Drukarki 3D

Nowoczesne urządzenia do wytwarzania trójwymiarowych przedmiotów

Druk 3D to technika addytywnego wytwarzania detali mechanicznych. Do niedawna stosowana była tylko do wytwarzania prototypowych elementów do testów spasowania oraz oceny estetycznej. Obecnie jednakże, dzięki postępom w zakresie technologii materiałowej i inżynierii systemu druku 3D pozwalają na produkcję elementów do realnego zastosowania. Wszystko to przełożyło się na zwiększenie rozdzielczości drukarek 3D oraz poprawę jakości wytwarzanych detali - głównie ich wytrzymałości strukturalnej i odporności mechanicznej. Dzięki poprawie wydajności drukarek 3D, ekonomicznie uzasadnione jest obecnie wykorzystanie tej technologii do produkcji w krótkich seriach, gdzie zastępuje np. wtryskiwanie tworzyw sztucznych. Drukarka 3D - Cena tego typu produktu stopniowo się obniża i dziś pozwala już nawet na zakupienie drukarki 3D w celach hobbystycznych.

Historia druku 3D - Początki drukarki 3D

Początki addytywnych metod wytwarzania sięgają przełomu lat ‘70 i ‘80 XX wieku. W 1974 roku David E. H. Jones zaproponował ideę drukowania trójwymiarowych elementów. W 1981 roku powstały dwie pierwsze metody druku 3D, wykorzystujące fotoutwardzanie specjalnych polimerów. Trzy lata później opracowano metodę stereolitograficzną, wykorzystującą dwa lasery ultrafioletowe do polimeryzacji żywicy. To wtedy narodził się format plików STL, klasycznie związany z systemami druku 3D do czasów obecnych. W 1988 S. Scott Crump opatentował technologię wytwarzania obiektów ze stopionego tworzywa, podawanego z pomocą specjalnego ekstrudera (FDM). Technologią ta używaną jest do tej pory przez większość drukarek 3D - szczególnie modeli hobbystycznych i konsumenckich. W 1992 roku pojawiła się na rynku pierwsza drukarka tego typu. Do 2009 roku firma Stratasys była monopolistą na tym rynku, ale po wygaśnięciu patentu na technologię FDM na rynku pojawiło się wielu konkurentów.

Drukarki FFM/FDM - budowa i zasada działania

Technologia FDM (znana również jako FFM) to rozwiązanie, w którym wykorzystuje się ciągłe włókno z materiału termoplastycznego - tzw. filament. Jest on podawany z dużej cewki poprzez ruchomą, podgrzewaną głowicę. Głowica drukująca jest przesuwana pod kontrolą komputera, aby zdefiniować drukowany kształt. Zazwyczaj porusza się ona w dwóch wymiarach, aby osadzić jedną warstwę; następnie głowica jest nieznacznie przesuwane w pionie, aby rozpocząć nakładanie nowej warstwy. Prędkość przesuwu tworzywa w głowicy wytłaczarki może być kontrolowana, co pozwala nawet na zatrzymanie procesu produkcji i rozpoczęcie go w innej strefie urządzenia, co pozwala na produkcję złożonych geometrii. Drukarki FDM oferują obecnie całkiem wysoką rozdzielczość, przy jednocześnie wysokiej powtarzalności oraz niskiej cenie eksploatacji i zakupu samego urządzenia.

Druk 3D - Drukarki fotopolimeryzacyjne

W systemach wykorzystujących płynne materiały fotoutwardzalne, przedmiot budowany jest z warstw naświetlonego ultrafioletem materiału. Przedmiot produkowany jest w specjalnej kadzi, w której podstawa jest zmotoryzowana w osi Z. Źródło światła - laser ultrafioletowy (lub dwa, w przypadku stereolitografii), laser podczerwony (w przypadku wykorzystania procesu wielofotonowego), skanery diodowe etc - naświetla wierzchnią warstwę cieczy, powodując fotopolimeryzację zawartego w niej tworzywa. Następnie element drukowany jest opuszczany, a proces optycznego utwardzania polimeru jest powtarzany dla kolejnej warstwy. Systemy optyczne oferują doskonałą rozdzielczość, jednakże koszt tego rodzaju urządzenia, jak i materiałów eksploatacyjnych dla niego jest dosyć wysoka.