O DRUKARKACH 3D

Rodzaje technologii druku 3D – do czego są przeznaczone i na czym polegają różnice?

Istnieje kilka odmiennych technologii wytwarzania przyrostowego, które są stosowane w drukarkach 3D, każda z nich znajduje i wypełnia swoją przestrzeń na rynku. Same drukarki różnią się między sobą budową, sposobem działania, poziomem trudności eksploatacji, czasem potrzebnym na wykonanie wydruku 3D – dlatego „drukarka 3D” to bardzo ogólne wyrażenie. Przygotowaliśmy krótki przewodnik po najpopularniejszych technologiach drukowania przestrzennego.

FDM (Fused Deposition Modelling) i FFF (Fused Filament Fabrication) – jest to najczęściej używana i z założenia najmniej skomplikowana metoda, polegająca na wytłaczaniu na stół roboczy termoplastycznego materiału (ogrzanego do określonej temperatury) i układania z niego warstw o określonym kształcie. Po nałożeniu każdej warstwy platforma robocza obniża się, nakładana jest kolejna warstwa – proces się powtarza aż do uzyskania gotowego elementu.

Zaletą stosowania tej technologii jest szeroka gama materiałów z których można korzystać (ABS, PLA, PC, PC-ABS, PPSF, materiały elastyczne, z domieszkami drewna, carbonu czy metali itp.), możliwość budowania dużych elementów oraz wysoka odporność na złamania. Technologia FFF jest stosunkowo tania, zarówno pod kątem zakupu urządzenia jak i materiałów eksploatacyjnych – urządzeń pracujących w tej technologii jest na rynku najwięcej – głównie dlatego dominuje w segmencie urządzeń desktopowych oraz edukacyjnych.

W tej technologii materiał (filament) jest zawinięty na szpuli, która jest montowana wewnątrz drukarki. W trakcie druku podajnik rozwija materiał ze szpuli i podaje go do ekstrudera. W ekstruderze filament jest podgrzewany do temperatury topnienia a następnie wypływa przez dyszę pozostawiając na platformie roboczej warstwę wydruku. W zależności od modelu drukarki – szpule z filamentem mogą być też montowane na zewnątrz obudowy drukarki lub na całkowicie zewnętrznym stojaku.

FDM dedykowany jest głównie prototypowaniu, działom R & D, biurom architektonicznym i designerskim; choć dzięki zastosowaniu różnych materiałów może też znaleźć swoje miejsce w branży drzewnej i meblarskiej, przemyśle a nawet medycynie. Stosowanie technologii właściwie nie ma ograniczeń ze względu na branżę czy charakter podejmowanych działań.

DLP (Digital Light Processing) – proces drukowania polega w niej na utwardzaniu fotopolimerów (materiałów światłoczułych) za pomocą światła projektora, który jest zamontowany pod pojemnikiem z żywicą. Doskonała, bardzo gładka powierzchnia oraz niezwykła precyzja wydruków sprawia, że technologia ta doskonale sprawdza się w medycynie, jubilerstwie i w każdej innej dziedzinie, która wymaga dużej precyzji. Jedną z jej cech jest to, iż cała warstwa jest naświetlana a przez to utwardzana jednocześnie. W odróżnieniu od technologii SLA gdzie warstwy są utwardzane selektywnie za pomocą lasera – w DLP światło projektora utwardza całą warstwę na raz.

Wydruki powstałe w tej technologii cechują się wysoką dokładnością nawet do kilkudziesięciu mikronów oraz doskonale gładką powierzchnią zewnętrzną dzięki czemu znajdują zastosowanie w jubilerstwie, stomatologii, protetyce. W drukarkach żywicznych można stosować żywice biomedyczne dopuszczone do kontaktu z tkankami ciała, popularne w jubilerstwie żywice odlewnicze a także różnokolorowe (również bezbarwne) do ogólnego zastosowania.

SLA (Stereolitografia) – jest jedną z najstarszych metod szybkiego prototypowania, która polega na polimeryzacji ciekłej żywicy odbitą od lustra wiązką lasera. W pojemniku w którym znajduje się płynna żywica zanurzany jest stół roboczy na głębokość wymaganej warstwy, po czym wiązka lasera utwardza go poruszając się w osi XY i obrysowując kształt danego obiektu. Następnie stół podnosi się o kolejną warstwę i proces się powtarza. Dzięki tej technologii możemy uzyskać bardzo precyzyjne formy z dokładnym odwzorowaniem geometrii, istnieje również możliwość uzyskania modeli transparentnych i cienkościennych. Tak jak każda metoda ta także posiada wady, największą z nich jest wysoka toksyczność wykorzystywanych żywic oraz konieczność przechowywania ich poza zasięgiem światła. Nie można też łączyć kilku kolorów i materiałów podczas jednego procesu produkcyjnego Po wydrukowaniu gotowego modelu trzeba go oczyścić z resztek nieutwardzonej żywicy np. przez kąpiel w alkoholu izopropylowym oraz usunąć elementy podporowe – brak umiejętności w tym zakresie może skutkować uszkodzeniem wydruku. Gotowy model powinien zostać wysuszony i poddany naświetlaniom lampą UV.

SLS (Selective Laser Sintering) – to technika drukowania 3D polegająca na spiekaniu kolejnych warstw sproszkowanego tworzywa za pomocą wiązki lasera. Na stole roboczym drukarki 3D rozsypywany jest sproszkowany polimer na który skierowana jest wiązka lasera sprawiając, że jest on selektywnie przetapiany. Następnie platforma robocza obniża się i zostaje nałożona kolejna warstwa proszku, która również zostaje spieczona. Cały proces odbywa się w atmosferze azotu by nie doszło do spalenia materiału. Technologia SLS nie wymaga stosowania supportów (podpór) dzięki czemu możliwe jest tworzenie geometrii obiektów których nie udałoby się uzyskać w przypadku innych metod produkcji, jest też na tyle szybka i precyzyjna, że opłaca się ją wykorzystywać nie tylko do prototypowania ale też do produkcji seryjnej poniżej 1000 sztuk. SLS mimo swojego ogromnego potencjału produkcyjnego należy do jednej z najtrudniejszych metod technologii addytywnej ze względu na stosowanie bardzo wysokich temperatur.

PolyJet (Polymer Jetting) – proces produkcji przypominający drukowanie za pomocą drukarki laserowej. Technologia polega na nanoszeniu na stół roboczy cienkich warstw żywicy a następnie utwardzaniu ich z użyciem lampy UV. PolyJet umożliwia wydruki z materiałów o wysokiej sztywności jak również elastycznych i transparentnych. Modele wydrukowane w tej technologii cechują się wysoką dokładnością oraz idalnie gładką powierzchną dlatego mogą służyć np. jako modele bazowe do tworzenia form silikonowych. Do drukowania podpór wykorzystuje się dedykowany żel, który po ukończeniu wydruku jest usuwany manualnie lub za pomocą myjki ciśnieniowej. Jedną z niedogodności tej technologii o której warto wspomnieć jest stosunkowo niska wytrzymałość temperaturowa wydrukowanych modeli – 45-90 stopni Celsjusza (w zależnośći od zastosowanego materiału).

CJP (ColorJet Printing) – polega na drukowaniu z proszku gipsowego w pełnym kolorze. Proszek gipsowy rozsypywany jest na platformie roboczej, następnie za pomocą głowicy drukującej natryskiwany selektywnie lepiszczem i kolorowym atramentem. Proszek scala się ze sobą tworząc przestrzenny model, który po skończonym procesie drukowania należy oczyścić i utwardzić za pomocą specjalnych preparatów chemicznych.

Przedstawione technologie należą do tych najpopularniejszych. Jak wiemy w miarę rozwoju technologii druku 3D, następuje jednoczesny rozwój technik drukowania – nieustannie testowane są nowe metody by drukować jeszcze lepiej, jeszcze szybciej i jeszcze dokładniej.