Drukowanie 3D – czym jest druk 3D oraz jak działa drukarka 3D?

Według definicji druk 3D to technologia wytwarzania fizycznych, trójwymiarowych przedmiotów wcześniej zaprojektowanych techniką komputerową z wykorzystaniem narzędzia służącego do modelowania 3D. Jest wiele różnych sposobów, w jaki przebiega ten proces, tak samo jak wiele materiałów, z których możemy drukować przestrzennie. Jeśli chcecie dowiedzieć się więcej, koniecznie czytajcie dalej.

Czym jest druk 3D?

Jak już wspomnieliśmy we wstępie, dzięki technologii druku 3D jesteśmy w stanie wytworzyć fizyczne, przestrzenne bryły. Dzieje się tak ponieważ technologia druku 3D jest w stanie warstwa po warstwie nakładać do druku 3D materiał, zwany filamentem, zgodnie z wybranym modelem 3D. Dzieje się tak ponieważ, dzięki uzyskaniu wysokiej temperatury materiał ulega stopieniu, co sprawia, że urządzenie może dość precyzyjnie go rozprowadzać. Dzięki specjalnemu oprogramowaniu komputerowemu czyta ona dokładne instrukcje nt. tego w jakich konkretnie miejscach na blacie, na którym powstaje wydruk, ułożyć kolejne porcje filamentu. Dostosowując wysokość blatu oraz ułożenie dyszy dozującej materiał powstaje precyzyjny wydruk 3D. Jednocześnie materiał dość szybko zastyga, a my otrzymujemy gotowy, dość trwały (w zależności od parametrów oczywiście) przedmiot.

Jaka jest historia druku 3D?

Pierwszą techniką druku 3D była opracowana w 1984 r. i opatentowana w 1986 r. przez Chucka Halla technika stereolitografii. Stereolitografia to przemysłowy proces wytwarzania elementów prototypowych bazujący na fotopolimeryzacji. Tak, to skomplikowany proces, na szczęście działanie drukarek 3D, które trafiają do szkół nie jest tak trudne do wytłumaczenia, ale o tym dalej. Hall założył pierwszą firmę produkującą komercyjnie drukarki 3D Systems. To właśnie tam opracowano szczególny format pliku .stl, który wykorzystujemy do tworzenia pliku gcode. To również może brzmieć niezrozumiale, ale plik gcode to nic innego jak instrukcja od komputera dla drukarki, dzięki której drukarka dobrze wie gdzie, kiedy i ile materiału nałożyć na blat. W drukarce 3D Skrinter ten proces dzieje się automatycznie, dzięki zintegrowanemu slicerowi znajdującemu się na platformie Skrimarket. Kolejną techniką druku 3D jest stosowana właśnie m.in. w 3D Skrinter od Skriware technologia warstwowego nakładania stopionego materiału (tzw. technologia addytywna, FDM – Fused Deposition Modeling lub FFF – Fused Filament Fabrication, pojęcia te można stosować zamiennie). Technikę tę zawdzięczamy Scottowi Crumpowi, który opracował ją w 1988 r. W 1992 r. na Uniwersytecie w Austin USA opracowana została technologia druku SLS – selektywnego spiekania laserowego. W tym przypadku materiał w postaci proszku zostaje upłynniony a następnie ponownie spiekany za pomocą lasera. Jest to technologia druku gwarantująca większą precyzję i swobodę niż FMD/FFF jednakże wymagająca bardziej specjalistycznej wiedzy, urządzeń i odpowiednich warunków, gdyż mamy tu do czynienia z laserem. Pierwsza drukarka 3D przeznaczona do użytku domowego powstała w 2006 r. dzięki Adrianowi Bowyerowi. A czy wiecie, że w 2015 r. Skriware również zaczynało działalność od produkcji drukarek 3D przeznaczonych do użytku domowego? Dziś technologia druku 3D zyskuje ogromnie na popularności i zostaje wykorzystywana w wielu dziedzinach, o czym przeczytacie dalej.

Budowa drukarki 3D – z jakich elementów składa się drukarka 3D?

Każda drukarka 3D działająca w technologii FDM zbudowana z kilku podstawowych modułów, z których każdy ma określoną funkcję.

• Głowica – Element odpowiedzialny za stopienie filamentu a następnie precyzyjne “zdeponowanie” go na aktualnie drukowanej warstwie powstającego modelu – stąd nazwa technologii FDM. Dzięki termistorowi (rezystorowi termicznemu) temperatura głowicy jest precyzyjnie regulowana, a zamontowane dodatkowe wentylatory pozwalają na odpowiednie chłodzenie powstającego modelu. W drukarce 3D Skrinter głowica porusza się w osiach X/Y i jest zintegrowana z ekstruderem.
• Ekstruder – odpowiada za precyzyjne pobieranie filamentu ze szpuli i wtłaczanie go do głowicy. Ekstruder odpowiada za prędkość wydostawania się filamentu z głowicy, która musi być ściśle dopasowana do prędkości jej ruchu.
• Platforma robocza – nazywana inaczej blatem, to powierzchnia na której powstaje wydruk. Po zakończeniu danej warstwy platforma obniża się, tworząc w ten sposób przestrzeń dla kolejnej warstwy – odpowiada zatem za oś Z trójwymiarowego wydruku. Platforma robocza wymaga kalibracji, aby jej odległość od głowicy w każdym punkcie była taka sama. W drukarce 3D Skrinter ten proces odbywa się automatycznie, co znacznie ułatwia jej obsługę. Dodatkowo platforma robocza jest podgrzewana, co zapobiega odkształceniom modelu lub jego odklejeniu od powierzchni blatu.
• Układ prowadnic wraz z silnikami krokowymi – zestaw elementów odpowiedzialnych za poprawne pozycjonowanie głowicy oraz platformy roboczej. Jakość wydruków zależy w znacznym stopniu od precyzji ruchu elementów drukarki. Zarówno głowica jak i blat poruszają się po prowadnicach dzięki napędzającym je silnikom krokowym oraz paskom zębatym.
• Panel sterowania – w przypadku 3D Skrinter jest to ekran dotykowy umożliwiający sterowanie drukarką. Wyświetla wszystkie najważniejsze informacje, odpowiada za połączenie z serwisem Skrimarket, uruchamianie wydruku, podgląd postępu, kalibrację i konserwację drukarki.
• Obudowa – element konstrukcyjny odpowiedzialny za ochronę elementów wewnętrznych oraz zapewnienie sztywnej podstawy, do której montowane są poszczególne moduły.

Czym jest filament?

Filament to nic innego jak materiał, z którego powstaje wydruk 3D. Tak jak w tradycyjnej drukarce ładujemy tusz, tak w drukarce 3D do dyszy i głowicy dostarczamy filament. Są różne tworzywa, z których możemy drukować: plastik, metal, drewno, a nawet szkło! Jednak w drukarkach 3D wykorzystywanych w szkole ze względu na łatwość użycia i bezpieczeństwo najczęściej zaleca się druk 3D z odmiany plastiku zwanej PLA. Co ciekawe PLA to polilaktyd, polikwas mlekowy, biodegradowalny termoplastyczny poliester, wytwarzany z surowców odnawialnych. Jest całkowicie bezpieczny dla zdrowia, może nawet być wykorzystywany do drukowania przedmiotów przeznaczonych do przechowywania żywności.

Co można wydrukować na drukarce 3D?

Na drukarce 3D możemy wydrukować nieskończoną listę przedmiotów. Wszystko zależy od tego jak dużym polem wydruku dysponujemy oraz z jakiego materiału chcemy drukować. Tak naprawdę w warunkach szkolnych z PLA wydrukujemy wszelkiego rodzaju modele biologiczne, chemiczne, geograficzne, pamiątki, gadżety, nagrody, czy figurki. Powszechnie drukuje się różnego rodzaju formy do odlewów, czy prototypy. Z ciekawostek na świecie w technologii druku 3D tworzy się domy, mosty, a nawet implanty stomatologiczne! 

Drukowanie przestrzenne – sama drukarka 3D nie wystarczy

W procesie druku 3D sama drukarka oczywiście nie wystarczy. Po pierwsze potrzebujemy modelu 3D, który chcemy wydrukować. Możemy go stworzyć sami projektując w programie służącym do modelowania 3D lub korzystając z bazy gotowych modeli 3D, jak np. Skrimarket. Zatem potrzebujemy komputera z dostępem do internetu i któregoś z tych narzędzi. Drukarka 3D powinna być podłączona do prądu, a jeśli chcemy łatwo przesłać wybrany model to także połączona przez wifi z naszym kontem na Skrimarkecie. Jeśli nie mamy takiej możliwości, to model zgrywamy na pendrive lub kartę SD, którą umieszczamy w odpowiednim gnieździe drukarki i wybierając również odpowiednią opcję na ekranie stanowiącym interfejs drukarki. Ostatecznie do wydruku potrzebujemy filamentu. Przyda się także szpatułka i szczypce ułatwiające zdjęcie modelu z blatu i oczyszczenie z materiału podtrzymującego niektóre elementy wydruku (tzw. supportu).