Jakie technologie druku 3D są dostępne?
Obecnie dostępne jest kilka głównych technologii druku przestrzennego, które korzystają z rozmaitych technik i materiałów.
Drukarki do użytku domowego i półprofesjonalnego
W warunkach domowych i biurowych, a także w małych pracowniach oraz warsztatach wykorzystuje się przede wszystkim dwie techniki druku przestrzennego: formowanie termiczne termoplastów dostępnych w formie filamentu (FDM) i tworzenie wydruków z żywicy światłoutwardzalnej (SLA, DLP, LCD).
FDM – Fused Deposition Modeling
Metoda FDM polega na wyciskaniu przez rozgrzaną dyszę półpłynnego materiału termoplastycznego, który jest nanoszony warstwowo na pole robocze, tworząc trójwymiarowy wydruk. Materiały do druku FDM dostępne są w formie szpulek z nawiniętymi “nitkami” termoplastu nazywanego filamentem. Jest to obecnie najpopularniejsza technologia druku 3D w zastosowaniach domowych i półprofesjonalnych.
Zalety: szeroka dostępność, niska cena urządzeń i materiałów, łatwa obsługa
Ograniczenia: dość niska dokładność, konieczność stosowania podpór, widoczne warstwy
Dostępne materiały: PLA, ABS, nylon, polistyren wysokoudarowy (HIPS), PET, poliwęglan, poliuretan termoplastyczny (TPA/Flex), polieteroeteroketon (PEEK)
SLA, DLP i LCD
Metody SLA (stereolitografia), DLP (Digital Light Processing) i LCD polegają na warstwowym utwardzaniu żywicy fotopolimerowej przy pomocy lasera, cyfrowego projektora światła lub ekranu LCD UV. Po zakończeniu procesu drukowania następuje postprocessing polegający na oczyszczeniu wydruku z resztek nieutwardzonej żywicy i utrwaleniu go w specjalnym module naświetlającym. Wydruki stworzone tą metodą charakteryzują się dużą dokładnością i dobrymi właściwościami mechanicznymi.
Zalety: szeroka dostępność urządzeń i żywic, duża dokładność, niewielkie straty materiału
Ograniczenia: wyższa cena drukarek i materiałów niż w przypadku FDM, konieczność stosowania środków ochrony osobistej (toksyczny materiał i opary), mniejszy wybór materiałów
Dostępne materiały: żywice światłoutwardzalne o różnych właściwościach
Drukarki do zastosowań profesjonalnych i przemysłowych
Bardziej profesjonalne urządzenia FDM i SLA/DLP/LCD są rzadko spotykane w użytku domowym, podobnie jak drukarki wykorzystujące takie technologie jak SLS, DMLS czy MJP. Jednak na rynku funkcjonuje szereg firm oferujących komercyjne drukowanie każdą z wymienionych metod, dzięki czemu z łatwością możesz wdrożyć dowolną z nich do swojego projektu.
SLS: Selective Laser Sintering, czyli selektywne spiekanie laserem
W tej metodzie proszek polimerowy jest warstwowo spiekany przy pomocy lasera. Podgrzewanie kolejnych warstw nadtapia jednocześnie poprzednie, co ułatwia stworzenie jednolitej, wytrzymałej bryły.
Zalety: niewysoki koszt materiału, szeroka dostępność domieszkowanych materiałów o różnych właściwościach, duża dokładność, brak konieczności stosowania podpór (wydruk jest podtrzymywany przez niespieczony proszek), możliwość ponownego wykorzystania niezużytego materiału
Ograniczenia: drukarki praktycznie niedostępne do użytku domowego, skomplikowana obsługa urządzeń, ziarnista powierzchnia wydruków (wymagany postprocessing), duża kurczliwość materiału
Dostępne materiały: nylon (PA12), poliamid 11, polieteroeteroketon (PEEK), polimery domieszkowane
DMLS, SLM – selektywne spiekanie laserowe metalu
Metody DMLS i SLM (nazwy zależne od producenta konkretnych urządzeń i materiałów) polegają na selektywnym spiekaniu sproszkowanego metalu przy pomocy lasera. W ten sposób warstwa po warstwie powstaje trójwymiarowy wydruk o doskonałych właściwościach wytrzymałościowych.
Zalety: możliwość drukowania bardzo precyzyjnych, wytrzymałych elementów metalowych (również do zastosowań przemysłowych), bardzo dobra dokładność, brak konieczności stosowania podpór, możliwe tworzenie skomplikowanych kształtów
Ograniczenia: wysoki koszt urządzeń i materiałów, drukarki dostępne niemal wyłącznie do użytku profesjonalnego, wymagający postprocessing, skomplikowana obsługa, niewielkie pole robocze
Dostępne materiały: domieszkowane proszki stali, aluminium, niklu czy chromu
MJP i PolyJet
MJP (Multi Jet Printing) i PolyJet to metody wykorzystujące rozpylaną warstwowo żywicę fotopolimerową, która następnie utwardzana jest przy pomocy światła UV. Taka technologia pozwala na uzyskanie niezwykle dokładnych wydruków o bardzo gładkiej powierzchni i świetnych właściwościach mechanicznych.
Zalety: największa dokładność ze wszystkich technologii addytywnych, możliwość pracy z wieloma rodzajami materiału czy kolorami naraz, możliwe tworzenie skomplikowanych kształtów i detali
Ograniczenia: wysoki koszt urządzeń i materiałów, skomplikowana obsługa, ograniczenia stosowanych materiałów
Dostępne materiały: żywice fotopolimerowe o różnych właściwościach
Kryteria wyboru: dobierz technikę do swojego projektu!
W zależności od projektu warto sięgnąć po różne technologie drukowania i materiały.
Chcę nauczyć się drukowania w 3D
Do nauki druku 3D najlepiej nadaje się technologia FDM, która oferuje szeroki wybór materiałów i możliwość zakupu stosunkowo taniego, łatwego w obsłudze urządzenia. Bardziej zaawansowani użytkownicy mogą również spróbować swoich sił z drukarkami korzystającymi z żywic światłoutwardzalnych, na przykład SLA czy LCD.
Chcę tworzyć elementy dekoracyjne lub makiety
Jeśli chcesz projektować i drukować samodzielnie, najlepiej sprawdzi się w tym celu technologia FDM, zwłaszcza korzystająca z takich materiałów jak PLA, które cechują się łatwością druku i atrakcyjnym wyglądem. Natomiast w przypadku korzystania z profesjonalnych usług warto rozważyć na przykład MJP, które pozwala na tworzenie wielobarwnych elementów o dużej dokładności.
Chcę zbudować funkcjonalny prototyp lub potrzebuję wydruku, który wytrzyma mechaniczne obciążenie
W warunkach domowych warto sięgnąć po druk FDM z wytrzymałych materiałów, takich jak nylon czy ABS. Jeśli zlecasz pracę pracowni druku przestrzennego, warto pomyśleć o metodach SLS i DMLS, które umożliwiają uzyskanie bardzo dokładnych wymiarowo, wytrzymałych wydruków. Podobna zasada dotyczy tworzenia części zapasowych i elementów konstrukcyjnych urządzeń. Natomiast w specjalistycznych zastosowaniach, na przyklad do tworzenia protez dentystycznych, najczęściej korzysta się z drukarek na żywice fotopolimerowe, czyli na przykład technologii SLA czy PolyJet.
Chcę drukować z konkretnych materiałów
Jeśli potrzebujesz wydruków o szczególnych właściwościach, na przykład przeznaczonych do kontaktu z żywnością, biodegradowalnych, odpornych na korozję czy bezpiecznych w kontakcie z ludzkim ciałem, wybierz technologię, która umożliwia stosowanie danego typu materiałów. Przykładowo, korzystając z technologii FDM możesz drukować na przykład z PLA, które jest biodegradowalnym materiałem bezpiecznym dla środowiska naturalnego, a przy użyciu metody DMLS – z wytrzymałej stali narzędziowej.
Kiedy zrezygnować z druku przestrzennego w projekcie?
Czasami należy rozważyć wykonanie projektu tradycyjnymi metodami. Warto zastanowić się nad tym, gdy potrzebne są standardowo produkowane elementy lub gdy w przypadku danej części potencjalna obróbka mechaniczna będzie bardziej opłacalna, szybsza lub precyzyjniejsza niż drukowanie przestrzenne.
