3D tlač v praxi
Aktuálny trend sú 3D tlačiarne. Tento pojem je takmer magický, v posledných mesiacoch sa často spája s rôznymi projektmi na internete. Aj ľudia, ktorí sa s 3D tlačou nestretli, vedia, že takéto zariadenia existujú a vlastnú tlačiareň si kúpite už za 400 eur (prípadne aj za menej).
Médiá informujú o tom, ako si pomocou 3D tlače vytlačíme dom, zbraň, jedlo alebo aj orgán. My sa na túto tému pozrieme inak - v tomto článku a videu vám predstavíme, ako funguje 3D tlač v reálnej praxi.
Takmer 20 rokov
3D tlač nie je novinka, ktorá sa na trhu objavila iba nedávno. Práve naopak. Technológia existuje už od roku 1984, a hoci sa počas rokov vyvíjala, myšlienka 3D tlače má už takmer 20 rokov. V posledných mesiacoch sa však objavujú rôzne tlačiarne, ktoré sú dostupné bežným spotrebiteľom, a tak sa téma popularizuje.
Cena najlacnejších tlačiarní sa pohybuje v stovkách eur. Lacná 3D tlačiareň vám vytlačí predmet jednoduchého tvaru, obyčajne s relatívne drsným povrchom. Na domáce „hranie sa" ide o lákavé zariadenie, no jeho kvalita je v porovnaní s priemyselnými 3D tlačiarňami na nízkej úrovni.
Tlačíme na tlačiarni za 70 000 eur
My sme v rámci prípravy článku tlačili 3D model na priemyselnej tlačiarni, ktorej predajná cena u nás je približne 55 až 60-tisíc eur bez DPH. Konkrétne ide o model Z Printer 650. Ten je určený používateľom, ktorí potrebujú tlačiť realistické a detailné modely a použiť ich profesionálne.
3D tlačiareň Z Printer 650 v celej svojej kráse
Proces 3D tlače je do značnej miery podobný bežnej tlači. Potrebujete zdrojový súbor - v tomto prípade má formát STL a obsahuje digitálny model, vytvorený v softvéri CAD. Model sa odošle do tlačiarne a tá začne tlačiť. Profesionálne 3D tlačiarne sú pomerne veľké, niektoré majú rozmery ako dve skrine vedľa seba. Existujú však aj kompaktnejšie modely.
V závislosti od použitej technológie sa mení „toner", ktorý tlačiareň používa. ZPrinter 650 by sme totiž mohli v jednoduchosti definovať ako atramentovú tlačiareň s tužidlom, ktorá využíva podobné kazety ako klasické atramentové tlačiarne. Zariadenie používa tlačové hlavy a vyrába ich (okrem iných) spoločnosť HP.
Atrament je rozdelený podľa farieb - čierna, biela, modrá, ružová a žltá. Každá kazeta v 3D tlačiarni má vlastný zásobník s organickou tekutinou, ktorá sa interne nazýva lepidlo. Na rozdiel od klasického lepidla táto tekutina nie je sama osebe lepkavá. Do procesu 3D tlače vstupuje aj prášok, ktorý je základným „stavebným" materiálom. Všetky tieto prvky sa na trojrozmernej tlači podieľajú.
Lepidlo sa z jednotlivých zásobníkov vstrekuje do tlačových hláv a v kombinácii s vrstvami prachu tvaruje výsledný model. Vzniknutý odpad sa zbiera v odpadkovom koši, aj napriek použitému práškovému materiálu nevzniká pri 3D tlači veľa neporiadku. Tlačiareň je uzatvorená, cirkulácia prachu je pomerne malá. Zariadenie využíva čistiacu tekutinu a zvyšky prachu sa dajú jednoducho vysať a využiť na ďalšie tlačenie.
Do týchto zásobníkov sa ukladá „lepidlo", vedľa je hadica na vysávanie prachu
3D tlač je zaujímavá aj z hľadiska doby tlače. Tá je ovplyvnená nielen rozmermi, ale aj orientáciou modelu. Ak si jeden model vytlačíte na výšku a následne naležato, doba tlače bude rozdielna, ale aj kvalita, resp. niektoré vlastnosti vytlačených modelov sa môžu rôzniť.
Je to dané tým, že trojrozmerná tlačiareň spracúva získaný model takým spôsobom, že si ho rozdelí na množstvo vrstiev s konštantnou hrúbkou. Tá sa líši v závislosti od tlačiarne, ZPrinter 650 tlačí s hrúbkou vrstvy nastaviteľnou od 0,089 do 0,102 mm a rýchlosťou približne 28 mm za hodinu. Bez ohľadu na ostatné rozmery teda platí, čím väčšia výška výtlačku, tým viac vrstiev a tým dlhší proces tlače.
Aj do 3D tlačiarne idú atramentové kazety
Samozrejme, čím má byť výsledný model kvalitnejší, tým musí byť hrúbka vrstvy menšia. Profesionálne 3D tlačiarne sú zaujímavé aj z toho hľadiska, že umožňujú inú penetráciu lepidla zvonku a zvnútra, vďaka čomu si možno prispôsobiť parametre (napr. odolnosť alebo dutosť) výsledného modelu. V rámci 3D tlače sa totiž vytvára sieťová štruktúra modelu, ktorá je definovaná jednotlivými vrstvami.
Vytlačenie modelu je začiatok
Na trhu sa nachádza množstvo rôznych 3D tlačiarní. Takmer žiadna nie je univerzálna, mnohé modely sú navrhnuté pre konkrétne potreby. Tomu zodpovedá aj rôznorodá presnosť, resp. hrúbka vrstvy, s akou zariadenie tlačí. Tlačiarne sa líšia aj tzv. objemom rezervoára.
Ten ovplyvňuje počet a maximálne rozmery objektov, ktoré sa dajú súbežne vytlačiť v rámci jednej tlače. ZPrinter 650 má rezervoár s kapacitou 20 000 cm3, používateľ ho vidí v softvéri, ktorý komunikuje s tlačiarňou. Vďaka tomu si môže objekty umiestniť do virtuálneho rezervoára a v takom umiestnení sa vytlačia aj v tlačiarni.
Takto vyzerá model pred vytlačením, po vytlačení sa obyčajne ešte upravuje a dorába
Vytlačenie modelu je však iba začiatok celého procesu. Profesionálni používatelia si k tlačiarni dokúpia aj voskovaciu vaňu alebo pec. Tu sa modely finalizujú - sušia sa, zvýrazňujú sa farby alebo pevnosť objektu. Podľa potreby sa využíva vosk, živica, farby alebo rôzne epoxidy. Finálny objekt sa nakoniec ešte lakuje, strieka, obrusuje, ide o takmer modelársku prácu. Skúsenému používateľovi to môže trvať v závislosti od veľkosti a zložitosti modelu približne polhodinu.
Problém je dizajn produktov
Ak sa pozrieme na 3D tlač z používateľského hľadiska, jeden z problémov je tvorba modelov v softvéri CAD. To je jeden z dôvodov, ktoré bránia masovému rozmachu 3D tlače. Tlačiarne totiž požadujú veľmi presné vstupy a nie každý používateľ dokáže takéto modely vytvoriť.
Trojrozmerné modelovanie je náročný proces, ktorý vyžaduje určité znalosti a šikovnosť zo strany používateľa. Hoci už dnes existujú rôzne internetové databázy, ktoré ponúkajú modely s objektmi na zakúpenie, cena súborov sa pohybuje od 30 do 100 dolárov, v niektorých prípadoch aj viac.
Aby sa 3D tlač viac rozšírila v spotrebiteľskom segmente, treba zjednodušiť proces tvorby modelov, napr. aj pomocou mobilnej aplikácie
Výrobcovia sa preto snažia používateľov naučiť kresliť trojrozmerné modely. Jedna z možností, ako spopularizovať a zjednodušiť ich tvorbu, je aplikácia Cubify Draw pre operačný systém iOS. Používatelia si v rámci tejto aplikácie nakreslia jednoduchý dvojrozmerný tvar, nástroj ho automaticky prevedie do 3D a používateľ môže regulovať hrúbku.
Z aplikácie zároveň možno odoslať model priamo do tlačiarne Cube. Ide o novinku, ktorá sa na trh dostala začiatkom tohto roka, jej cena je 1400 dolárov a je určená na nenáročné používanie v domácnostiach.
Využitie v praxi
3D tlačiarne sa dnes využívajú aj v bežných domácnostiach. Používatelia si zvyčajne tlačia náhradné diely, ak sa im niečo zlomí, prípadne si vytvoria vlastný obal na telefón. Tento prístup môže byť zaujímavý z kreatívneho hľadiska.
No pokiaľ ide o náklady na tlač, napr. tvorba vlastných obalov na telefón sa neoplatí, veď obal sa dá kúpiť za pár eur na internete. 3D tlač však kreatívnym jedincom môže poslúžiť pri práci na ich projektoch alebo pri vymýšľaní predmetov.
Takto vyzerajú niektoré z vytlačených predmetov
Podobné využitie majú aj priemyselné 3D tlačiarne. Tie sa obvykle využívajú pri návrhu nových predmetov. Spoločnosť si nechá vyrobiť niekoľko prototypov zariadenia alebo predmetu a z vytlačených 3D modelov vyberie ten, ktorý sa nakoniec vyrobí. Takýmto spôsobom bola napr. vyrobená puška - herný ovládač hry Cabela´s Dangerous Hunts od spoločnosti Cauldron.
Hoci 3D tlač nie je lacná záležitosť, z hľadiska testovania prototypov ide o populárnu a cenovo efektívnu metódu. Trojrozmerné tlačiarne našli využitie aj pri tvorbe animovaného filmu ParaNorman. Autori počas jeho produkcie vytlačili dovedna 40 000 tvárí s rôznymi grimasami. Na ich tvorbu použili 3,6 tony prachu a takmer 300 litrov superlepidla.
Možností využitia je, samozrejme, viac. Už dnes existujú pudingy, ktoré sú tlačené v 3D tlačiarni. NASA pomocou 3D tlače znížila náklady na výrobu raketového vstrekovacieho ventilu až o 70 %, astronautom chce tlačiť vo vesmíre aj pizzu. Vedci skúmajú možnosti tlačenia mikrobaktérií a orgánov, v medicíne sa využíva na výrobu protéz. Existujú aj fungujúce strelné zbrane, ktoré boli vytlačené, a pomocou 3D tlače sa už podarilo vyrobiť aj kovové predmety.
Aká je budúcnosť?
Očakáva sa, že 3D tlač sa v budúcnosti rozšíri. Priemyselné využitie 3D tlače sa bude rozrastať, výrobcovia tlačiarní sa budú snažiť presadiť aj v spotrebiteľskom segmente. Microsoft pritom očakáva, že 3D tlač sa bude čoskoro masovo využívať. Windows 8.1 prinesie plnú podporu 3D tlačiarní, či už ide o plug-n-play podporu pre zariadenia, alebo formát súborov.
S hardvérom budú vedieť priamo komunikovať aj aplikácie, čo otvára nové možnosti využitia vývojárom aj používateľom. Medzi podporovanými tlačiarňami by nemali chýbať ani „domáce" zariadenia, ako je napr. Cube. Sekciu dedikovanú tomuto segmentu spustil aj predajca Amazon.
Pomocou 3D tlače sa dnes dá vytlačiť aj protéza
Verdikt PC REVUE
3D tlač je zaujímavá technológia, ktorá sa už dlhodobo využíva. Jej priemyselné využitie v praxi sme v minulosti mnohokrát nevnímali, technológia sa využívala „v pozadí", pri navrhovaní zariadení, predmetov alebo dizajnu. Cena 3D tlačiarní sa pohybuje rádovo v tisíckach eur, v poslednom čase sa však objavujú aj zariadenia určené bežným spotrebiteľom.
Kvalita vytlačených modelov je menšia, resp. modely vyžadujú viac dodatočných úprav po vytlačení. V rámci 3D tlače existuje viacero rozličných metód, ktoré sa odlišujú spôsobom tvorby predmetov, resp. dielov a tlačením vrstiev. Spomeňme aspoň názvy niektorých z nich: SLS (selective laser sintering), FDM (fused depostion modeling), SLA (stereolithography), MJM (multi jet modeling), FTI (film transfer imaging) alebo CJP (color jet printing). 3D tlač na tlačiarni ZPrinter v praxi si môžete pozrieť aj na redakčnom videu.
Sú takéto tlačiarne budúcnosťou 3D tlače v domácnostiach?
Za možnosť realizácie videa, ako aj načerpania praktických informácií ďakujeme spoločnosti BIBUS, ktorá je dovozcom viacerých typov 3D tlačiarní na Slovensko.
Boom lacných 3D tlačiarní
3D tlačiarne, ktoré stoja niekoľko stovák eur, sa tešia popularite najmä medzi technologickými nadšencami. Niekoľko 3D tlačiarní vzniklo vďaka portálu Kickstarter - tlačiareň s názvom Buccaneer ste mohli po obmedzený čas získať za cenu 297 dolárov.
Lacné 3D tlačiarne sú rozmerovo malé, na rozdiel od priemyselných zariadení ich môžete mať položené aj na stolíku. Podobne ako výrobcovia tlačiarne Cube aj Buccaneer chce proces tvorby modelov zjednodušiť, k dispozícii je aj portál s výrobkami ostatných používateľov. Cez internet sa dá objednať aj 3D tlačiareň MakiBox A6 LT, ktorej cena je 200 dolárov.
Buccaneer, jedna z najlacnejších tlačiarní, sa hodí aj na pracovný stolík
