3D tlačiareň: Ako fungujú najlepšie vlákna a aké sú - jednoducho vysvetliť

3D tlač sa stáva čoraz obľúbenejšou. Tento článok vysvetľuje, ako funguje 3D tlačiareň, aké vlákna používate na tlač pôsobivých modelov a niekoľko praktických rád.

Ako funguje 3D tlačiareň?

3D tlačiarne sú ako piesok pri mori. Podobne existujú rôzne techniky, ako tlačiareň vytvára model. V zásade však môžu byť všetky tlačiarne priradené jednej zo štyroch rôznych techník.

• Na jednej strane je stereolitografia („SL“ alebo „SLA“). Tlačiareň má kúpeľ, v ktorom je tekutý fotopolymér. Fotopolyméry sú plasty, ktoré tvrdnú, keď sú vystavené svetlu. Tlačiarne zvyčajne pracujú s akrylovou, epoxidovou alebo vinylesterovou živicou. Živica sa vytvrdzuje laserom. V povodí fotopolyméru je plató, ktoré sa po vytvrdnutí jednej úrovne (hlbšie do kúpeľne) trochu posunie nadol. Po úplnom vytvrdnutí majú plasty vysokú pevnosť a chemickú odolnosť. Výhodou tohto procesu je jeho presnosť: tlačiareň môže tlačiť aj štruktúry s mikrometrickou veľkosťou. Bohužiaľ, stereolitografické tlačiarne sú v súčasnosti stále veľmi drahé.
• Je tiež známe selektívne laserové spekanie („SLS“). Aby ste pochopili, ako to funguje, predstavte si rúru, v ktorej je znovu vybudovaná plošina. Náhorná plošina je na začiatku na začiatku. V prvom rade sa valec používa na distribúciu plastu, formovacieho piesku potiahnutého plastom, kovového alebo keramického prášku na plošine. Laser potom jazdí po náhornej plošine a zahrieva určité body v prášku tak, že sa spoja a vytvorí sa prvá úroveň objektu. Plošina potom trochu klesá a proces začína znova. Takže objekt môže byť vybudovaný kúsok po kúsku. Je tu praktické, že zvyšok materiálu môže pôsobiť ako podporný materiál a na rozdiel od stereolitografie nemusia byť vytlačené žiadne podporné štruktúry.
• Pri klasickej 3D tlači, fúzovanom modelovaní nanášania („FDM“), sa tekutý plast nanáša na povrch vo vrstvách pomocou extrudéra, ktorý okamžite stvrdne. Potom sa povrch trochu posunie nadol (alebo extrudér hore) a vytlačí sa ďalšia vrstva. Tlačiarne sú pomerne lacné a dajú sa zostaviť pomocou nejakého know-how. Podkladový materiál sa však musí tlačiť na objekty s "previsom", tj na objekty, ktoré sú výrazne vyššie na vrchu ako na spodku. Okrem toho je presnosť tlače relatívne nepresná v porovnaní so stereolitografiou. Pre fandov a záujemcov je to však presne ten správny postup.

Aké vlákna existujú?

Pri modelovaní taveného nanášania tlačíte pomocou tzv. Filamentov. Sú to kotúče, na ktoré sa navíjajú termoplastické materiály vo forme drôtu. Existujú však určité rozdiely v závislosti od typu.

• Polylaktidy („PLA“) sa najčastejšie používajú v tlačiarňach. Plast sa väčšinou získava z regeneratívnych zdrojov, napríklad z kukuričného škrobu. Nie je však biologicky odbúrateľný. Plast je odolný voči vode a odpudzuje vodu vďaka svojej metylovej skupine. Tiež spomaľuje horenie a je dlhodobo odolný voči UV žiareniu. Najväčšou výhodou však je tlač: nie je tu nepríjemný zápach.
• Veľmi často sa používa aj kopolymér akrylonitril-butadién-styrén („ABS“). Tento plast je jedným z najpoužívanejších plastov na svete. Je obzvlášť odolný voči olejom, tukom a vysokým teplotám. Na rozdiel od PLA je ABS výrazne ťažší. Pri tlači by ste však nemali cítiť zápach tohto plastu. Zodpovednosť je hlavným problémom pri tlači. Kým PLA priľne dobre k vyhrievanej sklenenej doske, niektoré typy ABS priľnú veľmi zle napriek veľmi horúcemu vykurovaciemu lôžku a obojstrannej lepiacej páske. S ABS je však možné vytvoriť veľmi pekné modely. Po tlači majú modely obvykle matnú farbu. Ak však model umiestnite pod sklenenú kopuľu obsahujúcu handričku navlhčenú acetónom, model bude po určitom čase celkom hladký: ABS je rozpustný v acetóne, metyletylketóne alebo dichlórmetáne.
• Polyvinylalkohol („PVAL“ alebo „PVOH“), ktorý sa vyrába hydrolýzou polyvinylacetátu, je veľmi praktický pre modely s presahom. Zvláštnosťou tohto plastu je, že je rozpustný vo vode. Napríklad v 3D tlačiarni s dvoma extrudérmi môžete tlačiť model s PLA, ale podpornú štruktúru s PVAL. Tento plast je však nevhodný ako vlákno na tlač aktuálneho modelu, pretože voda sa absorbuje zo vzduchu a modely nebudú trvať dlho.
• Vysoko rázový polystyrén („HIPS“) sa väčšinou používa ako podporný materiál pre ABS. Tento plast má vysokú rázovú húževnatosť a tvrdosť, ale môže byť rozpustený limonénom, ktorý sa nachádza napríklad v citrónovom oleji.
• Zvlášť exkluzívna je tlač so zlúčeninami PLA. Je to zmes PLA a častíc z iných látok. Môžete napríklad tlačiť napríklad s drevom alebo meďou.
• Polykarbonáty („PC“) sa pri tlači zriedka používajú. Výhodou je veľmi vysoká teplota topenia 270 ° C až 300 ° C. Tento plast má tiež vysokú odolnosť proti nárazu a tepelnú odolnosť.
• Ak chcete tlačiť zariadenia alebo skrutky, ktoré musia odolať silným silám a ktoré sa nesmú lámať, odporúča sa amín polyhexametylén-adipovej kyseliny, známy tiež ako „nylon“ alebo „PA“.
• „Elastické“ alebo „flexibilné“ vlákna, ktoré sa zvyčajne skladajú z rôznych materiálov, sa často nachádzajú na internete. Najväčšou výhodou je flexibilita. To vám umožní tlačiť flexibilné a gumové modely. Ako hlavná zložka sa spravidla používajú termoplastické elastoméry na báze uretánu („TPU“).
• Môžete tiež tlačiť šálky a taniere. Na tento účel potrebujete plast vhodný pre potraviny. Okrem PLA existuje aj polypropylén („PP“), ktorý je tiež mierne ohybný. Kombináciou PLA a ABS, ktorá je bezpečná z hľadiska potravín, je PETG, ktorý sa ľahko tlačí a je veľmi odolný voči poveternostným vplyvom.

Ako funguje tlačový proces?

Najprv vytvoríte 3D model pomocou programu CAD a uložíte ho ako súbor STL.

• Tento súbor STL sa potom načíta do programu na krájanie, ako je Cura alebo Slic3r.
• V programe krájania na plátky máte možnosť nastaviť vlastnosti modelu, napríklad hustotu výplne alebo použitie podporných štruktúr.
• Program potom prevedie 3D model na G kód. Toto obsahuje všetky polohy, do ktorých by sa extrudér mal posúvať za sebou. Medzitým sa vlákno extruduje, čím sa vytvorí haptický model.

V nasledujúcom praktickom tipe vám predstavíme program CAD „Solid Edge“, pomocou ktorého môžete vytvoriť veľa praktických 3D modelov.