Metody druku 3D


Jak powstaje druk 3D?

Wytwarzanie przyrostowe to technika bezpośredniej zamiany trójwymiarowych danych CAD w obiekt fizyczny. Określane często jako rapid prototyping, jednak technika ta jest w ciągłym rozwoju i nie ogranicza się jedynie do prototypowania. Wytwarzanie przyrostowe pozwala na skrócenie czasu wprowadzenia finalnego wyrobu, tworzenie indywidualnych narzędzi (rapid tooling), a nawet na wytwarzanie gotowych wyrobów (rapid manufacturing). Stosując metody wytwarzania przyrostowego można wyprodukować przedmioty o złożonej geometrii zewnętrznej, jak i wewnętrznej.

schemat powstawania druku 3D, druk metodami FDM, SLS, CJP, MJP, SLA, DMLS, format STL do druku 3d

Schemat powstania obiektu 3D metodą wytwarzania przyrostowego.

Do przeprowadzenia procesu wytwarzania przyrostowego potrzebny jest cyfrowy model 3D, zaprojektowany w oprogramowaniu CAD lub uzyskany z innych źródeł, jak np.: skan 3D, tomografia komputerowa, rezonans magnetyczny. Model wyeksportowany w formacie STL (ang. Stereolithography) zostaje przetworzony na zrozumiały dla maszyny kod (m.in. G-code) poprzez oprogramowanie (tzw. slicer). Następnie kod wczytywany jest do maszyny, w której powstaje prototyp lub finalny wyrób.

Techniki Druku 3D

Istnieją dziesiątki metod wytwarzania przyrostowego. Niektóre z nich występują pod różnymi nazwami, które są zarezerwowane dla danego producenta maszyn. Postaramy się omówić poniżej najpopularniejsze metody.

Druk 3D metodą FDM / FFF

Metoda wytwarzania przyrostowego FDM została opatentowana w roku 1989 przez S. Scott Crump’a, współzałożyciela przedsiębiorstwa Stratasys. Urządzenie działające zgodnie z metodą FDM wyposażone jest w ruchomą głowicę dozującą materiał roboczy, który zestala się w określonej temperaturze oraz podstawę, która porusza się relatywnie do głowicy w osiach „X”, „Y” i „Z” w z góry określonych kierunkach tworząc trójwymiarowe obiekty. Procedura może przebiegać przy użyciu projektowania wspomaganego komputerowo oraz komputerowego wspomagania wytwarzaniem.
Jest to aktualnie najpowszechniejsza metoda wytwarzania przyrostowego. Swoją popularność zyskała między innymi dzięki stosunkowo prostej budowie urządzeń oraz wygaśnięciu omówionego patentu, co spowodowało powstanie terminu FFF (ang. Fused Filament Fabrication), który jest tożsamy metodzie FDM.

jak powstaje druk 3D, metoda FDM / FFF, druk 3d poznań

Wytwarzanie przyrostowe metodą FDM.

Wytwarzanie przyrostowe metodą FDM polega na przemieszczaniu materiału w postaci drutu pomiędzy rolkami ekstrudera w stronę rozgrzanej głowicy wytłaczającej. Co najmniej jedna z rolek jest zębata, aby umożliwić precyzyjne podawanie materiału. Blok grzejny uplastycznia drut (tzw. filament), aby możliwe było przeciśnięcie go przez dyszę o małej średnicy. Głowica przyspiesza i zwalnia, a wraz ze zmianą prędkości zmienia się również prędkość podawania materiału (tzw. ekstruzji). Rozgrzany materiał układany jest liniowo warstwami w taki sposób, by poszczególne linie przylegały do siebie. Po ułożeniu każdej z warstw stół lub głowica grzejna zostaje odsuwana od wytwarzanego obiektu o zadaną grubość.

Druk 3D metodą CJP

Proces powstawania obiektu metodą CJP (ang. ColorJet Printing Process) polega na selektywnym zespalaniu proszkowanego gipsu przy pomocy dozowanego lepiszcza. Zaletami metody jest stosunkowo niski koszt wytworzenia, szybki czas budowy modeli (ok. 2-4cm wysokości na godzinę) oraz możliwość druku w kolorze. Wydruki CJP cechują się porowatą powierzchnią, dużą wagą i kruchością. Ze względu na kruchość modele mogą wymagać dodatkowej obróbki polegającej na zamoczeniu w kleju lub żywicy.

Druk 3D metodą SLA

Stereolitografia jest pierwszą techniką wytwarzania addytywnego. Mimo, że jej historia sięga już kilkadziesiąt lat, za jej pomocą można uzyskać najlepsze jakościowo wydruki. Metoda polega na utwardzaniu żywicy światłoczułej wiązką lasera. Wydruki cechują się dużą dokładnością wymiarową oraz gładką powierzchnią. Istnieje szereg materiałów wykorzystywanych do druku 3D w tej metodzie. Zależnie od potrzeb można zastosować żywice o różnych właściwościach:

  • Wysoka wytrzymałość na rozciąganie,
  • Wysoka sprężystość,
  • Wysoka udarność (odporność na obciążenia dynamiczne),
  • Wysoka wytrzymałość temperaturowa,
  • Wysoka transparentność.

Modele mogą być sztywne, jak i o właściwościach gumy.

Druk 3D metodą SLS

Selektywne spiekanie laserowe (ang. Selective laser sintering). Metoda polegająca na spiekaniu sproszkowanego tworzywa za pomocą wiązki lasera. Najczęściej stosowanym materiałem w tej technice jest Poliamid (nylon) i jego odmiany. Cechuje się porowatą powierzchnią, dobrym odwzorowaniem detali oraz dużą wytrzymałością elementów.

Druk 3D metodami MJP / MJM / PolyJet

Metoda zbliżona do SLA. Materiałem budulcowym w tej technice są również z żywice światłoczułe o różnych właściwościach. Umożliwia łączenie materiałów w jednym procesie druku. Metoda wykorzystuje podpory z wosku, które następnie są wymywane. Pozwala to uzyskać bardziej skomplikowane kształty. Szczególnie zalecana do druku małych modeli wykorzystywanych, np. w jubilerstwie.

Druk 3D metodami DMLS / DMP / SLM

Druk 3D z metalu, polegający na selektywnym stapianiu proszku metalicznego laserem. Do tworzenia detali najczęściej wykorzystywane są proszki stali, tytanu, aluminium.