Technologie addytywne w naszych domach. Brzmi groźnie?

Stosowanie technologii addytywnych jest nieodzownym elementem produkcji w obecnym świecie. Polegają one na nanoszeniu materiału warstwa po warstwie i jest ich pełno wokół nas. Najprostszym przykładem niech będą zwykłe ściany powstałe z zaprawy i cegieł nanoszonych warstwowo. Ale mówiąc o zaawansowanych rozwiązaniach warto przytoczyć przykład prowadzonych w Pałacu Młodzieży przez Pawła Gutowskiego zajęć informatycznych, gdzie uczniowie zapoznają się z praktyczną stroną druku 3D. To niezwykle ciekawe zagadnienie również jest częścią technologii addytywnych.

Zaletą technik addytywnych jest znikoma ilość odpadów powstających podczas kształtowania wyrobu, ponieważ maszyna pracująca w tej technologii musi precyzyjnie nanieść odpowiednią ilość materiału na podłoże lub wcześniejszą warstwę. W tym momencie dochodzimy do rozdzielczości takiej maszyny, którą od tej pory będziemy nazywać drukarką 3D, a produkt na niej powstający drukiem 3D.

Materiał wideo z wycieczki na targach druku 3D w Kielcach

Rozdzielczość drukarki 3D w tym wypadku jest tożsama z jakością wydruku 3D, natomiast jakość wydruku zależy od wysokości warstwy. Im mniejsza wysokość warstwy, tym wyższa jakość oraz gładkość ścianek wydruku. W większości drukarek 3D wysokość warstwy to 1/10 mm, ale można spotkać się z takimi maszynami, które nanoszą warstwy o znacznie mniejszej wysokości. Załóżmy, że obiekt, który chcemy wydrukować ma wysokość 10 cm. Jeżeli ustawimy drukarkę tak aby drukowała warstwę o wysokości 0,10 mm, to cały wydruk będzie składał się z 1000 warstw.  Na czym polega drukowanie przyrostowe możemy obejrzeć na poniższych filmach.

Jak widzimy czas drukowania 3D jest zależny od wysokości warstw. Im mniejsza wysokość warstwy, tym dłuższy czas druku modelu, ponieważ drukarka musi nanieść dużą ilość warstw. Dlatego też warto zastanowić się przed rozpoczęciem drukowania, czy w danym projekcie zależy nam bardziej na jego jakości, czy na czasie wydruku. Może okazać się bowiem, że nie będzie dla nas istotna duża gładkość, na przykład, podstawki na telefon komórkowy, a jedynie zależy nam by przedmiot spełniał swoją funkcję. W takim wypadku, zastosujemy warstwę o większej wysokości i skrócimy czas wydruku, oszczędzając energię elektryczną oraz zużycie drukarki.

Technologie przyrostowe, a w szczególności druk 3D znalazły zastosowanie w wielu branżach.  Korzystają z nich architekci i biura konstrukcyjne do produkcji makiet. Nieobce są firmom motoryzacyjnym w przygotowaniu prototypów mechanizmów lub geometrii nadwozia. Druk 3D w branży medycznej wykorzystuje się do wykonywania rusztowań w inżynierii tkankowej, a w przemyśle lotniczym – do optymalizacji konstrukcji samolotów pod kątem wagi oraz wydajności.

 

Wzrost popularności druku 3D spowodował, iż drukarki 3D znalazły się również w naszych domach. Ale drukarka drukarce nierówna, i możemy spotkać się z urządzeniami drukującymi w różnych technologiach.

 Technologia stereolitogfia = SLA

Stereolitografia, wprowadzona w 1987 roku, należy do najstarszych metod drukowania 3D. Materiałem budulcowym są w niej żywice epoksydowe lub akrylowe reagujące na światło lasera, pod wpływem którego żywica się utwardza. Czyli, mówiąc technicznie, żywica się polimeryzuje. Jak powstają wydruki w technologii SLA przedstawia poniższy film.

Zaletą tej technologii jest to, że wysokość warstwy może być bardzo mała, nawet rzędu jednej setnej milimetra. Ten typ wydruku znalazł zastosowanie w kilku branżach, przede wszystkim w lotnictwie oraz medycynie (wykonywanie modeli implantów stomatologicznych i aparatów słuchowych).

Technologia Selective Laser Sintering = SLS

W skrócie SLS można przetłumaczyć jako selektywne spiekanie wiązką laserową. W tej technologii spiekane proszki to chociażby tworzywa sztuczne. Technologia SLS jest bardzo podobna do technologii SLA, zamiast żywicy wykorzystujemy w niej proszek spiekany za pomocą wiązki lasera. Technika znalazła zastosowanie w kilku dziedzinach, głównie jako modele koncepcyjne i prototypy. Najczęściej SLS możemy wykorzystywać do tworzenia form. A jak to wygląda w praktyce?

Technologia Electron Beam Melting = EBM

Technologia EBM jest podobna do wcześniej wspominanej technologii SLS, z tym, że w niej wykorzystuje się działo elektronowe i topi proszki z metalu bądź też ze stopów metali.

Technologia Fiust Deposition Modeling = FDM

FDM to nic innego jak wytłaczanie tworzyw termoplastycznych, czyli takich, które ulegają uplastycznieniu dzięki wysokiej temperaturze. Druk 3D w tej technologii wykonywany jest na ruchomej platformy roboczej, która porusza się w górę oraz w dół. Taki wydruk składa się z warstw nakładanych przez specjalną głowicę rozgrzaną do temperatury 250 stopni. Filament, czyli materiał, z którego wykonujemy wydruk 3D, może mieć różnorakie odmiany. Filament w postaci nitki jest podawany do rozgrzanej głowicy i wytłaczany w uplastycznionej formie na kolejną warstwę wydruku. Głowica drukująca przemieszcza się najczęściej w płaszczyźnie xy i w momencie zakończenia drukowania danej warstwy, platforma robocza obniża się o wysokość warstwy i cały proces drukowania kolejnej warstwy rozpoczyna się od nowa. Technologia ta dzięki stosunkowo niskim kosztom druku stała się podstawowym narzędziem pracy licznej rzeszy projektantów, zarówno specjalistów, jak i amatorów.

Warto podkreślić, że polscy konstruktorzy drukarek 3D należą do czołówki światowej. Polskie firma Zortrax czy Elzab z powodzeniem konkurują z firmami z Europy zachodniej czy Chin.

Poniżej podajemy kilka przykładów wydruków 3D powstałych w pracowni informatycznej Pałacu Młodzieży.

 

Wydruk 3D pałacowego pegaz w pracowni informatycznej.

Co możemy jeszcze wydrukować? Tak naprawdę, wszystko, co wymyślimy i zaprojektujemy choćby cały dom.