopné používat širokou škálu materiálů, a dokonce tisknout i kovové díly.
Je také běžné vyrábět díly pro vozidla a dokonce i letadla, protože umožňují výrobu velmi lehkých a efektivnějších komponentů. Velké společnosti jako Airbus, Boeing, Ferrari, McLaren, Mercedes atd. je již používají.
3D tiskárny v medicíně: stomatologie, protetika, biotisk
Dalším významným odvětvím pro využití 3D tiskáren je zdravotnictví . Mohou být použity k mnoha účelům:
- Preciznější výroba zubních náhrad, držáků atd.
- Bioprinting tkání, jako je kůže nebo orgány pro budoucí transplantace.
- Jiné typy protéz pro kostní, motorické nebo svalové problémy.
- Ortopedie.
- atd.
Tištěné jídlo / jídlo
3D tiskárny lze použít k vytváření dekorací na talířích, k tisku sladkostí, jako jsou čokolády, ve specifickém tvaru, a dokonce i pro mnoho dalších různých potravin. Proto se i potravinářský průmysl snaží tyto stroje využít.
Dále probíhá úsilí o zlepšení nutriční hodnoty potravin , například tiskem steaků z recyklovaných bílkovin nebo z nich, ze kterých byly odstraněny určité škodlivé látky nacházející se v přírodním mase. Existují také projekty na vytvoření veganských a vegetariánských produktů, které napodobují skutečné maso, ale jsou vyrobeny z rostlinných bílkovin.
Educación
A samozřejmě, 3D tiskárny jsou nástrojem, který bude brzy všudypřítomný ve školách, protože jsou fantastickým společníkem ve třídě. S nimi mohou učitelé vytvářet modely, které se studenti budou učit praktickým a intuitivním způsobem, nebo si studenti sami mohou rozvíjet svou vynalézavost a tvořit nejrůznější věci.
více informací
- Nejlepší Resin 3D tiskárny
- 3D skener
- Náhradní díly pro 3D tiskárny
- Vlákna a pryskyřice pro 3D tiskárny
- Nejlepší průmyslové 3D tiskárny
- Nejlepší 3D tiskárny pro domácnost
- Nejlepší levné 3D tiskárny
- Jak vybrat nejlepší 3D tiskárnu
- Vše o formátech STL a 3D tisku
- Typy 3D tiskáren