Pomocou 3D tlače dokážte vytvoriť fyzický trojrozmerný objekt podľa digitálnej predlohy. 3D tlačiareň je v podstate robot, ktorý vytláča z trysky roztavený materiál – filament, ktorý následne tuhne a takto sa vrstva po vrstve vytvára trojrozmerný výtlačok.
V ponuke e-shopov nájdete bohatú ponuku 3D tlačiarní v rôznych cenových kategóriách. Skôr než budete riešiť výber konkrétneho modelu, mali by ste si ujasniť oblasť použitia. Treba si uvedomiť, že napriek neustálemu zdokonaľovaniu 3D tlačiarní si proces tlače nutne vyžaduje určité znalosti a skúsenosti. Tlač z niektorých materiálov, napríklad PLA zvládne aj začiatočník, iné materiály, ako je ABS si vzhľadom k tepelnej rozťažnosti vyžadujú vyššiu pozornosť.
Vyžaduje sa zručnosť
Hneď na úvod pripomíname, že 3D tlač si vyžaduje určité znalosti a skúsenosti. Nedá sa to úplne zovšeobecniť, ale najviac skúseností s nastavovaním a údržbou si vyžadujú lacné modely. V našich e-shopoch začínajú ceny 3D tlačiarní od 130 €, u Číňanov aj menej. Je však veľmi pravdepodobné, že s takouto tlačiarňou strávite viac času nastavovaním a riešením rôznych problémov, než samotnou tlačou. Hlavne pre začiatočníkov odporúčame tlačiarne s automatickou kalibráciou a jednoduchým nastavovaním hrúbky prvej vrstvy. Ak tlačiareň nemá automatickú kalibráciu, je potrebné prácne nastaviť podložku tak aby bola v rovine, presnejšie povedané, aby pri tlači prvej vrstvy mala dýza pracovnej hlavy v každom bode rovnakú vzdialenosť od podložky. Väčšinou sa táto vzdialenosť nastavuje pomocou na to určených skrutiek tak aby dýza bola od podložky vzdialená na hrúbku vizitky. Tlačiarne s automatickou kalibráciou vás od tejto zdĺhavej činnosti odbremenia. Pred každou tlačou si tlačiareň pomocou indukčnej sondy zmeria vzdialenosť dýzy od podložky, najčastejšie v matici 4 x 4 bodov a údaje o odchýlkach si uloží do pamäti. Pri tlači potom k aktuálnej vzdialenosti v osi Y pripočítava takto zistenú korekciu.
Aj na tlačiarni s automatickou korekciou je potrebné nastaviť hrúbku prvej vrstvy. Najčastejšie sa táto vzdialenosť nastavuje tak, že tlačiareň tlačí nejaký vzor, napríklad meander a vy zmenšujete vzdialenosť dýzy od podložky až kým prvá vrstva dobre prilieha, neodlupuje sa a prierez filamentu je jemne sploštený. Ak je hrúbka prvej vrstvy nastavená nesprávne, výtlačok sa môže počas tlače od podložky odlepiť. Preto kým nezískate skúsenosti, odporúčame po nastavení najskôr vytlačiť vhodný testovací objekt a ak je všetko v poriadku pristúpiť k tlači vášho modelu.
Čo budete tlačiť?
Väčšina nadšencov pre 3D tlač začne tlačením modelov stiahnutých z internetu, z portálov typu www.thingiverse.com , alebo www.prusaprinters.org a veľa z nich tým aj skončí. Pritom návrh vlastných 3D modelov v aplikáciách Fusion 360, OpenSCAD, či webovej aplikácii TinkerCAD (www.tinkercad.com ) a ďalších, ktoré sú na osobné a hobby použitie zdarma je relatívne jednoduchý. Podľa našich skúseností sa pri správnej metodike naučíte navrhovať 3D modely jednoduchých objektov za približne dve hodiny. Hľadaním modelov, ktoré budete potrebovať strávite nepomerne viac času než spomínané tri hodiny a aj tak vo väčšine prípadov nenájdete presne to čo potrebujete.
Kritériá výberu tlačiarne
Jedným z kľúčových parametrov je veľkosť podložky, ktorá spolu s výškou posuvu udáva maximálne rozmery výtlačku. Ak budete tlačiť hlavne z materiálov, ktoré majú vyššiu teplotnú rozťažnosť, ako napríklad ABS, uprednostnite tlačiareň s uzavretým pracovným priestorom, v ktorom sa udržuje požadovaná teplota. Samozrejme aj na tlačiareň s otvorenou konštrukciou, ktorá má vyhrievanú podložku si môžete dokúpiť, alebo z plexiskla a vhodnej konštrukcie vyrobiť vhodný kryt. Na internetových fórach nájdete veľa rôznych návodov. Na tento účel sa osvedčil lacný stolík Lack z IKEA, na nohy ktorého upevníte plexisklá.
Dôležitým parametrom je maximálny rozmer výtlačku, ktorý je daný rozmerom podložky a výškou posuvu tlačovej hlavy. Väčšie tlačiarne umožňujú lačiť do rozmerov 210 x 210 x 250 mm, menšie do rozmerov 180 x 180 x 180 mm.
Ďalším kritériom je spôsob prísunu filamentu do tlačovej hlavy. Môže byť buď priamy a vtedy je extruder, čiže zariadenie na posuv filamentu súčasťou pohyblivej tlačovej hlavy, alebo extruder môže byť na ráme a filament je do tlačovej hlavy podávaný cez bowden. Vtedy môže byť tlačová hlava ľahšia, avšak filament sa môže niekedy v bowdene z rôznych príčin zaseknúť. V redakcii používame tlačiareň Pruša MINI+ s bowdenom a pri použití kvalitného filamentu, ktorý má presnú hrúbku k žiadnym problémom nedochádza.
V ponuke sa aj tlačiarne, ktoré umožňujú tlač z viacerých filamentov rôznych farieb, avšak viacfarebne môžete tlačiť aj na bežnej 3D tlačiarni. Farby definujete v softvéri na prípravu modelu pre tlač a tlačiareň vás vyzve na ručnú výmenu filamentu.
Niektoré tlačiarne sa dodávajú aj ako stavebnica, takže si ju musíte podľa návodu najskôr zostaviť. Zaberie to niekoľko hodín a predpokladá sa určitá zručnosť. Stavebnica je spravidla o 100 – 200 € lacnejšia než komplet zmontovaná tlačiareň.
Technológie 3D tlače
V 3D tlačiarňach pre bežných používateľov sa najčastejšie využíva technológia FDM (Fused Deposition Modeling), pri ktorej tlačený objekt vzniká postupne vrstvu po vrstve natavovaním tenkého prúžku plastového materiálu – filamentu, ktorý je vytláčaný z trysky. Najčastejšie sa používa filament s priemerom 1,75 mm. Bežné cievky obsahujú 1 kg filamentu, ktorý v prípade PLA v závislosti od kvality a farby stojí od 15 do 30 €. Postupne sa aj v hobby sfére presadzuje aj technológia SLA (Strereolitografia), kde tlačený model vzniká vytvrdzovaním tekutej fotoreaktívnej živice pomocou svetla. Živica sa naleje do pracovnej nádoby, pričom svetelný lúč postupne ožaruje materiál v tých častiach, ktoré majú stvrdnúť. Tlač je pomalá, ale výtlačok je presný. Po ukončení tlače je potrebné odstrániť zvyšky tekutej živice a nechať model vytvrdiť buď na priamom slnečnom svetle, alebo pomocou UV lampy. Ceny týchto tlačiarní začínajú od 200 €, pričom cena 1 kg živice je 30 – 40 €.
Na jednoduchých a cenovo dostupných tlačiarňach sa najčastejšie tlačia jednofarebné objekty. Ak potrebujete viac farieb, potrebujete buď tlačiareň s viacerými tryskami, pričom každá tlačí inú farbu, alebo upravíte 3D model tlačeného objektu tak aby sa tlačil postupne v rôznych vrstvách rôznymi farbami.
Väčšina viacfarebných objektov je možné vytlačiť postupne z rôznofarebných dielov a následne mechanicky spojiť
Výber materiálu filamentu
Filament sa dodáva ako plastové vlákno namotané na cievke. Priemer filamentu pre bežné 3D tlačiarne je 1,75 mm. V súčasnosti sa najčastejšie používajú PLA, PETG a ABS filamenty. Ak potrebujete aby výtlačok bol pružný napríklad pri tlači puzdra na smartfón, alebo pneumatík na modely, či robotické podvozky, k dispozícii sú aj flexibilné filamenty
PLA – je biologicky odbúrateľný temoplastický materiál vyrobený z kukuričného škrobu. Z hľadiska tlače je to bezproblémový materiál, preto sa odporúča začiatočníkom na prvé pokusy. Má zanedbateľnú teplotnú rozťažnosť, takže nevyžaduje vyhrievanú podložku tlačiarne a dajú sa z neho tlačiť aj väčšie objekty. Ak tlačiareň vyhrievanú podložku má, typické nastavenie teploty je 50 – 60 ° C. Teplota trysky sa nastavuje okolo 215 ° C. PLA je síce pomerne tvrdý, ale zároveň aj pomerne krehký materiál. Svoje mechanické vlastnosti si zachováva len do 54 °C. Po prekročení tejto teploty, napríklad pri brúsení, alebo rýchlom pílení sa začína topiť. Preto je dokončovanie výtlačkov zložitejšie než pri iných materiáloch. PLA sa dá pomerne dobre lepiť sekundovým lepidlom.
PETG – veľmi obľúbený materiál pre pevnosť, stálosť a nízku tepelnú rozťažnosť. Povrch výtlačkov je lesklý. PETG sa hodí sa na tlač mechanicky namáhaných súčiastok. Výtlačky odolajú aj teplote nad 100 ° C, pričom teplota tlače je 240 ° C. Teplota podložky sa odporúča 80 – 100 ° C, takže tlač je takmer rovnako jednoduchá ako pri PLA. PETG sa dá pomerne ľahko opracovávať.
ABS/ASA – pevný termoplast plast s tepelnou odolnosťou až do 100 °C. Teplota tlače sa pohybuje okolo 245 – 265 ° C. Veľkou nevýhodou ABS je jeho tepelná rozťažnosť, presnejšie zmenšovanie objemu pri ochladzovaní, ktorá počas tlače spôsobuje deformáciu objektov, a preto je pri tlači z tohto materiálu nutná vyhrievaná podložka. Teplotu podložky je potrebné nastaviť na 80 – 100 °C. ASA sa zmršťuje trochu menej. Opracovanie týchto materiálov, čiže brúsenie a rezanie je bezproblémové. ABS sa dá lepiť za pomoci acetónu, toluénu, alebo aj akrylátovými lepidlami. Povrch výtlačku je možné vyhladiť acetónovými parami
Vyhrievaná podložka / skrinka
Niektoré materiály používané pre tlač, napríklad ABS majú vyššiu teplotnú rozťažnosť, čo môže spôsobovať problémy, pretože počas tlače majú rôzne vrstvy výtlačku rôznu teplotu a výtlačok by sa mohol vplyvom teplotnej rozťažnosti zdeformovať. Čiastočne sa tomu dá predísť použitím vyhrievanej podložky, ktoré spôsobí rovnomernejšie chladnutie výtlačku a samozrejme tlačou v uzatvorenom vyhrievanom priestore. Táto možnosť však naráža na niekoľko patentov firmy Stratasys a výrobcovi takéhoto riešenia by bola hrozila žaloba. Vám však žaloba nehrozí, preto veľa používateľov, hlavne tí, ktorí veľa tlačia z materiálu ABS si pre svoje tlačiarne vyrábajú uzavreté komory z plexiskla. Ako „kostra“ týchto skriniek sa často využíva lacný stolík IKEA Lack, ktorý má vhodné rozmery, takže stačí medzi jeho nohy upevniť plexisklá. Má to však jeden háčik. Elektronika je chúlostivá na vysokú teplotu, takže napriek tomu, že dosky s elektronikou sú v dolnej časti tlačiarne, s teplotou priestoru pre 3D tlačiareň to netreba preháňať. Skrinka má skôr slúžiť na ochranu proti prievanu a podobne.
Ľuboslav Lacko
