O czym mowa?
Drukarki 3D stają się coraz modniejszym produktem na rynku. Dzieję się to prawdopodobnie za sprawą tego iż dzięki tym niezwykłym urządzeniem każdy, na własną rękę może wyprodukować drobne części, biżuterie, zabawki – każdy pomysł może zostać zrealizowany.
Choć temat wydaje się świeży, technologia umożliwiające drukowanie przestrzenne pojawiła się już w latach 80 XX wieku.
Jak działają drukarki 3D?
Pierwszy etap – Modelowanie
Jednym z najbardziej znanych producentów oprogramowania do projektowania modeli jest firma Autodesk. Dzięki ich programowi, AutoCAD, można wygodnie tworzyć rozmaite bryły, które kolejno mogą być wykorzystywane jako wytyczne do drukowania.
Większość drukarek obsługuje pliki w formacie STL, dlatego też pliki z CAD’a należy zawczasu przekonwertować. Pliki z tą końcówką zapisują dokładny kształt części przy użyciu trójkątnych aspektów. Duże powierzchnie dzięki zastosowaniu znacznej ilości niewielkich aspektów zapisywane są w wysokiej jakości.
Drugi Etap – Drukowanie
Aby wykonać wydruk, urządzenie odczytuje projekt i ustanawia kolejność poszczególnych warstw materiałów potrzebnych do wykonania modelu. Materiały dostarczane są do drukarki w postaci: płynów, proszków lub arkuszy materiałów. Warstwy te, odpowiadają wirtualnym przekrojom modelu zaprojektowanego w programie CAD. Są one połączone ze sobą, tak więc po wyprodukowaniu ich wszystkich, automatycznie zastają związane aby utworzyć ostateczny kształt wydruku 3D. Główną zaletą tej metody jest jej zdolność do tworzenia praktycznie dowolnych kształtów geometrycznych.
Rozdzielczość takich drukarek określa się w DPI bądź w Mikronach (grubość warstwy). Typowa wartość wynosi około 100 mikronów, czyli 0,1mm. Profesjonalne drukarki są jednak w stanie drukować w rozdzielczości 16 mikronów. Średnica cząsteczki 3D wynosi od 50 do 100 mikronów (0,05-0,1mm).
Produkcja pojedynczego modelu dzięki współczesnym rozwiązaniom może trwać od kilku godzin do kilku dni, w zależności od stosowanej metody, wielkości i złożoności drukowanego modelu. Niektóre drukarki posiadają jednakże wiele dodatków usprawniających wykonywaną przez nie pracę, co niesie za sobą skrócenia czasu produkcji.
Stereolitografia jest to proces produkcji przedmiotów, który zachodzi w kadzi z ciekłą żywicą, ultrafioletowy lasera utwardza w niej elementy modelu (całą warstwę na raz). Dla każdej warstwy, laser 'śledzi’ przekrój wzoru na powierzchni żywicy. Ekspozycja na światło ultrafioletowe w tak zwanej 'kuracji laserowej’ zestala wzorzec wyznaczony na żywicy i łączy z poprzednimi warstwami.
Tworzywa do drukowania 3D:
- PLA – (kwas polimlekowy) jest to biodegradowalny polimer wytwarzany z kwasu mlekowego, który może być pozyskiwany w fermentacji roślin (np. z kukurydzy). Czyni go to idealnym kandydatem do stosowania w niektórych dziedzinach pozyskiwania energii w biednych obszarach świata. Topi się w dość niskiej temperaturze około 180 – 220 ° C.
- ABS –(Akrylonitryl-butadien-styren) jak lekki i może być formowany zarówno wtryskowo jak i być poddawany wytłaczaniu . Ma lepsze właściwości mechaniczne niż HDPE i jest mniej kruche niż PLA. Wymaga wyższych temperatur, więc lepiej pracuje z urządzeniami mocno nagrzewajacymi. Wadą jest to, że ABS musi być wytłaczany temperaturze od 215-250 ° C.
- PVA – (alkohol poliwinylowy) [PVOH, PVA lub PVAL] jest rozpuszczalny w wodzie. PVA ulega całkowitemu rozkładowi oraz szybkiemu rozpuszczeniu. Jego temperatura zeszklenia wynosi około 85 ° C . Szybko rozkłada się w temp. powyżej 200 ° C i może ulec pirolizie w wysokich temperaturach.
- Resin (żywica) – zaletą tego tworzywa jest długi okres trwałości, gdy nie jest on narażony na działanie światła. Poza tym po wydrukowaniu modelu łatwo usunąć z niego zalegającą jeszcze żywicę. Żywica jest bezpieczna dla środowiska. Twardnieje pod wpływem światła ultrafioletowego.
Mała dawka Historii – Pierwsza drukarka 3D – SLA-250.
Sama stereilitpgrafia stała się bardzo popularna już pod koniec 1980 roku, wtedy tez zaczęto prace nad podobnymi technologiami takimi jak FDM (Fused Deposition Modeling) oraz SLS (Selektywne Laserowe Spiekanie). Pierwsza z metod została wynaleziona w 1988 roku przez Scotta Crumpa, założyciela Stratasys. Kilka lat później opatentowano jeszcze inną technologię – trójwymiarową technikę drukowania (3DP), która jest podobna technologicznie do drukarek atramentowych 2D.
Niewielkie drukarki 3D do produkcji części prototypów zostały upowszechnione w 2010 roku, od tej pory pracuje się nad ulepszeniem druków oraz poszerzeniem gamy materiałów z jakich wykonywane zostają wydruki.
RapCraft – Polska drukarka 3D
Listopadem ubiegłego roku na portalu Kickstarter pojawił się polski projekt drukarki „Super łatwa w montażu drukarka 3D zaprojektowana i wykonana w Polsce”.
RapCraft różni się od innych drukarek 3D tym iż jego konstrukcja w całości wykonana została z aluminium, dzięki czemu uzyskano lekkie i zarazem trwałe urządzenie. Poza tym producent zachwala stelaż autorskiego projektu, pozwalający zachować sztywność i stabilność drukarki.
Elektronika RapCraft stworzona została na podstawie RAMPS i jak zapewnia producent dzięki ulepszeniom i dopasowaniu do drukarki, ich wersja pozwala uzyskać możliwie najlepsze rezultaty. Zawiera ona mikro-filtry oraz kable ekranowe likwidujące wszelkie zakłócenia.
Dane techniczne:
- Tworzywa: ABS i PLA
- Wymiary urządzenia : 45 x 50 x 53 cm
- Pole wydruku : 26 x 20,5 x 20 cm
- Waga : 6,7 kg
- Podgrzewana platforma
- Dysza : 0,35 mm
- Żarnik : Używa włókna o średnicy 1,75 mm
- Elektronika : RAMPS
- Rozdzielczość warstwy : <50 mikronów
- Zasilanie : 12V (międzynarodowa wtyczka wewnętrzna)
- Plastikowy wyprasek wtryskowy : dla większej trwałości druków 3D
- Oprogramowanie: pakiet oprogramowania Rapcraft kompatybilny z otwartym kodem źródłowym RepRap.
- Windows XP, Vista, Windows 7
- Mac
- Linux
źródło: rapcraft.com; kickstarter.com
Do kogo kierowane są niewielkie drukarki 3D?
- Architektów – aby ułatwić im wyprodukowanie modeli budynków, bloków bądź całych plansz
- Projektantów- ułatwić mają one wytworzenie prototypów produktów które łatwiej ocenić w formie materialnej niż na podglądzie wizualizacji;
- Hobbistów – o wiele tańsze jest wyprodukowanie niezbędnych elementów przykładowo: figurek do gry, części do modeli itp.
- Właścicieli małych firm – aby niezbędne produkty drukowali we własnych biurach bez potrzeby zamawiania ich w specjalistycznych sklepach;
- Studentów – drukowanie projektów z pewnością rozwija wyobraźnię oraz dodatkowe umiejętności.
- Do użytku w domu – samemu można wyprodukować zepsute elementy, dodrukować śrubki itp, bądź wykonywać zabawki dla dzieci czy przekształcić ich pomysły w rzeczywiste przedmioty.
Dane techniczne kilku projektów zrealizowanych za pomocą crowdfunding’u.
ROBO
- Tworzywa: ABS i PLA
- Wymiary urządzenia: 43 x 38 x 45 cm
- Pole wydruku : 25,4 x 25,4 x 20,3 cm
- Podgrzewana platforma: 25,4 x 25,4 cm, wykonana z akrylu
- Dysza : 0,4 mm średnica
- Żarnik : Używa włókna o średnicy 1,75 mm
- Silniki : 5 NEMA 17 – 48 uncji (w momencie zatrzymania)
- Elektronika : Arduino MEGA 2560 z rampy 1,4 tarczy
- Rozdzielczość warstwy : 100 mikronów
- Zasilanie : 12V 30Amps zasilacz impulsowy ( zarówno dla 115V i 230V)
- 12 łożysk lm8uu (do precyzyjnego ruchu)
B9Creator
- Tworzywa: FDM, żywica
- Wymiary urządzenia : 30,5 x 47 x 79 cm
- Pole wydruku : 10,24 x 7,68 x 20,32 cm ( w 100 mikronach) oraz 5,12 x 3,84 x 20,32 ( przy 50 mikronach).
- Waga : 13,5 kg
- Rozdzielczość warstwy : 50 – 100 mikronów
- Prędkość druku: 12-20 mm na godzinę
- Zasilanie : 12V
- Oprogramowanie: Autorskie
- Kompatybilny z oprogramowaniem : Windows, Mac i Linux.
The Form 1
- Tworzywa: FDM, żywica
- Wymiary urządzenia : 30 x 28 x 45 cm
- Pole wydruku :12,5 x 12,5 x 16,5 cm
- Waga : 8 kg
- Żarnik : Używa włókna o średnicy 1,75 mm
- Technologia: Stereolitografia (SLA)
- Rozdzielczość warstwy : 25 -300 mikronów
- Zasilanie : 100-240V, 1.5A 50/60Hz, 60W
- Oprogramowanie: Autorskie
- Kompatybilny z oprogramowaniem : Windows XP, Vista, 7 Mac OS X v10
Wydrukuj drukarkę!
Ciekawą możliwością jaką daje posiadanie drukarki 3D jest to iż kolejną można na dobrą sprawę wyprodukować samemu, przy użyciu już tej posiadanej. Dzięki temu iż niektóre z drukarek producenci sprzedają w kawałkach do samodzielnego montażu, można jest przeskanować tworząc modele w CAD’dzie. Wydrukowane kopie zapewne będą słabszej jakości, jednakże jeśli przykładowo któraś część ulegnie zepsuciu nie trzeba będzie zamawiać kolejnej ze sklepu o ile zawczasu samemu przygotuje się zapas.
Drukarki różnią się od siebie wielkością kubatury, hałasem jaki wytwarzają w procesie drukowania, obszarem, czasem i jakością wydruku oraz materiałami jakich używają w tym celu. Najlepszymi wydają się być te które do produkcji używają żywicy, gdyż wykonane z niej modele odporniejsze są na czynniki zewnętrzne. Ceny dostępnych na rynku drukarek 3D wahają się od kilku do kilkunastu tysięcy złotych.
Porównanie Cen drukarek 3D:
| Printrbot jr | 399 USD | printrbot.com |
| Portabee | 499 USD | portabee3dprinter.com |
| Printrbot LC | 649 USD | printrbot.com |
| Robo | 699 USD | robo3dprinter.com |
| Printrbot PLUS | 799 USD | printrbot.com |
| Ultimaker DIY-Kit | 1194 USD | shop.ultimaker.com |
| Felix 1,5 | 1299 USD | felixprinters.com |
| Cube | 1399 USD | cubify.com |
| Printrbot GO | 1’499 USD | printrbot.com |
| Afinia H-Series | 1599 USD | store.afinia.com |
| RapCraft | 6’999 PLN | rapcraft.com |
| B9Creator | 2’495 USD | formlabs.com |
| MAKERBOT REPLICATOR | 2’799 USD | store.makerbot.com |
| The Form 1 | 3’299 USD | shop.b9creator.com |
*ceny bez przesyłki
Średnie ceny tworzyw:
| ABS (1,75mm) | 31,99 – 48 USD | store.afinia.com |
| ABS (3mm) | około 40 USD | printrbot.com |
| PLA (1,75mm) | 27,95 – 35 USD | felixprinters.com |
| PVA (1,75mm) | około 90 USD | store.makerbot.com |
| Resin (żywica) | około 84 USD | formlabs.com |
Niektóre tworzyw można również dostać na serwisach aukcyjnych takich jak ebay czy na amazon, w niższej cenie.
*cena za1kg (bez przesyłki)
Przykładowe oprogramowanie do druku 3D
Firma Cubif, producent drukarki Cube, otrzymała nagrodę na CES 2013 w kategorii wchodzących technologi za 3D Systems CubeX.
Oprócz opisanej wyżej opcji istnieje tez możliwość drukowania fotografii. Wybiera się wtedy szablon ramki oraz zdjęcie przepuszczone przez specjalny filtr zmieniający zdjęcie na czarno-białe. Najbardziej czarne punkty zostają wtedy grubiej wydrukowane na ekranie ramki odwzorowując fotografie.
Kolejną możliwością jest tworzenie własnych gadgetów i zabawek. W tym przypadku użytkownik możne łączyć dowolnie szablonowe ewenementy. Pozwala to wykreować niepowtarzalne kombinacje, wybierając z szerokiej gamy komponentów dostarczonych przez producenta.
Więcej informacji na stronie producenta, pod adresem: www.cubify.com/apps.aspx?tb_create_apps
Najciekawsze przykłady modeli wykonanych na drukarkach 3D
