Trojrozmerná tlačiareň

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
3D tlačiareň

Trojrozmerná tlačiareň alebo 3D tlačiareň je zariadenie, ktoré dokáže vytvoriť trojdimenzionálny (3D) objekt na základe digitálnych 3D dát. Tento proces sa nazýva 3D tlač.

3D tlač je aditívny spôsob výroby, kedy postupným nanášaním a spájaním materiálu vo vrstvách vzniká požadovaný objekt. V súčasnosti je využitie 3D tlače rozdelené do niekoľkých oblastí a to hlavne na základe použitej technológie. Priemyselné tlačiarne sa používajú na vytváranie prototypov alebo malých sérií výrobkov, v medicíne sú to rôzne typy protéz a implantátov alebo domáce hobby tlačiarne na výrobu plastových predmetov.

Dejiny[upraviť | upraviť zdroj]

Začiatky 3D tlače siahajú do druhej polovice 20. storočia, keď si Charles Hull nechal v roku 1984 patentovať technológiu stereolitografie. V 90. rokoch Hull so svojou firmou vytvoril prvé zariadenie schopné tlačiť v 3D formáte, SLA-1 (ktoré sa vtedy ešte nenazývalo 3D tlačiareň). 3D Systems si dlho udržala vedúcu pozíciu na trhu a do roku 1996 predala cez 600 rôznych prístrojov SLA. V roku 1993 Massachusetts Institute of Technology patentoval technológiu, ktorá pracovala s práškovým materiálom a tekutým spojovačom. Licenciu na túto technológiu kúpila firma Z Corporation, a na jej báze začala vývoj 3D tlačiarní ako takých. Pojem 3D tlačiareň teda pochádza z 90. rokov.

Princíp činnosti[upraviť | upraviť zdroj]

3D tlačiareň podľa digitálnej predlohy objektu vytvorenej pomocou CAD programu vytvorí jej hmotnú kópiu. Existuje veľké množstvo technológií 3D tlače, najpoužívanejšie sú[1]:

Stereolitografia (SLA)[upraviť | upraviť zdroj]

Je to jedna z najstarších technológií. Používa sa pri nej fotopolymér, čo je plast citlivý na svetlo, ktorý po ožiarení najčastejšie UV žiarením spolymerizuje a stuhne. Následne tlačová plocha klesne a proces pokračuje ďalšou vrstvou. Ožiaria sa len tie miesta, na ktorých má materiál stuhnúť a tým vytvoriť požadovaný produkt. Po dokončení tlače sa tekutý materiál odstráni. Výsledný produkt je veľmi hladký, nevýhoda je ale pomalá rýchlosť tlače a problematická tlač vertikálnych štruktúr.

Selective Laser Sintering (SLS)[upraviť | upraviť zdroj]

Táto metóda je podobná ako stereolitografia, ale spevňuje sa práškové médium. Výhodou je možnosť opätovného použitia nespotrebovaného prášku. Ďalšie výhody sú, že spektrum lasera môže byť aj viditeľné svetlo (nie iba UV ako pri stereolitografii) a k dispozícii je široké spektrum materiálov: plasty, kovy, keramika.

Laminated Object Manufacturing[upraviť | upraviť zdroj]

Využíva tenkú plastovú fóliu, z ktorej sa výsledná vrstva produktu vyreže a prilepí lepidlom k ostatným vrstvám. Nevýhodou je až 50-percentný podiel odpadného materiálu proti materiálu produktu.

Fused Deposition Modeling (FDM)[upraviť | upraviť zdroj]

Používa priame nanášanie materiálu roztavením v tlačiacej hlave a nanášaním bod po bode. Najčastejšími materiálmi sú termoplasty. Je to najrozšírenejšia forma 3D tlače využívaná väčšinou open-source. Na rozšírení tohoto typu tlačiarní mal nemalú zásluhu Adrian Bowyer, kto­rý v ro­ku 2008 do­ká­zal z 3D tla­čiar­ne vy­tla­čiť no­vú 3D tla­čia­reň a svo­je di­zaj­ny nás­led­ne uvoľ­nil ako pod názvom RepRap [2].

Powder Bed and Inkjet Head[upraviť | upraviť zdroj]

Technológia 3D tlače pri ktorej sa vrstvy prášku (sádrový kompozit) postupne spájajú lepidlami na báze živíc[3]. Výhodami sú napríklad rýchlosť výroby a možná plnofarebnosť objektu v kompletnej škále CMYK[4]. Za nevýhody môžu byť považované krehkosť materiálu či potreba postprodukcie objektu.

Používané materiály[upraviť | upraviť zdroj]

Často používané materiály sú plasty ABS (Akrylonitrilbutadiénstyrén) a PLA (polylaktid), sádrový kompozit, fotopolymér a polyamid.

Plast ABS[upraviť | upraviť zdroj]

ABS je základným materiálom pre 3D tlač. Práca s ním je jednoduchá, pretože nevyžaduje tak presné nastavenie pracovnej teploty ako ostatné materiály. Doporučuje sa však pre objekty s maximálnym rozmerom 8 cm. Vždy však záleží aj od tvaru a geometrie objektu, ktorý je tlačený.

Plast PLA[upraviť | upraviť zdroj]

PLA je biologicky rozložiteľný plast a asi najuniverzálnejší dostupný materiál. Nemá takmer žiadne sklony ku skrúcaniu sa a preto ho možno použiť aj k tlači väčších objektov.

Sádrový kompozit[upraviť | upraviť zdroj]

Kompozit na báze sádry je pomerne krehký materiál a preto si po tlači vyžaduje postprodukciu. Medzi základné spôsoby postprodukcie patrí finalizácia vodou, horkou soľou, lepidlom, epoxidom či voskom. S kompozitom je možné tlačiť aj plnofarebne[3].

Fotopolymér[upraviť | upraviť zdroj]

Z fotopolymérov na akrylovej báze sa dajú vytvoriť ako pevné, tak aj ohybné objekty s mimoriadne vysokým detailom.

Polyamid[upraviť | upraviť zdroj]

Polyamid je trvácny plastový materiál využívajúci sa pri už spomínanej technológii SLS.

Iné[upraviť | upraviť zdroj]

Ďalšími materiálmi, ktoré sa využívajú pri 3D tlači sú napríklad živica, vosk, keramika, papier, kov (oceľ, mosadz, striebro, bronz, zlato či titán), ale aj proteíny, karbohydráty a cukry používajúce sa pri 3D tlači potravín či dokonca bunky pri 3D tlači biologického tkaniva[4].

Využitie[upraviť | upraviť zdroj]

3D tlač bola vyvinutá ako technológia prototypovania, čiže prípravy na sériovú výrobu. Medzi najčastejšie využitie 3D tlače dnes patrí prototypovanie, vzdelávanie, výskum, vývoj, výroba a propagácia v nasledovných oblastiach[3]:

  • strojárstvo
  • stavebníctvo, architektúra a urbanizmus
  • reality
  • dizajn a umenie
  • modelárstvo
  • marketing, reklama a predaj
  • archeológia a múzejníctvo
  • veda
  • medicína
  • farmaceutický priemysel
  • filmový priemysel
  • automobilový priemysel
  • elektrotechnický priemysel
  • odevný priemysel
  • potravinársky priemysel
  • a iné

Príklady využitia[upraviť | upraviť zdroj]

Medicína[upraviť | upraviť zdroj]

Začiatkom roku 2014 britský chirurg Craig Gerrand oznámil úspešný zákrok, pri ktorom nahradil rakovinou poškodenú panvu pacienta titánovým "výtlačkom" a voperoval ju pacientovi. Náhradu vytvoril z titánového prášku premeneného na pevnú hmotu pomocou laseru. Titánovú časť panvy potom pokryl minerálom, do ktorého môže pôvodná kosť pacienta vrásť a spojiť sa s umelou náhradou.[5][6]

Ďalším podobným použitím 3D tlače v medicíne je náhrada lebečnej fraktúry a deformácie u Stephena Powera z Waleského Cardiffu, ktorý utrpel devastačné zranenia tváre v dôsledku motocyklovej havárie v septembri 2012. Mal zlomené obe lícne kosti, čeľusť a nos. Zranenia boli rozsiahle a mali za následok aj posunutie oka, pričom štandardné postupy rekonštrukcie a operácií nemohli byť prevedené, pretože hrozilo poškodenie oka alebo očného nervu. Prípadu sa ujali vedci z Centra aplikovaných technológií rekonstrukčnej chirurgie pod vedením Adriana Sugara. Belgickí špecialisti za použitia 3D modelingu dotvorili chýbajúce a poškodené kostné časti s presnosťou na desatiny milimetra a vyhotovili výtlačok z titánového prášku.[7][8]

Budúcnosť[upraviť | upraviť zdroj]

Na základe súčasného dopytu a rýchlosti vývoja 3D tlače sa predpokladá jej veľký rozvoj [9]. Vedci a inžinieri okrem zdokonaľovania súčasných technológií plánujú tlačiť ľudské tkanivo a orgány [10] alebo v NASA plánujú „tlačiť“ jedlo vo vesmíre.[11]

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. [Juraj]. 3D tlač a tlačiarne - tvrdá virtuálna realita [online]. http://www.techbox.sk/, 27. 10. 2012. Dostupné online.
  2. Čo je 3D tlač [online]. http://www.tvaroch.sk/, 27. 10. 2012. Dostupné online.
  3. a b c Exkluzívne interview o 3D tlači. Dozviete sa, čo ste nevedeli. [online] http://pc.zoznam.sk/exkluzivne-interview-o-3d-tlaci-dozviete-sa-co-ste-nevedeli, 01.09.2014. Dostupné online
  4. a b Čo je to tá 3D tlač? [online]. http://www.skyform.eu/sk/co-je-3d-tlac/, 23.01.2014. Dostupné online
  5. Chirurg vytiskl na tiskárně titanovou pánev a voperoval ji pacientovi [online]. 2014-02-15, [cit. 2014-02-16]. Dostupné online. (česky)
  6. Doctor creates new pelvis using a 3D printer: Bone cancer sufferer is walking again thanks to breakthrough treatment [online]. REV. 2014-02-10, [cit. 2014-02-16]. Dostupné online.
  7. Chirurgovia vrátili zranenému tvár pomocou 3D tlačiarne [online]. Novinky.cz, 2014-03-13, [cit. 2014-03-14]. Dostupné online. (česky)
  8. 3D printing tech used to reconstruct man’s face in groundbreaking surgery [online]. Reuters, 2014-03-13, [cit. 2014-03-14]. Dostupné online. (anglicky)
  9. Global 3D printing industry revenue reaches $2.2 billion [online]. SPAR Point Group, 22. Máj 2013. Dostupné online. (anglicky)
  10. 3D tlač biotkanív a orgánov [online]. IT NEWS, 22. Január 2013. Dostupné online.
  11. 3D Printing: Food in Space [online]. NASA, 23. Máj 2013. Dostupné online. (anglicky)

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]