Kako deluje namizni 3D tiskalnik: Osnovne tehnologije 3D tiskanja
Kljub temu, da je tehnologija 3D tiska z nami že več kot 30 let, šele v zadnjem času počasi, a zanesljivo prihaja v ospredje zanimanja ne le tehnoloških navdušencev, ampak tudi navadnih smrtnikov. Levji delež k temu prispevata nenehno padajoča cena tiskalnikov, pa tudi njihova izjemno široka uporabnost, saj je mogoče po njihovi zaslugi ustvariti skoraj vse, kar vam pade na pamet. Na takšen način je mogoče rešiti marsikatero zapleteno domačo in službeno težavo, in to še relativno poceni, saj je razen nabavne cene delovanje 3D tiskalnika zelo poceni zadeva. Če vas ta tehnologija zanima, vam bomo v naslednjih vrsticah na kratko razložili, kako pravzaprav 3D tiskalnik deluje in v čem se posamezni modeli med seboj razlikujejo.
Kako deluje 3D tisk
Kot pove ime tiskalnika, gre za naprave, ki so sposobne tiskati tridimenzionalne predmete po posebnih načrtih, ustvarjenih v specializiranih računalniških programih. Predloge za tiskane predmete lahko ustvarite neodvisno ali jih na primer prenesete iz interneta, o čemer bomo razpravljali kasneje v tem članku. Kar zadeva proces tiskanja, lahko zelo poenostavljeno rečemo, da izdelava 3D predmeta poteka z nalaganjem več plasti materiala eno na drugo, ki po strjevanju držijo želeno obliko in nudijo lastnosti, značilne za uporabljeni material, ki je lahko filament ali smola. Na trgu lahko najdete celo paleto filamentov in smol, s katerimi lahko ustvarjate predmete z najrazličnejšimi lastnostmi, od različnih barv, preko hitrosti strjevanja, do prožnosti ali obratno trdote. Če bi torej postopek 3D tiska povzeli na najpreprostejši možni način, bi ga lahko opisali kot »obdelavo v obratni smeri«, saj se material ne vzame za namene izdelave danega izdelka, ampak nasprotno, se nalaga po plasteh.
Nasvet: 3D-tiskanje nikakor ni samo hobi za domače mojstre ali računalniške navdušence. Sodobni svet vse bolj dokazuje, da v tej tehnologiji vidi ekstremno prihodnost in da ima na nekaterih področjih celo potencial, da jih temeljito spremeni. Navsezadnje je v medijih razmeroma pogosto mogoče zaslediti omembe na primer 3D tiskanja hiš, ki bi lahko zaradi svoje hitrosti in nizkih stroškov v prihodnosti povzročilo popolno revolucijo v gradbeništvu. Ob izbruhu pandemije COVID-19 so podjetja na 3D tiskalnike tiskala zaščitne obrazne ščitnike za medicinske pripomočke, kar lahko v svojem bistvu štejemo tudi za majhno revolucijo – navsezadnje so do takrat mnogi na 3D tiskalnike gledali predvsem kot na zabavo. Kje se 3D tiskalniki uporabljajo v današnjem svetu, lahko preberete v našem starejšem članku Industrija, astronavtika in medicina: za kaj se uporablja 3D tisk?
Tehnologija 3D tiskanja
Kljub temu, da se je od rojstva 3D tiska pred več kot 30 leti v svetu pojavilo veliko število najrazličnejših tehnoloških postopkov, saj je sprva vsak izumitelj zaradi svoje unikatnosti skrival svojo skrivnost, so se sčasoma tehnologije 3D tiskanja izkristalizirale, vsaj z vidika javne rabe, le na dve vrsti. Ti sta cenovno dostopne in uporabne tudi v domačih, kvečjemu malo naprednejših razmerah. Proizvajalci 3D tiskalnikov zadnja leta najbolj ciljajo na običajne uporabnike, saj je to za njih najbolj zanimiv in daleč najširši segment, ki ga lahko dosežejo. Predstavljamo torej dve glavni tehnologiji 3D tiskanja.
FDM/FFF
Daleč najbolj razširjena tehnologija 3D tiskanja je tako imenovana FDM (Fused Depositon Modeling), ker pa je Stratasys za to oznako registriral blagovno znamko, se je v (ne samo) komercialne namene začela uporabljati oznaka FFF (Fused Filament Fabrication). V obeh primerih pa gre za enak princip delovanja 3D tiskalnika in če govorimo o namiznih 3D tiskalnikih, velika večina za modeliranje uporablja prav to tehnologijo.
Tehnologija tiskanja FDM/FFF deluje na principu taljenja materiala, ki ga v tiskalnik najpogosteje dovajamo v obliki plastične vrvice, tako imenovanega filamenta. Ta je v posodi 3D tiskalnika nameščen na cevko, iz katere tiskalnik postopoma odvija material in ga tako rekoč »posrka« v tiskalno glavo, kjer se tali. Tiskalna glava 3D tiskalnika nato plast za plastjo nalaga v fizični 3D model, ki ga vzame iz računalnika, pomnilniške kartice, aplikacije in podobno. Načeloma je ta tehnologija 3D tiskanja zelo podobna tehnologiji tiskanja brizgalnih tiskalnikov. Tako kot tiskalna glava vbrizga zelo majhno količino črnila na papir, tiskalna glava 3D tiskalnika polaga staljeni material na podlago plast za plastjo in tako ustvari fizični model.
Tehnologija 3D tiskanja FDM/FFF je najcenejša tehnologija 3D tiskanja, kar je glavni razlog za njeno tako veliko razširjenost. FDM/FFF namizni 3D tiskalnik za domačo uporabo lahko brez težav dobite že do 100 evrov dalje. Precej velik plus je tudi dejstvo, da večina filamentov oziroma njihovo taljenje ne povzroča nobenega ali le minimalen vonj, tako da tiskalnika ob normalni uporabi ni problem uporabljati v neprezračevanem prostoru – tj., če vas ne moti hrup, ki ga ta oddaja.
Slabost te tehnologije je dolg čas tiskanja, velika razlika v kakovosti tiska, ki je odvisna od modela tiskalnika in uporabljenega materiala ter različnih konstrukcijskih omejitev (npr. staljeni material se mora najprej strditi, pri zahtevnejših modelih pa je zato treba računati tudi s tiskanjem z nosilci itd.). Poleg tega lahko pri tiskanju občasno naletimo na napake, ko so na primer zaradi nenatančnih nastavitev tiskalnika posamezne plasti slabo naslojene, kar popolnoma uniči končni izpis. Nekaj ur truda se lahko hitro izjalovi.
Nasvet: Že dolgo ne velja več, da je na trgu le ena vrsta filamenta, iz katerega se tiska čisto vse. Zaradi nenehnega tehnološkega napredka, ki seveda vpliva tudi na 3D tiskalnike, je danes mogoče izbirati med dobesedno izjemno količino različnih vrst filamentov, ki se med seboj razlikujejo še po čem drugem kot po lastnostih. Tako je mogoče dobiti izjemno trde kot prožne kose, potem filamente z nizko temperaturo tališča primerne za otroke ipd.
Skratka, samo od vas je odvisno, kateri tip filamenta boste izbrali oziroma kateri je primeren za vaše projekte. Kako izbrati prave filamente za vaš 3D tiskalnik, smo strnili v enem izmed naših starejših člankov. Posamezne vrste filamentov smo podrobno analizirali tudi v prispevku 3D pero: navodila za začetnike, vendar se tu ne osredotočamo le na klasične tiskalniške filamente, ampak tudi na polnila za peresa.
SLA
Druga in torej zadnja razširjena vrsta 3D tiska je trenutno SLA. Za to okrajšavo se skriva stereo litografija, ki pomeni strjevanje polimerne smole v določeno obliko s pomočjo LED ali UV žarkov. Glavna domena te tehnologije 3D tiskanja je njena izjemna natančnost, ki bistveno presega ločljivost tiska FDM/FFF tiskalnikov. Vendar pa je tu za natančnost treba plačati relativno visoko ceno. Prva je nedvomno cena, ki je pri modelih, ki se splačajo že glede na maksimalne velikosti tiska povsem neprimerljiva s FDM/FFF - v negativnem smislu seveda. Drugi večji problem je tudi to, da ko se smola strjuje, žarki sproščajo strupene pline. Te je treba odsesavati, saj bi sicer obstajala nevarnost zastrupitve tiskarja. Ravno zaradi tega so SLA tiskalniki dimenzijsko zahtevni in z zaprto tiskovno površino, ki je povezana (vsaj pri večjih modelih, kjer obstaja realna nevarnost zastrupitve) za odsesavanje. Brez pretiravanja je torej v primeru nakupa zmogljivejšega SLA tiskalnika treba računati na konstrukcijske spremembe prostora, v katerem bo tiskalnik.
Demonstracija 3D tiska tehnologije stereo litografije na Carbon 3D tiskalniku.
Nasvet: Ni nujno da 3D predmete ustvarjate samo s 3D tiskalniki. Za te namene je mogoče uporabiti tudi posebna 3D peresa, ki v bistvu delujejo zelo podobno kot FDM/FFF tiskalniki, le da jih upravljate popolnoma ročno. Več informacij o njih smo vam pripravili v tem članku.
Kje se dobijo modeli za 3D tisk?
Digitalni modeli za 3D tisk so izdelani v programih za 3D modeliranje, kot so AutoCAD, Blender ipd. Je pa treba v isti sapi dodati, da učenje dela v teh programih ni povsem enostavna zadeva – še toliko bolj, če ste samouk in boste za svoje izpopolnjevanje uporabljali na primer »le« videe na internetu in podobno.
Ravno zato se boste verjetno vsaj na začetku svoje kariere 3D tiskarja zanašali predvsem na vnaprej izdelane 3D modele, ki jih ponujajo tako proizvajalci 3D tiskalnikov kot izkušeni uporabniki na spletu. Ta vsebuje več podatkovnih baz že pripravljenih 3D modelov, ki so pogosto na voljo pod brezplačnimi licencami in jih je mogoče prosto prenesti in uporabljati za nekomercialno uporabo. Vendar ne pozabite, da gre običajno za enostavnejše predmete, katerih izdelava ustvarjalcem ni vzela preveč časa. Večje projekte (na primer najrazličnejše like iz video iger ali prostorsko zahtevnejše predmete) je običajno treba kupiti. Njihova cena se začne pri enomestnih in običajno konča pri dvomestnih zneskih dolarjev ali evrov.
3D modeli so modelirani v računalniških programih za 3D modeliranje. Najbolj priljubljen format večine namiznih 3D tiskalnikov je STL.
Preverjene baze podatkov s kakovostnimi 3D modeli za prenos:
Zadnja možnost za tiskanje 3D modela je skeniranje fizičnega predmeta s 3D skenerjem. Gre za naprave, ki lahko skenirajo obliko in površino tridimenzionalnega predmeta ter ga pretvorijo v digitalno obliko. V tem primeru pa je treba upoštevati, da natančnost teh skenov ni 100 % točna, zato dobljeni izpis ne more biti enak izpisu na podlagi digitalne – programirane – predloge. Če pa želite kopirati enostavnejše 3D predmete, bi to moralo biti čisto mogoče izvesti s 3D skenom. Za njihovo ustvarjanje je na primer trenutno mogoče uporabiti različne mobilne aplikacije. Samo pomislite, da bi imeli telefoni idealno laserske senzorje tipa LiDAR.
Katerega izbrati za vas?
Če vam tudi po prebranih prejšnjih vrsticah ni jasno, kateri 3D tiskalnik je najboljši za vas, odgovorite na nekaj osnovnih vprašanj. Prvo je, koliko denarja imate na strani za nakup 3D tiskalnika. Kot drugo vprašanje se morate vprašati, kako velike 3D predmete dejansko želite tiskati, tretje vprašanje pa je, kako natančen mora biti tisk. Na splošno lahko torej rečemo, da če iščete poceni tiskalnik z zelo dobro prenosljivostjo in podporo za razmeroma velike izpise, je model FDM/FFF absolutno idealen za vas, saj do potankosti izpolnjuje vaše zahteve. Če vam ni problem večja investicija v tiskalnik manjše dimenzije in vas zanimajo predvsem popolni natančni izpisi, si oglejte SLA modele. Tudi te je mogoče dobiti za razmeroma razumne (čeprav občutno višje od FDM/FFF) zneske, zaradi katerih jih boste vsaj »pretipali« in boste v prihodnje bolj izkušeni pri izbiri. Toda za začetek je tiskalnik FDM/FFF resnično bolj smiseln, zato priporočamo le-tega.
Podobni članki
3 minute branja
Kako izbrati prave filamente za svoj 3D tiskalnik?
Tako kot običajni tiskalniki potrebujejo kartuše s črnilom, potrebujejo 3D tiskalniki plastične vrvice za tiskanje predmetov različnih velikosti. Od izbire pravega filamenta je odvisno, kako toplotno in mehansko odporen bo tisk, ali ga je mogoče uporabiti kot zelo obremenjen del in kako zapletena bo izdelava. Naučite se izbrati prave 3D strune.
Cel članek »
2 minute branja
Industrija, astronavtika in medicina: za kaj se uporablja 3D tiskanje?
3D tiskalniki nimajo več svojega mesta samo na mizah tehnoloških navdušencev. Tridimenzionalni tisk je prodrl tudi v industrijo in medicino ter postal milijardni posel. 3D-tiskalniki vračajo zdravje bolnim, pocenijo in pospešijo proizvodnjo – in bodo igrali ključno vlogo pri naselitvi lune in Marsa.
Cel članek »