Zaloguj się
Wszystkie
10 maja 2024
109
Marketingowcy reklamują drukarki 3D jako narzędzia do łatwej, domowej produkcji przedmiotów użytkowych – w roztaczanych przez nich wizjach drukarka 3D działa niczym replikator z filmów i seriali z uniwersum Star Treka. W praktyce aż tak różowo nie jest, i choć faktycznie da się wytwarzać przedmioty użytkowe oraz różne narzędzia, to sama technologia druku 3D wymaga pewnej wiedzy i nieco innego sposobu myślenia niż przy bardziej tradycyjnych metodach produkcyjnych.
Jednocześnie możliwości (relatywnie) szybkiego prototypowania, wykonywania unikalnych, jednorazowych elementów i modeli czy nawet dorabiania uszkodzonych części mogą się przydać w niemal każdej branży. Dobrym przykładem z obszaru bliskiego Czytelnikowi będzie np. opcja wykonania prototypu obudowy urządzenia celem sprawdzenia jej walorów ergonomicznych i estetycznych. Przy okazji można sprawdzić w praktyce, czy przykładowe rozmieszczenie otworów wentylacyjnych lub/i użyte chłodzenie aktywne spełniają swoje zadanie. Co więcej, koszt przygotowania nowego prototypu jest minimalny, więc projekt da się wykonywać iteracyjnie, aż do uzyskania pożądanego kształtu. Druk 3D pozwala też wyprodukować przetestowane obudowy (szczególnie gdy mamy do czynienia z produkcją małoseryjną, w której przypadku zamówienie formy na wtryskarki okazałoby się zbyt drogie). Istnieją wyspecjalizowane „farmy drukarek”, realizujące takie zlecenia i oferujące przy tym szeroką gamę materiałów oraz kolorów, a nawet druk używający kilku różnych materiałów naraz.
Inne, przetestowane w praktyce zastosowania druku 3D to:
- produkcja form do odlewania wkładek i zatyczek do uszu z silikonu medycznego;
- wytwarzanie narzędzi oraz przystawek (NASA testowała druk klucza nastawnego na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej);
- dorabianie niedostępnych lub kosztownych zaślepek, gałek, a także innych elementów tworzywowych;
- wykonywanie adapterów i elementów montażowych;
- produkcja systemów do przechowywania elementów oraz narzędzi (np. GridFinity);
- wytwarzanie pojedynczych zabawek, układanek, figurek lub innych drobnych gadżetów;
- produkcja niewymienionych powyżej, a przydatnych przedmiotów użytkowych.
W tej serii artykułów skupimy się głównie na zastosowaniach technologii druku 3D w praktyce projektantów i serwisantów elektroniki, ale pojawią się też – w celach ilustracyjnych – inne przykłady potencjału tej technologii.
Technologie druku 3D
Istnieje wiele różnych technologii druku 3D. W przemyśle lotniczym stosowano metodę, w której na podłożu układa się warstwę metalowego proszku, po czym wiązka lasera zgrzewa wybrane punkty na podstawie projektu. Następnie nakłada się kolejną warstwę proszku i powtarza proces – aż do uzyskania kompletnej części. Niewątpliwą zaletą tej metody jest produkowanie detali z metalu, lecz koszty i czas potrzebne na wykonanie jednego modelu czynią ją mało użyteczną – rzecz jasna poza produkcją pojedynczych prototypów lub komponentów. Dlatego – zamiast omawiać tak specjalistyczne rozwiązania – skupimy się na dwóch technologiach druku dostępnych dla każdego: z użyciem filamentu oraz żywicy światłoczułej.
W metodzie stereolitograficznej stosuje się światłoutwardzalną żywicę epoksydową. W podstawie zbiornika znajduje się wysokiej rozdzielczości ekran LCD podświetlony silnym źródłem światła ultrafioletowego, zaś nad ekranem – metalowa płytka, która w trakcie pracy ulega stopniowemu podnoszeniu. Zbiornik wypełnia się żywicą, po czym płytę nośną opuszcza się nad ekran, tak by zachować minimalny odstęp. Na ekranie wyświetlany jest obraz pożądanych kształtów, a światło UV utwardza żywicę tam, gdzie przenika przez ekran. Po naświetleniu płyta zostaje podniesiona, po czym naświetlaniu ulega następna warstwa materiału. Proces powtarza się aż do zakończenia druku. Gotowe wydruki są myte w alkoholu izopropylowym, a potem dodatkowo naświetlane aż do uzyskania pełnej twardości, gdyż sam proces druku tylko częściowo utwardza żywicę.
Metoda ta pozwala tworzyć bardzo precyzyjne modele z licznymi, drobnymi detalami, a czas trwania całego procesu drukowania nie zależy od złożoności kształtów. Z drugiej strony – druki zazwyczaj są kruche, żywica generuje nieprzyjemne zapachy, a ryzyko jej przypadkowego rozlania jest spore. Dlatego też ta metoda zdobyła nieco mniejszą popularność w gronie hobbystów i ma ograniczone zastosowania wśród profesjonalistów.
Drugą – najpopularniejszą – metodę druku 3D stanowi druk z użyciem filamentu. W tej technologii ekstruder przemieszcza się nad blatem, a filament, czyli drut z tworzywa termoplastycznego, jest wprowadzany do ekstrudera mechanicznie. Blok grzewczy stapia koniec tego filamentu, a nacisk świeżego materiału wypycha stopiony materiał przez dyszę na blat. Dysza rozprowadza go, a jeśli w którymś miejscu okazuje się on niepotrzebny – napęd ekstrudera cofa filament, natomiast podciśnienie zasysa część stopionego materiału do wnętrza głowicy. Wentylator(-y) przy głowicy chłodzi nałożony już materiał. Po wydrukowaniu warstwy głowica oddala się od blatu na zdefiniowaną w ustawieniach modelu odległość, po czym rozpoczyna druk kolejnej warstwy (przy czym świeżo nałożony filament częściowo wtapia się w warstwę poprzednią).
Metoda filamentowa pozwala na zastosowanie bardzo wielu różnorodnych materiałów w szerokiej palecie kolorów, dzięki czemu wydruki mogą mieć najróżniejsze właściwości. Fotografia 1 prezentuje przykładowe wydruki (od lewej: podstawka pod płytkę rozwojową wykonana z niebieskiego PLA, duża i mała gałka wykonane z półprzezroczystego PLA w kolorze żółtym oraz duża gałka wykonana z czarnego PLA typu Silk). Czas trwania druku zależy od rozmiarów detalu, użytego filamentu, złożoności modelu i grubości warstw. Na prędkość pracy drukarki wpływ mają też jej parametry mechaniczne, zdolność systemu kontrolnego do ich kompensacji, średnica dyszy, moc grzałki głowicy drukującej i oczekiwana jakość wydruku. Mechaniczne właściwości gotowych wydruków zależą natomiast od użytego filamentu i grubości warstwy, ale w większości przypadków można założyć, iż wydruk będzie o 20...60% słabszy, jeśli działające na niego siły dążą do przemieszczenia względem siebie lub rozerwania warstw – pod tym względem wydruki przypominają drewno. Oczywiście na tę zależność wpływa rodzaj użytego filamentu i dodatkowe procesy obróbki gotowego wydruku. I to właśnie mnogość dostępnych materiałów stanowi największą siłę druku 3D metodą filamentową (określaną skrótem FDM).
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
