Typy 3D tisku

3D tisk, známý také jako aditivní výroba, umožňuje vytvářet fyzické objekty nanášením materiálů vrstvu po vrstvě na základě digitálního 3D modelu. Existuje mnoho různých technologií 3D tisku a materiálů, z nichž lze vybírat v závislosti na požadavcích aplikace. Tento komplexní průvodce se zabývá nejběžnějšími 3D tisk typy, jejich klíčové vlastnosti, vhodné aplikace a výhody a nevýhody, které pomohou vybrat správnou metodu 3D tisku.

Přehled klíčových metod 3D tisku

Zde je srovnání nejoblíbenějších dostupných technologií 3D tisku a materiálů:

Typ 3D tisku	Materiály	Klíčové vlastnosti	Typické aplikace
Tavené depoziční modelování (FDM)	Termoplasty jako PLA, ABS, PETG	Nízké náklady, dobrá pevnost	Tvorba prototypů, hobby tisk
Stereolitografie (SLA)	Fotopolymery, pryskyřice	Vynikající přesnost a kvalita povrchu	Šperky, zubní modely
Selektivní laserové slinování (SLS)	Nylon, kovové prášky	Dobré mechanické vlastnosti	Funkční prototypování, nástroje
Multi Jet Fusion (MJF)	Nylonový plast	Vysoká produktivita, pevnost	Hromadná výroba
Tryskání pojiva	Kov, písek, sádrový prášek	Velká velikost sestavy, vysoká rychlost tisku	Odlévací vzory, formy
Tryskání materiálu	Fotopolymery	Možnost tisku z více materiálů	Lékařské modely, umění

Tato tabulka shrnuje klíčové technologie 3D tisku, používané materiály, jejich vlastnosti a typické aplikace. Přečtěte si podrobnější informace o jednotlivých typech 3D tisku.

Tavené depoziční modelování (FDM)

Tavné modelování (FDM) je nejrozšířenější a cenově nejdostupnější technologie 3D tisku, kterou používají amatérští i profesionální tiskaři.

Jak funguje 3D tisk FDM

Tisk FDM funguje tak, že se termoplastické vlákno zahřeje do polotekutého stavu a vrstvu po vrstvě se nanáší na tiskovou podložku. Při nanášení se vrstvy spojují a tuhnou, čímž vzniká konečný 3D objekt.

Klíčové součásti 3D tiskárny FDM:

• Tisková hlava - vytlačuje roztavený plast.
• Tiskové lůžko - poskytuje statickou základnu pro tisk objektů.
• Filament - surovina dodávaná ve formě cívky plastového drátu.
• Řídicí systém - navádí tiskovou hlavu k přesnému nanášení plastu

Nejčastěji používané materiály vláken jsou:

• PLA (kyselina polymléčná) - snadný tisk, nejsilnější materiál pro FDM.
• ABS (akrylonitrilbutadienstyren) - mírně pružný, odolný plast.
• PETG (polyethylentereftalát glykol) - kombinuje pevnost ABS a průhlednost PLA.

Výhody tisku FDM

Nízké náklady: Tiskárny i materiály jsou ve srovnání s jinými technologiemi 3D tisku cenově velmi dostupné. Hobby tiskárny začínají na několika stovkách dolarů.

Jednoduché ovládání: Tiskárny FDM se snadno nastavují a používají. Hotové výtisky nevyžadují žádné složité následné zpracování.

Výběr materiálů: K dispozici je mnoho typů vláken - plastová, kompozitní, ohebná a dokonce i rozpustné nosiče.

Omezení tisku FDM

Nižší rozlišení: Výška vrstvy se pohybuje kolem 0,1-0,3 mm, což vede ke schodovitému efektu na svazích a křivkách.

Slabá mezivrstevná vazba: Vrstvy se mohou při namáhání odlupovat, protože mezi nimi nedochází k chemickému slučování.

Omezené geometrie: Při FDM nelze vytvářet uzavřené dutiny nebo podříznutí, protože je zapotřebí podpůrný materiál.

Deformace: Termoplasty jako PLA a ABS se při chladnutí smršťují a způsobují deformace v rozích.

Výrobci FDM tiskáren

Mezi přední výrobce 3D tiskáren FDM patří:

• MakerBot
• Ultimaker
• Prusa Research
• FlashForge
• Raise3D
• CraftBot

Existuje také mnoho hobby 3D tiskáren, například Creality a Artillery, které nabízejí skvělou hodnotu.

Tiskové aplikace FDM

Vytváření prototypů - Skvěle se hodí pro rychlé iterace prototypů designu a ověřování konceptů.

Vzdělávání - 3D tiskárny FDM jsou oblíbené ve školách a na vysokých školách pro výuku.

Nástroje - Lze je použít k tisku přípravků, přípravků, vodítek a dalších výrobních nástrojů.

Hobby tisk - Nadšenci používají FDM k výrobě modelů, rekvizit pro cosplay, miniatur, gadgetů a dalších předmětů.

Díly pro konečné použití - Lze použít pro výrobu finálních dílů, nejvhodnější pro součásti, které nevyžadují vysokou přesnost nebo povrchovou úpravu.

Stereolitografický tisk (SLA)

Stereolitografie (SLA) je forma 3D tisku, která využívá fotopolymery, jež tuhnou pod vlivem ultrafialového světla. SLA dokáže vytvářet velmi přesné a hladké díly, takže je ideální pro detailní modely, šperky, zubní rovnátka a lékařské přístroje.

Jak funguje tisk SLA

Tisk SLA začíná v kádi s tekutou fotopolymerní pryskyřicí. Laserový paprsek vykreslí na povrchu pryskyřice vzor jednotlivých vrstev, který na exponovaných místech ztuhne. Konstrukční plošina se zvedne, aby se vytištěná vrstva oddělila od kádě a mohla pod ní proudit čerstvá pryskyřice pro další vrstvu.

Klíčové součásti tiskárny SLA:

• UV laser - selektivně vytvrzuje pryskyřici vrstvu po vrstvě
• Kádě s pryskyřicí - obsahují tekutou polymerní pryskyřici.
• Stavební plošina - stoupá po vytištění každé vrstvy
• Nádrž na pryskyřici - uchovává a dodává pryskyřici

Mezi běžně používané pryskyřice SLA patří:

• Standardní fotopolymery - přesné, středně silné díly
• Odolné a pružné pryskyřice - pro robustnější díly
• Odlévatelné pryskyřice - čistě vypálené pro odlévání kovů

Výhody 3D tisku SLA

Vynikající přesnost - Lze vyrábět vysoce detailní díly s hladkým povrchem s rozlišením vrstvy ~0,025 mm.

Skvělé mechanické vlastnosti - Vytištěné předměty jsou izotropní a jejich pevnost je srovnatelná s pevností vstřikovaných dílů.

Rozmanitost pryskyřic - Můžete si vybrat vlastnosti pryskyřice od tuhé po pružnou a dokonce i biokompatibilní.

Nejsou potřeba žádné podpěry - Kádě s pryskyřicí poskytují během tisku stálou oporu a umožňují tisknout složité geometrie.

Omezení tisku SLA

Menší objemy sestavení - Tiskárny SLA mají obecně menší maximální velikost tisku (< 1 krychlový metr).

Požadované následné zpracování - Potisknuté díly je třeba vyčistit a vytvrdit pod UV světlem.

Toxicita pryskyřice - Některé fotopolymery obsahují nebezpečné složky a dráždivé látky.

Náklady na pryskyřici - Materiály jsou podstatně dražší než vlákna FDM.

Oblíbené značky SLA tiskáren

Mezi přední výrobce 3D tiskáren SLA patří:

• Formlabs
• Peopoly
• Anycubic
• Phrozen
• Creality
• Elegoo

Mnohé z nich nabízejí 3D tiskárny SLA jak pro hobby, tak pro profesionály.

Aplikace tisku SLA

Šperky - Vynikající pro výrobu velmi detailních šperků a mistrovských vzorů.

Zubní lékařství - Používá se k výrobě chirurgických vodítek, ortodontických modelů a rovnátek.

Tvorba modelů - Vysoce přesné architektonické modely, miniatury a figurky.

Lékařské přístroje - Vhodné pro výrobu protéz, implantátů a realistických anatomických modelů pro chirurgy.

Odlévací vzory - Investičním litím lze ze vzorů z pryskyřice SLA vyrábět kovové díly pro konečné použití.

Selektivní laserové slinování (SLS)

Selektivní laserové spékání (SLS) využívá laser ke spojování práškového materiálu a výrobě 3D objektů. V tiskárnách SLS lze používat široký výběr plastových, kovových, keramických a kompozitních prášků k vytváření funkčních prototypů a dílů pro konečné použití.

Jak funguje 3D tisk SLS

Tisk SLS probíhá v komoře naplněné práškovým materiálem. Laser selektivně taví a spojuje zrnka prášku na základě 3D modelu. Poté se tisková plošina spustí a umožní na ni navézt novou vrstvu prášku. Tento cyklus se opakuje, dokud není v práškovém loži vytvořen celý objekt.

Klíčové komponenty tiskáren SLS:

• CO2 laser - selektivně taví práškový materiál
• Práškové lože - skladuje a dodává práškovou surovinu.
• Váleček - roztírá čerstvý prášek pro každou vrstvu
• Tepelná lampa - předehřívá prášek těsně pod bod tání

Mezi běžné materiály SLS patří:

• Nylon (PA 12) - Nejpoužívanější plast pro pevné a odolné díly.
• Alumid - kompozitní vlákno z nylonu a hliníku, napodobuje kov.
• TPU, PEBA - Pružné materiály pro pryžové součásti
• PEEK, PEKK - vysoce výkonné termoplasty, odolné vůči teplu/chemickým vlivům
• Nerezová ocel - Pro vysokopevnostní kovové díly pro konečné použití

Výhody tisku SLS

Funkční části síly - Téměř izotropní vlastnosti umožňují výrobu funkčních prototypů a dílů pro konečné použití.

Složité geometrie - Tiskem v práškovém loži je možné vytvářet samonosné tvary a mřížkové struktury.

Výběr materiálů - SLS může zpracovávat různé kovy, plasty, polymery, kompozity a keramiku.

Nejsou potřeba žádné podpěry - Samotný okolní prášek slouží při tisku jako podpora.

Nevýhody tisku SLS

Drsné povrchy - Práškový tisk má za následek zrnitou povrchovou úpravu, která vyžaduje dodatečnou úpravu.

Velká zařízení - Tiskárny SLS jsou podstatně objemnější a těžší než jiné technologie.

Náklady na materiál - Práškové materiály jsou ve srovnání s vlákny dražší.

Následné zpracování - Před použitím je třeba z potištěných dílů vyčistit netavený prášek.

Výrobci tiskáren SLS

Mezi významné společnosti zabývající se 3D tiskárnami SLS patří:

• 3D Systems
• EOS
• Farsoon
• Prodways
• Ricoh
• Sharebot
• Sintratec

Nyní jsou k dispozici průmyslové i stolní tiskárny SLS.

Aplikace tisku SLS

Funkční prototypování - Slouží k vytváření pracovních modelů pro montáž, přizpůsobení a testování výkonu.

Výrobní nástroje - Tisk přípravků pro výrobní linku, přípravků, kontrolních měřidel atd.

Díly pro konečné použití - Letecký a automobilový průmysl používá SLS k výrobě hotových součástí.

Biomedicína - Pomocí SLS lze vyrábět implantáty, lešení a lékařské nástroje na míru.

Architektura - Detailní modely budov, topografie a terénu v měřítku 1:1 vyrobené pomocí tisku SLS.

Technologie Multi Jet Fusion (MJF)

Multijet fusion (MJF) je proces 3D tisku s práškovým ložem vyvinutý společností HP. Využívá soustavu inkoustových tiskových hlav k selektivnímu nanášení tavicích a detailních látek na vrstvy prášku. MJF umožňuje produktivní a škálovatelné výrobní aplikace s vynikající kvalitou dílů.

Jak funguje 3D tisk MJF

Proces tisku MJF probíhá v komoře s práškovým ložem velmi podobně jako u SLS. Inkoustové tiskové hlavy selektivně nanášejí tavidlo v místech, kde má díl ztuhnout. Bezprostředně poté následuje detailovací činidlo, které zlepšuje definici hran a hladkost povrchu. Poté se prášek znovu nanese a cyklus se opakuje, dokud není vytištěn celý objekt.

Klíčové komponenty tiskáren MJF:

• Soubor termálních inkoustových tiskových hlav HP
• Práškové lůžko pro nylonový plastový prášek
• IR lampy pro předehřev práškového lože
• Váleček na roztírání čerstvých vrstev prášku

Tiskárny MJF používají výhradně nylonový práškový materiál PA12 dostupný v různých třídách s vlastnostmi, jako je zvýšená pružnost, poměr pevnosti k hmotnosti a další.

Výhody 3D tisku MJF

Vysoká produktivita - Velmi vysoké rychlosti tisku umožňují hromadnou výrobu dílů pro konečné použití.

Vynikající mechanické vlastnosti - Díly se svými izotropními vlastnostmi vyrovnají vstřikovanému nylonu nebo jej předčí.

Vysoké detaily - Výtisky mají dobrou definici rysů a povrchovou úpravu ihned po vyjmutí z tiskárny.

Úspory z rozsahu - Výrobní náklady na MJF se s vyššími objemy výrazně snižují.

Omezení technologie MJF

Jednotlivý materiál - V současné době se omezuje na nylonové plasty, i když se vyvíjejí kompozity.

Velká zařízení - Tiskárny MJF mají značný půdorys a jsou těžké.

Následné zpracování - Před použitím je třeba z potištěných dílů vyčistit netavený prášek.

Vysoké počáteční náklady - Průmyslové 3D tiskárny MJF mají značné náklady.

Modely tiskáren MJF

Společnost HP v současné době nabízí tři modely tiskáren MJF:

• HP Jet Fusion 3200/4200 - Pro výrobu prototypů a krátkých sérií
• Řada HP Jet Fusion 5200 - optimalizovaná pro výrobu v plném rozsahu
• HP Metal Jet S100 - Pro sériovou výrobu kovových dílů

Aplikace 3D tisku MJF

Hromadné přizpůsobení - Ideální pro efektivní výrobu šarží od 10 do 1000 stejných dílů.

Automobilový průmysl - Používá se k výrobě přípravků, přípravků, součástí kapalinových systémů, světlometů a dalších.

Spotřební zboží - Hromadná výroba dílů pro konečné použití pro elektroniku, obuv, domácí potřeby, sportovní zboží atd.

Průmyslová výroba - Tisk nástrojů pro výrobní linky, jako jsou ochranné kryty dopravníků, montážní přípravky, přípravky a vybavení výrobních hal.

Technologie tryskání pojiva

3D tisk pomocí pojivového paprsku využívá selektivně nanášené kapalné pojivo ke spojení částic prášku. Umožňuje rychlý a cenově dostupný tisk velkých kovových nebo pískových součástí pro průmyslové použití.

Jak funguje tisk Binder Jet

Proces tryskání pojiva rozprostře tenkou vrstvu prášku na stavební plošinu. Inkoustová tisková hlava rozprašuje kapičky pojiva do oblastí, které mají ztuhnout. Pojivo spojí zrnka prášku dohromady a vytvoří pevný objekt vrstvu po vrstvě.

Klíčové součásti tiskárny Binder Jet:

• Tisková hlava - usazeniny vázací kapaliny
• Práškové lože - obsahuje prášek suroviny
• Váleček - roztírá čerstvý prášek pro každou vrstvu
• Vytvrzovací pec - vytvrzuje zelené díly po tisku

Pro tryskání pojivem lze použít jakýkoli práškový materiál včetně:

• Prášek z nerezové oceli - nejčastěji pro finální kovové díly
• Písek - pro tiskové formy a jádra
• Keramika - výroba uměleckých soch a dekorativních předmětů
• Sádra - Pro architektonické ozdoby

Výhody Binder Jet tisku

Vysoká rychlost - Velmi rychlé časy tisku nezávisle na složitosti nebo množství dílů.

Nízký odpad - Nesvázaný prášek lze znovu použít, což vede k úspoře materiálu.

Velké díly - Možnost tisku velkých objemů až do 1 metru krychlového.

Flexibilita materiálu - Tisknout lze širokou škálu kovů, písku, keramiky a kompozitů.

Omezení tryskání pojiva

Nižší rozlišení - Výtisky mají zrnitý povrch kvůli limitům nasycení kapalinou.

Následné zpracování - Spékání je nutné k dosažení plné hustoty a vlastností kovových dílů.

Anizotropní - Mechanické vlastnosti se liší v závislosti na orientaci stavby.

Rozměrová přesnost - Smršťování tištěných dílů během spékání může ovlivnit přesnost.

Hlavní výrobci tiskáren pro tryskání na pojivo

Mezi společnosti vyrábějící 3D tiskové systémy s pojivovou tryskou patří:

• ExOne
• Digitální kov
• DESCAM
• Voxeljet
• Stolní kov
• Přísady GE

K dispozici jsou jak průmyslové, tak kancelářské tiskárny pro tisk do pořadačů.

Použití 3D tisku Binder Jet

Odlévání kovů - Pískové formy a jádra tištěná pro investiční lití složitých kovových předmětů.

Nástroje - Lehké a levné nástroje s pojivem pro vstřikování plastů.

Výroba seriálů - Tryskání pojiva z nerezové oceli pro malosériovou výrobu.

Architektura - Umělci je používají k vytváření složitých dekorativních kamenických prací, ornamentů a soch.

Vzdělávání - Cenově dostupný způsob zavedení 3D tisku z kovu pro školy.

Technologie tryskání materiálu

Tryskání materiálu je metoda 3D tisku, při níž se do objektu vrstvu po vrstvě nanášejí drobné kapičky fotopolymerního materiálu. Umožňuje tisk z více materiálů a složitých geometrií, kterým se jiné technologie nevyrovnají.

Jak funguje tryskání materiálu

Tiskové hlavy pro tryskání materiálu selektivně nanášejí fotopolymerní materiál v kapičkách o objemu pouhého jednoho pikolitru. UV lampy okamžitě vytvrzují každou vrstvu během tisku. Sestavovací platforma se spustí a umožní tisk další vrstvy. Pomocí odnímatelného gelu se tisknou také podpůrné struktury.

Klíčové součásti materiálové tryskové tiskárny:

• Tiskové hlavy - piezoelektrické vstřikovače, které tryskají kapičky materiálu.
• UV lampy - okamžité vytvrzení naneseného materiálu
• Zásobníky na materiál - uchovávají tekuté fotopolymery
• Software - řídí míchání materiálů

Mezi běžné materiály pro tryskání patří:

• Tuhé plastové pryskyřice - Pro odolné a detailní modely
• pryskyřice podobné kaučuku - pružné díly s elastickými vlastnostmi
• Průhledný materiál - Průhledné modely a optické komponenty
• Voskové, gelové podložky - po tisku se rozpustí

Výhody tryskání materiálu

Více materiálů - Možnost tisku různých pryskyřic a gradientů v jednom dílu.

Vysoké detaily - Extrémně hladká povrchová úprava s tenkými vrstvami 16-30 mikronů.

Různorodé vlastnosti materiálů - Od tuhého plastu po simulovaný polypropylen.

Složité tvary - Tiskem podpůrného gelu lze vytvářet uzavřené dutiny a výřezy.

Nevýhody tryskání materiálu

Malá stavební velikost - Omezeno na menší modely a díly, obvykle do velikosti 1 stopy.

Náklady na materiál - Tiskové materiály jsou v porovnání s jinými postupy 3D tisku velmi drahé.

Citlivost na vlhkost - Vytištěné díly se mohou při vystavení vlhkosti znehodnotit nebo deformovat.

Následné zpracování - Podpůrné gely musí být odstraněny a díly vyžadují vytvrzení UV zářením.

Přední výrobci systémů pro tryskání materiálu

K významným společnostem, které vyvíjejí 3D tiskárny s tryskajícím materiálem, patří:

• Stratasys
• 3D Systems
• Xaar
• voxeljet
• EnvisionTEC
• DowDupont

Tiskárny jsou určeny pro komerční a průmyslové použití.

Aplikace tryskání materiálu

Vytváření prototypů - Vynikající pro koncepční modely vyžadující vlastnosti více materiálů a jemné detaily.

Výrobní - Používá se k výrobě malých sérií dílů pro konečné použití, hodí se pro nízké objemy složitých geometrií.

Lékařský - Tisknou se chirurgické příručky, anatomické modely s realistickými texturami.

Zubní lékařství - Tryskání více materiálů vytváří realistické protézy a ortodontické rovnátka.

Spotřebitel - Personalizované módní doplňky, pouzdra na telefony a obuv se tisknou na 3D tiskárně.

Automobilový průmysl - Vyrábí detailní malé plastové a pryžové součásti, jako jsou těsnění.

Aerospace - Tisk lehkých nekonstrukčních dílů se složitou geometrií.

Jak vybrat správnou technologii 3D tisku

Vzhledem k tomu, že je k dispozici tolik typů 3D tisku, může být určení nejlepší metody pro danou aplikaci matoucí. Zde je několik klíčových kritérií, kterými se můžete při výběru řídit:

Cíl tisku - Prototyp, vizuální koncepční model, funkční testovací díl, výroba pro konečné použití? Různé technologie vyhovují různým cílům.

Velikost dílu - Stolní tiskárny mají malý objem. Pro větší komponenty zvažte průmyslové systémy.

Geometrie dílu - Posoudit požadavky na uzavřené dutiny, podříznutí, povrchovou úpravu a rozměrovou přesnost.

Materiální potřeby - Přizpůsobte vlastnosti materiálu, jako je pevnost, tepelná odolnost a pružnost, dané aplikaci.

Rozpočet - Průmyslové 3D tiskárny mají vyšší náklady na vybavení. Vezměte v úvahu provozní náklady, jako jsou výdaje na materiál.

Rychlost a propustnost - Některé technologie, jako je MJF a tryskání pojiva, jsou mnohem rychlejší než jiné.

Následné zpracování - Porovnejte sekundární práci a náklady, jako je odstranění podpěr, povrchová úprava, regenerace prášku.

Technické znalosti - Jednodušší metody, jako je FDM, vyžadují méně školení než SLS nebo tryskání materiálu.

Vyhodnocením výše uvedených kritérií pro konkrétní aplikaci lze výrazně zúžit seznam vhodných technologií 3D tisku a vybrat optimální metodu. Prototypování a sériová výroba budou vyžadovat velmi odlišné tiskárny. Vyhledání odborného poradenství může dále pomoci při správném výběru technologie 3D tisku.

Srovnání metod 3D tisku

Zde je shrnutí hlavních rozdílů mezi oblíbenými technologiemi 3D tisku:

Parametr	FDM	SLA	SLS	MJF	Tryskání pojiva	Tryskání materiálu
Suroviny	Vlákna	Tekutá pryskyřice	Prášek	Prášek	Prášek	Tekutá pryskyřice
Přesnost	Střední	Vysoký	Střední	Vysoký	Střední	Vysoký
Povrchová úprava	Střední	Vysoký	Nízký	Střední	Nízký	Vysoký
Maximální velikost sestavy	Střední	Malé	Velké	Střední	Velmi velký	Malé
Podporované geometrie	Ne	Ano	Ano	Ano	Ano	Ano
Rychlost	Pomalý	Střední	Střední	Velmi rychle	Velmi rychle	Střední
Pevnost části	Střední	Střední	Vysoký	Vysoký	Střední	Střední
Dostupné materiály	Dobrý	Veletrh	Vynikající	Omezený	Vynikající	Dobrý
Následné zpracování	Minimální	Požadované	Požadované	Požadované	Požadované	Požadované
Složitost softwaru	Jednoduché	Střední	Komplexní	Komplexní	Střední	Komplexní
Náklady na vybavení	$500-$100k	$3k-$250k	$100k-$1M	>$100k	>$100k	>$100k
Náklady na materiál	Nízký	Vysoký	Střední	Střední	Střední	Velmi vysoko

Tato srovnávací tabulka shrnuje typické vlastnosti, možnosti a náklady spojené s nejběžnějšími technologiemi 3D tisku. Poskytuje rychlou orientaci v kompromisech mezi různými metodami, které slouží jako informace pro proces výběru konkrétní aplikace.

Výhody a nevýhody klíčových metod 3D tisku

Typ 3D tisku	Výhody	Nevýhody
FDM	Levné, dobrá pevnost, různé materiály	Nižší přesnost, slabá mezivrstvá vazba, deformace
SLA	Vysoká přesnost, skvělá povrchová úprava, k dispozici čiré pryskyřice	Malý stavební objem, drahé materiály, následné zpracování
SLS	Funkční pevnostní díly, podpora složitých geometrií	Zrnitá povrchová úprava, velké vybavení, náklady na materiál
MJF	Velmi vysoká rychlost, vynikající mechanické vlastnosti	V současné době omezeno na nylony, vysoké náklady na tiskárnu
Tryskání pojiva	Rychlý tisk, velké konstrukční velikosti, různé materiály	Nižší rozlišení, následné zpracování, anizotropní vlastnosti
Tryskání materiálu	Schopnost používat více materiálů, skvělé detaily, rozmanité vlastnosti	Malá stavební velikost, nutnost odstranění podpěr, vysoké náklady na materiál

Pochopení výhod a omezení jednotlivých procesů 3D tisku umožňuje vybrat optimální technologii na základě požadavků aplikace. Pro a proti je třeba pečlivě zvážit na základě klíčových kritérií, jako jsou vlastnosti dílů, přesnost, náklady a rychlost.

Možnosti materiálů pro 3D tisk

3D tiskárny využívají celou řadu materiálů od plastů přes kovy až po fotopolymery na míru. Zde jsou některé z nejběžnějších možností materiálů používaných v různých procesech 3D tisku:

Plasty

• ABS - pevný, odolný, mírně pružný
• PLA - houževnatý polymer biologického původu s nízkou deformací
• Nylon - vynikající pevnost, univerzálnost, cena
• PETG - čirý, nízký zápach, snadnější potisk než ABS
• TPU - pružné vlákno pro díly podobné gumě

Fotopolymery

• Standardní pryskyřice - přesné a s dobrými mechanickými vlastnostmi
• Odlévatelné pryskyřice - čistě vypálené pro odlévání kovů
• Odolné pryskyřice - odolávají vysokým teplotám, houževnatost
• Dentální pryskyřice SG - biokompatibilní materiál třídy 1
• Pružná pryskyřice - elastické vlastnosti podobné polypropylenu

Kovy

• Nerezová ocel - Nejběžnější kovový prášek pro vysokopevnostní aplikace
• Hliník - lehké, ale pevné díly
• Titan - biokompatibilní s vysokou odolností proti korozi
• Slitina niklu - tvrdost a tepelná odolnost pro nástroje
• Drahé kovy - stříbro, zlato, vhodné na šperky

Keramika

• Hliník - vysoká tvrdost, odolnost proti teplu a korozi
• Zirkonium - velmi vysoká pevnost a lomová houževnatost
• Hydroxyapatit - biokeramika používaná pro kostní implantáty
• Porcelán - pro vysoce umělecké sochy a dekorativní artefakty

Kompozity

• Uhlíková vlákna - vyztužená uhlíkem pro velmi vysokou pevnost
• Svítí ve tmě - PLA s fosforeskujícími přísadami
• Dřevěné a kovové výplně - hybridní materiály jako bronzová výplň, měděná výplň atd.
• Magnetické - vlákno s příměsí železného prášku pro magnetické komponenty

Díky různým materiálům, které jsou k dispozici pro různé technologie 3D tisku, lze možnosti přesně přizpůsobit mechanickým, tepelným, elektrickým a estetickým požadavkům aplikace.

Povrchové úpravy pro 3D tisk

Povrchová úprava, textura a přesnost 3D tištěného dílu závisí na několika faktorech:

• Proces 3D tisku - FDM, SLA, SLS atd. mají různá rozlišení.
• Výška vrstvy - tenčí vrstvy zajišťují hladší povrch.
• Orientace - díly lze tisknout vertikálně nebo diagonálně.
• Úhly rastrů - Střídavá orientace rastrů mezi vrstvami snižuje viditelné krokování.
• Následné zpracování - metody jako broušení, broušení, nanášení nátěrů zlepšují povrchovou úpravu.

Zde je srovnání povrchových úprav dosažených různými technologiemi 3D tisku:

Metoda 3D tisku	Suroviny	Typická výška vrstvy	Povrchová úprava
FDM	Vlákna	50 - 200 mikronů	Slušný až střední
SLA	Tekutá pryskyřice	25 - 100 mikronů	Vynikající
SLS	Prášek	50 - 150 mikronů	Střední až špatný
Tryskání pojiva	Prášek	80 - 140 mikronů	Střední až špatný
Tryskání materiálu	Tekutá pryskyřice	16 - 30 mikronů	Vynikající

Pomocí SLA a tryskání materiálu lze dosáhnout nejhladších povrchů. Tisk FDM vyžaduje optimalizaci výšky vrstvy, úhlů rastru a dokončování, aby se zlepšila kvalita povrchu.

Pokyny pro navrhování 3D tisku

Při modelování dílů pro 3D tisk zohledněte tyto konstrukční zásady:

• Optimalizujte tloušťku stěny na 1,2-2 mm, abyste dosáhli dostatečné pevnosti.
• Zahrňte filety a kruhy, abyste zmírnili koncentraci napětí.
• Konstrukční zásuvné díly, živé závěsy a flexibilní součásti s optimálními vůlemi
• Minimalizujte co nejvíce převisy vyžadující podpůrný materiál.
• Optimální orientace dílu na konstrukční plošině pro snížení počtu podpěr
• Dbejte na volný prostor v pohyblivých sestavách pro kroky následného zpracování.
• Tolerance návrhu podle možností tiskárny a materiálu
• Zajistěte, aby uzavřené dutiny měly únikové otvory pro odstraňování prášku při některých procesech.
• Zohlednění změn vlastností v důsledku orientace vrstev a směru stavby

Dodržování zásad DfAM (Design for Additive Manufacturing) umožňuje vytvářet 3D tisknutelné modely přizpůsobené možnostem zvolené technologie a materiálů.

Dodavatelé zařízení pro 3D tisk

Existuje velké množství dodavatelů profesionálních zařízení pro 3D tisk, včetně:

Stolní 3D tiskárny

• MakerBot, Ultimaker, Prusa Research, FlashForge, LulzBot, Formlabs

Průmyslové tiskárny plastů

• Stratasys, 3D Systems, EOS, EnvisionTEC, Carbon

Kovové 3D tiskárny

• EOS, Renishaw, Desktop Metal, Markforged, Xact Metal

Objemové výrobní systémy

• HP, Carbon, Desktop Metal, Bound Metal

Specializované tiskárny

• Organovo (bioprinting), Nanoscribe (mikroměřítko), wholmen (velké měřítko)

Tiskové sady

• Creality, Artillery, Tronxy, Anycubic

Tiskové služby

• Materialise, Sculpteo, Protolabs, Shapeways

Při výběru vhodné 3D tiskárny zvažte technologii tiskárny, objem výroby, materiály, přesnost, softwarové možnosti, pověst výrobce, servisní plány a provozní náklady.

Úvahy o nákladech na 3D tisk

Náklady na zahájení 3D tisku závisí na mnoha faktorech:

Náklady na tiskárnu

• Stolní stroje FDM začínají pod $300
• Profesionální průmyslové tiskárny se pohybují od $5 000 do více než $1 000 000.

Materiály

• 1 kg vlákna PLA: $20-50
• 1 litr pryskyřice pro SLA: $50-200
• Kovové prášky: $100-500 za kg

Software

• Bezplatné nástroje pro 3D modelování, například Tinkercad nebo Fusion360
• Náklady na licencovaný software CAD $1000 - $7000

Zařízení pro následné zpracování

• Spotřební materiál pro tiskárnu, jako je vlákno, pryskyřice, trysky.
• Dokončovací nástroje pro vyhlazování, lakování a natírání
• Průmyslové spékací pece pro kovové prášky

Technické znalosti

• Školení obsluhy a proces učení
• Profesionální inženýrská podpora

Při zavádění 3D tisku pro výrobní aplikace důkladně zvažte počáteční náklady na zařízení i průběžné provozní náklady. Využijte servisní kanceláře pro 3D tisk, abyste se vyhnuli kapitálovým výdajům.

Výběr servisní kanceláře pro 3D tisk

Zde je několik tipů pro výběr poskytovatele služeb 3D tisku:

• Přehled podporovaných tiskových technologií, které odpovídají potřebám aplikací
• Vyhledejte odborné znalosti materiálů, které jsou relevantní pro vaše projekty
• Vyhodnocení objemových kapacit a škálovatelnosti výroby
• Posouzení dovedností pracovní síly a nabízené technické podpory
• Zvažte rychlost, dodací lhůty a umístění
• Kontrola certifikátů kvality a vzorků dílů z hlediska povrchové úpravy
• Porovnání cenových modelů: za díl, množstevní slevy, předplatné
• Zkontrolujte recenze a posudky zákazníků online
• Zhodnoťte možnosti následného zpracování, povrchové úpravy a lakování.
• Diskuse o vlastnictví, ochraně údajů a důvěrnosti.
• Porozumění procesu objednávání, možnostem nahrávání a dodacím lhůtám
• Zvažte služby s vysokým podílem doteků, jako je design pro AM, inženýrské odborné znalosti.

Spolupráce se správnou servisní kanceláří umožňuje přístup k různým možnostem 3D tisku bez velkých kapitálových investic.

Budoucí výhled 3D tisku

Předpokládá se, že technologie 3D tisku se bude i nadále rychle rozvíjet:

• Klesající náklady a vyšší dostupnost průmyslových 3D tiskáren
• Vývoj nových materiálů rozšiřuje aplikace - kompozity, biomateriály
• Vylepšená povrchová úprava konkurující tradiční výrobě
• Hybridní výroba kombinující 3D tisk s obráběním a dalšími procesy
• Automatizovaná řešení pro následné zpracování a dokončovací práce
• Vylepšení softwaru pro návrh, simulaci a optimalizaci procesů
• Využití tryskání kovových pojiv a multilaserové technologie PBF pro hromadnou výrobu
• Zvýšená kvalita, přesnost a opakovatelnost dílů pro konečnou výrobu
• Zjednodušené pracovní postupy a digitální zásoby pro výrobu dílů na vyžádání
• Růst vysoce hodnotných speciálních aplikací v lékařství, letectví a obraně

Tyto inovace rozšíří možnosti 3D tisku nad rámec rychlého prototypování směrem k digitální výrobě v průmyslových odvětvích.

Závěr

3D tisk se stal převratnou technologií s dalekosáhlým využitím od výroby prototypů až po výrobu. Pochopení principů fungování, schopností, případů použití a ekonomiky různých procesů 3D tisku je pro efektivní přijetí klíčové. Díky různým technologiím a materiálovým možnostem, které jsou nyní k dispozici, v kombinaci se snižujícími se náklady se v nadcházejícím desetiletí zrychlí využívání 3D tisku v různých odvětvích. Společnosti musí aktivně vyhodnocovat, jak může 3D tisk zlepšit jejich vývojové cykly výrobků, dodavatelské řetězce a výrobní operace, aby si udržely konkurenceschopnost. Díky pokroku v rychlosti, přesnosti, opakovatelnosti a vlastnostech dílů slibuje 3D tisk strategickou součást budoucí digitální výroby.

znát více procesů 3D tisku