3D tisk: co potřebujete vědět

Nejedná se o tiskárnu kola vašeho dědečka nebo maticovou matici. Ve skutečnosti se málo podobají dnešním dokumentovým nebo fotografickým tiskárnám, které mohou tisknout pouze v nudných starých dvou rozměrech. Jak název napovídá, 3D tiskárny mohou stavět trojrozměrné objekty z různých materiálů. Jdou do hlavního proudu, zobrazují se u maloobchodníků, jako jsou sponky, Best Buy a Home Depot, a můžete si koupit řadu 3D tiskáren a jejich spotřebního materiálu na Amazon.com a prostřednictvím dalších online prodejen. Přestože se stále většinou nacházejí ve výrobních halách nebo v designérských studiích, ve školách a komunitních centrech a v rukou fandů, stále více se nacházejí 3D tiskárny na pracovních stolech, v šatnách a kuchyních - a možná i v domácnosti blízko vás, pokud ne vlastní.

Co je 3D tisk?

Nejjednodušší je 3D tisk výrobním procesem, ve kterém je materiál pokládán, vrstva po vrstvě, aby vytvořil trojrozměrný objekt. (Toto je považováno za aditivní proces, protože objekt je postaven od nuly, na rozdíl od subtraktivních procesů, ve kterých je materiál řezán, vrtán, frézován nebo opracováván.) Přestože 3D tiskárny používají různé materiály (například plast nebo kov) a techniky (viz „Jak funguje 3D tisk?“ níže), sdílejí schopnost obracet digitální soubory obsahující trojrozměrná data - ať už jsou vytvořeny na počítači podporovaném návrhu (CAD) nebo na počítači podporovaném výrobním programu (CAM), nebo z 3D skeneru - do fyzických objektů.

Je 3D tisk sudý?

Ano, 3D tisk lze považovat za tisk, i když ne tak, jak je tradičně definováno. Definice „tiskařského“ tisku společnosti Webster se zaměřují na výrobu tiskovin, publikací nebo fotografií a výrobu pomocí otisků (působení tlaku). Ani 3D definice se opravdu nehodí. Z technologického hlediska je však 3D tisk vyrůst tradičním tiskem, ve kterém se nanáší vrstva materiálu (obvykle inkoust). Obvykle je tak tenká, že není vidět znatelná výška (i když u pevných inkoustových tiskáren je to poněkud silnější). 3D tisk dělá tuto výšku značně rozšířením aplikací více vrstev. Bylo by tedy rozumné rozšířit definici tisku tak, aby zahrnovala výrobu trojrozměrných objektů tímto způsobem.

Jak funguje 3D tisk?

Podobně jako tradiční tiskárny i 3D tiskárny používají celou řadu technologií. Nejběžněji známým je modelování roztaveného depozice (FDM), také známé jako výroba roztaveného vlákna (FFF). V něm se roztaví vlákno - složené z akrylonitrilového butadien-styrenu (ABS), kyseliny polymléčné (PLA) nebo jiného termoplastu a uloží se přes vyhřívanou vytlačovací trysku ve vrstvách. První 3D tiskárny, které přicházejí na trh, vyrobené v polovině 90. let společností Stratasys za pomoci společnosti IBM, používaly FDM (pojem obchodní značky Stratasys), stejně jako většina 3D tiskáren zaměřených na spotřebitele, fandy a školy.

Další technologií používanou při 3D tisku je stereolitografie. UV laser v něm svítí do kadeře fotopolymeru citlivého na ultrafialové záření a sleduje objekt, který má být vytvořen na jeho povrchu. Polymer ztuhne, kamkoli se paprsek dotkne, a paprsek „vytiskne“ vrstvu objektu po vrstvě podle pokynů v souboru CAD nebo CAM, ze kterého pracuje.

Ve variantě máte také digitální 3D světelný projektor (DLP). Tato metoda vystavuje tekutý polymer světlu z digitálního projektoru zpracování světla. Toto vytvrzuje polymerní vrstvu po vrstvě, dokud se objekt nevytvoří, a zbývající kapalný polymer se vypustí.

Multi-jet modelování je inkoustový 3D tiskový systém, který stříká barevné lepidlo podobné pojivo na následné vrstvy prášku, kde má být objekt vytvořen. To je jedna z nejrychlejších metod a jedna z mála, která podporuje vícebarevný tisk.

Je možné upravit standardní inkoustovou tiskárnu tak, aby tiskla s jinými materiály než inkoustem. Podnikatelé do-it-yourselfers vytvořili nebo upravili tiskové hlavy, obvykle piezoelektrické hlavy, aby pracovaly s různými materiály - v některých případech se tisknou samotné tiskové hlavy na jiných 3D tiskárnách! Společnosti jako MicroFab Technologies prodávají 3D tiskové hlavy (stejně jako kompletní tiskové systémy).

Selektivní laserové slinování (SLS) používá vysoce výkonný laser k roztavení částic z plastu, kovu, keramiky nebo skla. Na konci práce se zbývající materiál recykluje. Při tání elektronovým paprskem (EBM) se používá - jste uhodli - elektronový paprsek k roztavení kovového prášku, vrstvu po vrstvě. Titan je často používán s EBM pro syntézu lékařských implantátů, stejně jako částí letadel.

V závislosti na technice mohou 3D tiskárny používat různé materiály, mezi něž patří mimo jiné kovy (nerez, pájka, hliník a titan); plasty a polymery (včetně kompozitů, které kombinují plasty s kovy, dřevem a jinými materiály); keramika; omítka; sklenka; a dokonce i potraviny jako sýr, poleva a čokoláda! (Viz náš základní nátěr na 3D vláknech tiskáren.)

Kdo vynalezl 3D tisk?

První 3D tiskárnu, která používala stereolitografickou techniku, vytvořil Charles W. Hull v polovině 80. let. Stereolitografie je z velké části nákladnou komerční technikou, přičemž stroje často stojí 100 000 dolarů nebo více.

V roce 1986 Hull založil společnost 3D Systems, společnost, která dnes prodává 3D tiskárny, které používají různé technologie. Pohybují se od počátečních souprav až po pokročilé komerční systémy a 3D systémy také poskytují služby na vyžádání dílů, většinou podnikovým uživatelům.

Jaké jsou výhody 3D tisku?

Díky 3D tisku mají návrháři možnost rychle proměnit koncepty v 3D modely nebo prototypy (aka „rapid prototyping“) a provádět rychlé změny designu. Umožňuje výrobcům vyrábět produkty na vyžádání spíše než ve velkých sériích, což zlepšuje správu zásob a snižuje skladové prostory. Lidé na odlehlých místech mohou vyrábět předměty, které by jim jinak byly nepřístupné.

Z praktického hlediska může 3D tisk ušetřit peníze a materiál versus subtraktivní techniky, protože se zbytečně ztrácí jen velmi málo materiálu. A slibuje změnu povahy výroby a nakonec umožní spotřebitelům stahovat soubory pro tisk i složitých 3D objektů - včetně například elektronických zařízení - ve svých domovech.

Co umí 3D tiskárny?

Designéři používají 3D tiskárny k rychlému vytváření modelů produktů a prototypů, ale stále častěji se také používají k výrobě finálních produktů. Mezi předměty vyráběné pomocí 3D tiskáren patří návrhy obuvi, nábytek, voskové odlitky pro výrobu šperků, nářadí, stativy, dárkové a novinové předměty a hračky. Automobilový a letecký průmysl používá k výrobě dílů 3D tiskárny. Umělci mohou vytvářet sochy a architekti mohou vytvářet své projekty. Archeologové používají 3D tiskárny k rekonstrukci modelů křehkých artefaktů, včetně některých starožitností, které byly v posledních letech zničeny ISIS. Stejně tak mohou paleontologové a jejich studenti duplikovat kostry dinosaura a další fosílie. Podívejte se na naši galerii jednoduchých a praktických objektů 3D tiskárny.

Lékaři a lékaři mohou 3D tisk použít k výrobě protetik, sluchových pomůcek, umělých zubů a kostních štěpů a také k replikaci modelů orgánů, nádorů a jiných vnitřních tělesných struktur z CT skenů při přípravě na chirurgický zákrok. Dobrým příkladem je Projekt Daniel, který 3D tiskne protetické paže a ruce pro oběti násilí v Súdánu. Také vyvíjené 3D tiskárny, které mohou stanovit vrstvy buněk za účelem vytvoření umělých orgánů (jako jsou ledviny a krevní cévy), jsou již ve fázi výzkumu a vývoje. Pro forenzní účely existuje dokonce místo pro 3D tisk, například pro replikaci kulky umístěné uvnitř oběti.

Tištěná elektronika je sada metod tisku, které umožňují tisk elektronických zařízení nebo obvodů na pružný materiál, jako jsou štítky, textilie a karton, použitím elektronických nebo optických inkoustů. Poskytuje velmi nízkou výrobu nízko-výkonových zařízení. Tištěná elektronika se začíná kombinovat s 3D tiskem, což umožňuje tisk vrstvených obvodů nebo zařízení. Přirozený růst tohoto mocného komba je, že jednoho dne budete možná moci vytisknout gadgety z 3D plánů místo jejich nákupu.

Dalším způsobem použití 3D tiskáren je příprava jídla. Francouzský kulinářský institut používá k přípravě uměleckých lahůdek otevřenou 3D tiskárnu vyvinutou na Cornellské univerzitě a společnost MIT vytvořila 3D potravinářskou tiskárnu s názvem Cornucopia. Malé množství restaurací testuje prototypy potravinářských tiskáren. Výzkum NASA v oblasti 3D tisku zahrnoval tisk potravin, jako je pizza vytištěná ve 3D.

Komerčně se stala hrstka potravinových 3D tiskáren. Mají tendenci se zaměřovat na konkrétní potraviny, jako je čokoláda, palačinky nebo sušenky.

Co jsou služby 3D tisku?

Nemusíte vlastnit 3D tiskárnu, abyste z ní měli prospěch. Mnoho 3D tiskových služeb, například Shapeways a Sculpteo, tiskne dárky a další drobné předměty na objednávku na svých vlastních 3D tiskárnách a poté je dopraví zákazníkovi. Zákazníci mohou buď odeslat své vlastní soubory 3D objektů, nebo si vybrat z online katalogu položky, z nichž většina byla navržena jinými uživateli služby.

3D tiskové služby však již nejsou pouze doménou odborníků. Velké společnosti jako Staples a UPS zavedly služby 3D tisku a některé tradiční tiskárny přidaly do svého repertoáru 3D tisk.

Kde mohu získat 3D tiskárnu?

Většina výrobců 3D tiskáren prodává své výrobky přímo online. Mnoho e-tailerů je nyní zásobuje, včetně společností pouze online, jako je Amazon.com, a dalších, které mají také kamennou prodejnu. Některé z nich, jako je Walmart, Best Buy a Staples, je nabízejí v obchodech i online, ale ujistěte se, že dostupnost obchodů je na jejich webových stránkách, protože ne všechny prodejny je nesou. Ve velkých městech se otevřelo několik prodejen 3D tiskáren. Například iMakr má prodejny v Londýně a New Yorku.

Několik online prodejců se specializuje na 3D tiskárny, například Dynamism, který prodává řadu 3D tiskáren různých značek a poskytuje také zákaznickou podporu.

Jaký software potřebuji pro 3D tisk?

Téměř všechny 3D tiskárny přijímají soubory v tzv. Formátu STL (pojmenované pro stereolitografii). Tyto typy souborů mohou být produkovány většinou jakéhokoli softwaru CAD, od drahých komerčních balíčků, jako je AutoCAD, po bezplatné nebo open-source produkty, jako jsou Google SketchUp a Blender. Pro ty, kteří nemají sklon vytvářet vlastní 3D soubory, nabízejí 3D objektové databáze, jako je MakerBot's Thingiverse, četné 3D objektové soubory, které lze stáhnout a vytisknout.

Většina 3D tiskáren je dodávána se sadou softwaru, dodávanou na disku nebo ke stažení, která obsahuje vše, co potřebujete k tisku. Tato apartmá obvykle poskytují program pro ovládání tiskárny a kráječe, který při přípravě na tisk formátuje soubor objektů do vrstev na základě vybraného rozlišení a dalších faktorů. Některá apartmá zahrnují program, který „léčí“ objektový soubor opravou problémů, které by mohly narušit hladký tisk. Programy vycházely z open-source hnutí RepRap, z čehož se vyvinul falešný 3D tisk. U některých tiskáren si můžete vybrat jednotlivé programy komponent, které chcete stáhnout, spíše než jít s tím, co je součástí sady.

Co drží budoucnost pro 3D tisk?

K dispozici je celá řada 3D tiskáren pro domácnosti a malé podniky - PCMag je zkontroloval docela mnoho z nich - ale stále se na ně často pohlíží jako na exotické a poněkud drahé kontrapty. Očekávejte, že se to změní v příštích několika letech, kdy se 3D tiskárny stanou běžnějšími v domech - najdete je na pracovních stolech, ve studiích, domácích kancelářích a dokonce i v kuchyni. Možná je nenajdete v každé domácnosti, ale stanou se nepostradatelnými pro ty lidi, kteří je mají. Položky vyrobené pomocí 3D tiskáren mají zpravidla homogenní interiéry, ale začneme vidět složitější kreace kombinující více materiálů a kompozitů, jakož i elektroniku pro tisk. U dnešních 3D tiskáren, pokud ztratíte kryt baterie dálkového ovladače televizoru, můžete vytisknout náhradní kryt. Pokud zítra ztratíte dálkové ovládání, budete moci vytisknout nové dálkové ovládání.

Také 3D tisk získává oporu ve vesmíru. NASA experimentuje s 3D tiskárnami na palubě Mezinárodní vesmírné stanice. Nakonec by mohly být 3D tiskárny použity k vytváření stanovišť na Marsu a dalších světech. Aby astronauti Apollo 13 zachránili před smrtí zadusení oxidem uhelnatým, musela NASA ve skutečnosti najít způsob, jak umístit čtvercový kolík do kulaté díry. Pokud by na palubě byla 3D tiskárna, mohli by problém snadno vyřešit návrhem a tiskem konektoru.

Astronauti se nemohou houpat Home Depot, pokud potřebují vyměnit ventil nebo widget, ale 3D tiskárna by ji mohla vyrobit podle potřeby. Stejně tak uvidíme 3D tiskárny v antarktických základnách a na jiných vzdálených pozemských místech, kde lidé nemohou čekat šest měsíců na další zásobování potřebnými součástmi nebo nástroji.

Lékařské aplikace 3D tisku nekončí protetikou, naslouchátky a zubními korunkami. (Viz část „Co umí 3D tiskárny?“ Výše, kde je uveden náhled toho, co je v práci.) Náhradní díly nemusí být omezeny na mechanické.

V posledních několika letech jsme viděli explozi v rozmanitosti a použití 3D tiskáren. Je to podobné tomu, kde byl osobní počítač kolem roku 1980. Ačkoli je dost snadné vidět některé oblasti, do kterých se bude 3D tisk rozvětvovat, jiné jsou mimo naši schopnost předvídat, stejně jako nikdo kolem roku 1980 si nedokázal představit mnoho z toho, co osobní počítač by se proměnil v. Je možné, že 3D tisk nemusí mít stejný dopad jako počítač, ale má potenciál revoluci ve výrobě a možná ještě důležitější je uvést do rukou každodenních spotřebitelů. Jedno je však jisté: 3D tisk je tu, aby zůstal.

Další informace naleznete v našem průvodci deseti nejlepšími 3D tiskárnami a několika postřehych začínajících osvojitelů.