Druk 3D został wynaleziony i w części opatentowany już w latach 80., w postaci stereolitografii (SLA). Od lat 90. jest stosowany przez wojsko, branżę projektową w prototypowaniu modeli przemysłowych lub wykonywaniu makiet, a czasem także przez artystów. Dopiero niedawno został odkryty przez większe społeczności i od razu okrzyknięty przez media „trzecią rewolucją przemysłową” między innymi dzięki wygaśnięciu niektórych patentów. Szybkie upowszechnienie i masowa produkcja tanich drukarek 3D spowoduje, że trafią niebawem „pod strzechy”, umożliwiając domową produkcję lub kopiowanie przedmiotów zaprojektowanych samodzielnie lub przesłanych internetem, czy też gotowych darmowych modeli open source do pobrania np. z biblioteki serwisu www.thingiverse.com.
Jak to działa?
Drukarki 3D przeznaczone do zastosowań indywidualnych tworzą przedmioty, układając ultracienkie warstwy roztopionego plastiku, odtwarzające precyzyjnie kształt trójwymiarowego modelu matematycznego. Warstwa w tańszych drukarkach domowych ma 0,1 mm. W droższych urządzeniach jest jeszcze cieńsza i może mieć nawet 0,014 mm, co pozwala na tworzenie niezwykle precyzyjnych krzywizn. Plastik stosowany w drukarkach 3D to taki sam materiał jak ten używany do produkcji klocków lego. Ma postać cienkiej taśmy, roztapianej w dyszy i „wypluwanej” jako kropelki o średnicy odpowiadającej mniej więcej grubości warstwy charakterystycznej dla danego urządzenia. Tańsze drukarki mają jedną dyszę i umożliwiają wytwarzanie jednokolorowych przedmiotów. Droższe urządzenia mają 2, a nawet 4 dysze, które mogą być zasilane taśmami o różnych barwach.
Najistotniejszym warunkiem uzyskania bezbłędnych i trwałych modeli jest precyzja, zwłaszcza że mikroskopijne błędy mogą nakładać się na siebie, tworząc w rezultacie zdeformowane bryły lub nietrwałe struktury.
Inną dostępną komercyjnie metodą, chociaż droższą i bardziej skomplikowaną w praktyce, jest Polyjet – utwardzanie za pomocą światła ciekłych fotopolimerów, na których powierzchni powstają warstwy modelu, tworząc bardzo precyzyjne szczegóły w miejscu styku promieni.
Model matematyczny
Pierwszym krokiem jest projekt. Jest do tego potrzebny edytor. W przypadku druku 3D musi to być program, który pozwala zaprojektować strukturę przestrzenną. Innym źródłem informacji dla drukarki 3D mogą być trójwymiarowe skanery, które analizują kształt obiektów i odwzorowują go w postaci opisu matematycznego. To w połączeniu z technologią druku 3D pozwala na klonowanie ich kształtu.
Drukarki komercyjne potrafią wytworzyć w założeniu prawie dowolny model w ramach swojej przestrzeni roboczej, pod warunkiem odpowiedniego przygotowania modelu w komputerze. Do obsługi większości urządzeń są dołączane proste aplikacje do obróbki 3D i przygotowania plików w formacie STL czytanym przez drukarki. Pliki takie można uzyskać na drodze konwersji obecnych formatów 3D, np. z programów CAD, Solid Edge, Autodesk 3DS Max, Maya, Blender, Solidworks itp. Gotowe modele 3D trzeba koniecznie zweryfikować przed wydrukowaniem i ewentualnie automatycznie poprawić, gdyż nie każdy projekt da się wydrukować, mimo że na ekranie komputera może wyglądać na bezbłędny.
W sieci są też inne darmowe i bardziej lub mniej rozbudowane, czy też wyspecjalizowane programy do weryfikacji modeli, ale także służące do ich tworzenia. Kilka można pobrać np. z www.shapeways.com lub www.cubify.com.
Wykorzystując taki program, możesz bez większego doświadczenia w projektowaniu 3D puścić wodze fantazji, tworząc np. zabawki dla swoich dzieci, czy też przeznaczone do sprzedaży.
Drukowanie
Głowicą drukarki steruje oprogramowanie CAM (Computer Aided Manufacturing), podobne do stosowanego w robotach przemysłowych. Głowica jest poruszana za pomocą serwomotorów, czyli silników, które przesyłają informacje o swoim działaniu z powrotem do mikroprocesora, który prowadzi głowicę. Płynny, rozgrzany plastik wyrzucany przez dyszę błyskawicznie twardnieje w temperaturze pokojowej. Dzięki temu po chwili można ułożyć na nim kolejną warstwę. Drukowanie 3D na obecnym poziomie rozwoju tej technologii jest procesem długotrwałym, przynajmniej w porównaniu do czasu potrzebnego na wydrukowanie np. zdjęcia na drukarce atramentowej. W przypadku domowych urządzeń, wyprodukowanie obiektu o rozmiarach obudowy smartfonu zajmuje ok. 2 godzin.
Po zakończeniu drukowania przedmiot można poddać dalszej obróbce. Można go dodatkowo obrobić skrawaniem, usuwając nadmiarowy materiał, albo pomalować.
Wydruk 3D bez drukarki
Aby skorzystać z technologii druku 3D, wcale nie musisz kupować drukarki. Już działają internetowe punkty usługowe, takie jak Kraftwurx (www.kraftwurx.com/pl), gdzie możesz zamówić wydruk zaprojektowanego samodzielnie przedmiotu. Jeśli technologia spopularyzuje się wśród konsumentów, maszyny do druku 3D pojawią się zapewne w zwykłych punktach ksero.
Pierwszym krokiem jest projekt. Jest do tego potrzebny edytor. W przypadku druku 3D musi to być program, który pozwala zaprojektować strukturę przestrzenną. Innym źródłem informacji dla drukarki 3D mogą być trójwymiarowe skanery, które analizują kształt obiektów i odwzorowują go w postaci opisu matematycznego. To w połączeniu z technologią druku 3D pozwala na klonowanie ich kształtu.
