Základy 3D tlače: Typy 3D tlačiarní

3D tlač nefunguje celkom ako bežná tlač – zatiaľ čo pokiaľ ide o atrament na papieri, zvládne to takmer každý stroj, ktorý používa papier a atrament, 3D tlač je oveľa špecifickejšia. Nie každá tlačiareň alebo dokonca každý typ tlačiarne je vhodný pre každý typ vlákna alebo projekt – pred výberom si budete musieť urobiť prieskum, aby ste sa uistili, že máte ten správny typ pre vaše potreby.

Tu je súhrn niektorých najbežnejších typov 3D tlačiarní, ktoré môžete nájsť. Nie je to úplný zoznam, ale toto sú tie, o ktorých by mal vedieť začínajúci nadšenec 3D tlače!

SLA

SLA alebo Stereolitografia bola vôbec prvým druhom 3D tlače vôbec. Vytvorené v roku 1986 Chuckom Hallom, používa tlačovú techniku, ktorá sa nazýva Vat Polymerisation – využíva fotopolymérovú gumu, ktorá je vystavená svetelnému zdroju. Tento typ tlačiarne je ideálny pre hladké povrchy a vysokú úroveň detailov na tlačených projektoch.

Nie je to špeciálne pre začiatočníkov a má veľa využití v medicíne, kde sa používa na tlač anatomických modelov, ako aj mikrofluidiky. Tlačiareň používa viacero zrkadiel usporiadaných tak, aby nasmerovali laserový stĺpik cez žuvačku používanú ako vlákno, aby mohla tvoriť rôzne vrstvy vo formovacej zóne.

Presnosť a rýchlosť sú kľúčové a projekty 3D tlače sa budujú od základov. Okrem spomínaného využitia v medicíne je táto tlačová technika užitočná aj v letectve a automobilovom priemysle. Medzi tlačiarne tohto typu patria ProJety a Vipery.

SLS

Špecifické laserové spekanie alebo SLS zmäkčuje nylonové prášky do pevnej plastovej konštrukcie. Použité materiály sú termoplasty, čo znamená, že výsledky sú húževnaté, vhodné na zaklapnutie a použitie s vysokým nárazom. Použitá technika sa nazýva power bed fusion. Termoplast sa zahrieva, kým sa neskvapalní, a potom sa navrství na formovaciu fázu. Laser sa používa na spekanie prášku, ktorý bol naskladaný do pevnej, tvrdej vrstvy – a keď je priečny segment dokončený, stupeň klesne o výšku tejto vrstvy, pridá sa ďalší prášok a laser ho opäť speká. do pevnej látky.

Prebytočný prášok, ktorý sa pridáva, ale nespeká, slúži ako druh nosného materiálu, ktorý nakoniec odpadne. Z tohto dôvodu nie sú potrebné podporné konštrukcie. Hlavnou výhodou SLS je, že vytvára skvelé mechanické vlastnosti, s nevýhodou dlhších dodacích lehôt ako iné typy tlačiarní. Príklady zahŕňajú Sinterit Lisa, Formlabs Fuse 1 a Sharebot SnowWhite 2.

FDM/FFF

Fused Deposition Modeling a Fused Filament Fabrication sú podobné typy tlačiarní. Vytláčajú plastové vlákna vrstvu po vrstve do formovacej fázy. Takto sa dajú pomerne rýchlo a efektívne vytvárať kompletné modely. Vytvorené povrchy bývajú všetko, len nie hladké a výsledné modely tiež zvyčajne nie sú príliš pevné. Inými slovami, skutočné využitie tlačených dielov môže byť značne obmedzené. Napriek tomu je tento typ tlačiarne skvelou voľbou pre začiatočníkov, pretože je vhodný pre experimenty a pomerne jednoducho sa používa.

To znamená, že tento typ tlačiarne môže byť jedným z cenovo dostupnejších pre tlačiarne s obmedzeným rozpočtom. Cievka vlákna sa zavedie do tlačiarne a potom sa pretlačí cez vyhrievaný výtok. Najbežnejšie používané materiály sú PLA, ABS a PET, ale fungujú aj iné, v závislosti od použitej hubice.

Hlava tlačiarne sa pohybuje pozdĺž nastavených osí a dávkuje skvapalnený plast vrstvu po vrstve. Po dokončení vrstvy sa spustí ďalšia vrstva, kým sa objekt nedokončí. Niektoré z najlepších použití tejto techniky sú svietidlá a kryty, ale FFF a FDM sú tiež vhodné pre všetky druhy malých projektov potlače márnosti.

Modely tlačiarní zahŕňajú Snapmaker a Ultimaker, ako aj množstvo ďalších. Vzhľadom na to, ako rozšírený je tento typ tlačiarne v súčasnosti, existuje veľa rôznych modelov vo všetkých cenových reláciách.

DLP

Digital Light Processing je do istej miery podobný tlači SLA. Tlačí rýchlejšie a zároveň odkrýva vrstvy, namiesto toho, aby to robilo v priečnych častiach s použitím lasera. SLA a DLP majú podobné účely použitia a sú to modely typu infúzneho tvaru. Na rozdiel od FFF sú povrchy hladké, a preto projekty môžu nájsť uplatnenie vo veciach, ako sú zubné aplikácie.

Na druhej strane sú výtlačky DLP trochu slabé. Zvyčajne nie sú užitočné pre mechanické časti alebo čokoľvek, čo si vyžaduje osobitnú stabilitu. Čo sa týka rozdielov medzi SLA a DLP – kde prvé používa laser na kreslenie zaoblených tvarov, DLP používa obrazovku na premietanie štvorcových voxelov určitej minimálnej veľkosti, aby sa vytvorili tvary, ktoré sa tlačia.

Medzi tlačiarne tohto typu patria Micromake L2, SprintRay Moonray a Anycubic Photon S.

MJF

Tlačiarne Multi Jet Fusion zostavujú diely z nylonového prášku. Namiesto lasera (ako pri tlači SLS) sa na aplikovanie tepla na roztavenie prášku používa atramentový klaster. Výsledkom sú stabilnejšie a predvídateľnejšie mechanické vlastnosti, ako aj lepšie výsledky povrchu.

Rýchlejšie výrobné časy, ktoré táto technika ponúka, tiež vedú k celkovo nižším nákladom na vytvorenie. Z tlačovej hlavy prúdia stovky malých kvapôčok fotopolyméru, ktoré sa neskôr vytvrdia a stuhnú v UV svetle. Keď je vrstva vytvrdená, nanáša sa ďalšia vrstva, kým sa objekt nedokončí.

Táto technika si vyžaduje pomocný materiál, ktorý sa odoberá po manipulácii. Aj keď to môže predstavovať určité ťažkosti, MJF je jednou z mála techník, ktorá umožňuje tlačiarňam produkovať viacero objektov v jednom riadku bez obetovania rýchlosti zostavovania. Môže tiež vyrábať veci s použitím rôznych materiálov a v plnom tóne. To znamená, že pri optimálnom usporiadaní dokáže MJF sériovo vyrábať malé identické diely podstatne rýchlejšie ako ktorýkoľvek iný typ tlačiarne. Medzi tlačiarne tohto typu patrí séria HP Jet Fusion.

PolyJet

Tlačiarne PolyJet vyrábajú hladké a presné diely vhodné na rôzne účely. Ponúkajú mikroskopické rozlíšenie vrstiev a dokážu vyrábať tenké steny aj zložité prvky, pretože dokážu pracovať s najrôznejšími materiálmi z akejkoľvek 3D tlačiarne (samozrejme za predpokladu, že sú vybavené správnou tryskou/lôžkom). Výtlačky PolyJet možno použiť na vytváranie prípravkov, foriem a rôznych výrobných nástrojov.

Existuje množstvo modelov tlačiarní špeciálne na použitie v zubárskej práci – pre zubné laboratóriá a zubnú tlač. Rýchle a vysokokvalitné výtlačky, ktoré sú výsledkom tejto technológie, z nej robia skvelú voľbu pre tento druh lekárskeho použitia. Tieto tlačiarne pracujú s použitím niekoľkých tryskových hláv – nanášajú vrstvu stavebného materiálu posúvaním pozdĺž osi. Každá hlava prispieva rôznym množstvom na rôznych miestach, aby sa vytvoril akýkoľvek tvar tejto vrstvy. Najbežnejšie nastavenia týchto tlačiarní obsahujú tlačovú hlavu v štýle atramentovej tlačiarne s viacerými tryskami.

Rozložené materiály sa pred pohybom tlačiarne vyleštia a vytvrdia UV vrstvou – platforma upustí vrstvu a pridá sa ďalšia vrstva. Suroviny a vlákna nie sú uložené na cievkach, ale skôr v kazetách, ktoré sú napojené na trysky, nie na rozdiel od bežnej atramentovej tlačiarne. Medzi tlačiarne tohto typu patrí séria Connex 3, Objet30 a J5 DentaJet.

DMLS

Tlačiarne DMLS majú jednu primárnu aplikáciu – tlač vecí na báze kovu. Použitím aditív na báze kovu sú DMLS štandardné stroje pre akýkoľvek druh 3D výtlačkov, ktoré zahŕňajú MF vlákna. Zatiaľ čo niektoré iné tlačiarne sú schopné manipulovať aj s materiálom, tie DMLS sú obzvlášť dobré pri vytváraní jednotných častí s podobnými vlastnosťami ako veci, ktoré boli odliate z „normálneho“ kovu.

DMLS je skratka pre Direct Metal Laser Sintering a presne tak to funguje – používa vysokovýkonný laser na roztavenie práškových vrstiev kovov/plastových zmesí pred ich opätovným vytvrdnutím na vytvorenie projektu. Funguje to podobne, ako by sa dalo zvárať alebo spájkovať veľmi jemným a presným laserom, ale je to rýchlejšie a oveľa presnejšie, ako by ľudská ruka dúfala.

Tieto tlačiarne sú pomerne komplikované na používanie a vyžadujú/používajú niektoré nekonvenčné prvky (ako je obyčajne argónom naplnená stavebná komora), a preto naozaj nie sú vôbec vhodné pre začiatočníkov – najmä vzhľadom na ich bolestne vysoké ceny. To znamená, že môžu pracovať s rôznymi zliatinami a kovmi vrátane ocele, titánu, niklu, kobaltu a medi. Modely tlačiarní DMLS zahŕňajú EOS M 290 a FormUp 350.

EBM

Tavenie elektrónovým lúčom je typ fúznej tlače s práškovým lôžkom. Používa elektrónový lúč skôr ako typický laser na spojenie častíc a vytvorenie dielu. Vytvára neuveriteľne stabilné a odolné štruktúry spájaním kovu s kovom. V súčasnosti túto technológiu používa a vyrába iba jedna spoločnosť – GE Additive.

V porovnaní s inými tlačiarňami, ktoré používajú lasery ako zdroj tepla, tlačiarne EBM používajú elektrónové pištole na extrakciu elektrónov napríklad z volfrámového oceľového vlákna vo vákuu. Potom sa zrýchlia a premietajú na kovový prášok, ktorý je nanesený pre každú vrstvu.

Keď sa projekt vytlačí, prebytočné prášky sa odstránia fúkacou pištoľou. Keďže celý proces prebieha vo vákuu, časti a prášok počas používania neoxidujú – a keď je tlač hotová, veľké množstvo nepoužitého prášku sa môže použiť priamo. To sa líši od väčšiny ostatných tlačových techník a výrazne znižuje náklady na tlač, pretože materiály môžu byť dosť drahé, najmä pokiaľ ide o kovové vlákna.

V porovnaní s laserovými tlačiarňami majú tlačiarne s elektrónovým lúčom výhodu rýchlosti, ale trochu trpia na presnosť a maximálnu veľkosť výrobnej časti. Keďže lúč je širší ako laser, niektoré veci, ktoré sú možné s laserom, nie je možné vykonať v tlačiarni EBM. Vzhľadom na obmedzený počet dostupných modelov tlačiarní existujú aj obmedzenia týkajúce sa veľkosti dielov – objem výroby laserovej tlačiarne môže byť jednoducho dvojnásobný v porovnaní s porovnateľným modelom EBM.