Plastik, żywica, metal, czekolada… i drukarka 3D

Pamiętacie nasz poprzedni wpis o druku 3D? Przybliżyliśmy w nim naszą drukarkę i metodę, dzięki której tworzy ona wydruki. Używa ona obecnie najtańszej na rynku technologii FMD.  Nie jest to kraniec możliwości druku przestrzennego. 3 grudnia przypada Dzień Druku 3D, ale my już dziś przyjrzymy się innym technologiom.

Czym drukujemy w Artetece?

Obecnie, najtańszą i najszybciej rozwijającą się metodą druku 3D jest FDM. To właśnie tej metody używa nasza drukarka, Accura Genius 3D, która stoi na 3 piętrze Arteteki.

FDM jest skrótem od angielskiego Fused Deposition Modeling (lub FFF – Fused Filament Fabrication), czyli warstwowe osadzanie stopionego materiału. Technologia ta wykorzystuje różnorodne materiały, różniące się wytrzymałością i temperaturą topnienia, od tak zwanych termoplastów. Typowa drukarka FDM korzysta z masy plastycznej  (filamentu) w postaci cienkiego drutu, który jest wytłaczany (tzw. „ekstrudowany”) z podgrzewanej dyszy.

Najpopularniejszymi gatunkami materiałów używanych w tej metodzie przyrostowej są między innymi:

  • ABS – akrylonitrylo-butadieno-styren (powstaje na bazie ropy naftowej), sztuczny polimer, stosowany w przemyśle, ale i np. do produkcji klocków Lego. Podczas procesu druku 3D uwalniane są intensywne opary, które mogą być szkodliwe dla ludzi i zwierząt;
  • PLA – poliaktyd (kwas mlekowy), tzw. „zielony plastik”, biodegradowalny, powstały na bazie związków organicznych, wyrabiany z surowców naturalnych takich jak skrobia kukurydziana czy trzcina cukrowa. To właśnie ten materiał wykorzystuje nasza drukarka;
  • Nylon – poliamid, syntetyczny polimer, bardzo wytrzymały materiał stosowany np. do produkcji lin. Niestety, przy jego użyciu również wydzielają się szkodliwe opary;
Obraz Christian Reil z Pixabay źródło

Inne materiały i technologie

Na rynku znajduje się cała gama rozwiązań. Niektóre z nich, z racji ceny urządzeń i materiałów eksploatacyjnych, są dostępne jedynie dla dużych przedsiębiorstw. Sporo czasu upłynie nim te metody druku i materiały staną się powszechnie dostępne, jednak warto wiedzieć już dziś, jakich technologii druku 3D będziemy być może używać jutro. Poniżej przedstawimy kilka z nich.

 SLA, czyli stereolitografia

Pionierska technologia z lat 80. bazująca na wytwarzaniu modeli 3D przy użyciu wiązki promieni ultrafioletowych, która naświetlając specjalną żywicę twardniejącą pod wpływem promieni UV, tworzy poszczególne warstwy drukowanego obiektu. Wydruki są dokładne i precyzyjne, jednak wymagają użycia sporej ilości podpór wzmacniających. Niestety ta technologia ma sporo wad, wynikających z właściwości materiału i jego bardzo wysokiej ceny. Przeznaczona jest głównie do wytwarzania modeli koncepcyjnych i prototypów. Sama żywica jest toksyczna, więc wydruk musi przejść cały szereg kąpieli, zanim możliwe stanie się dotknięcie go bez rękawic ochronnych.

SLS (Selective Laser Sintering), czyli selektywne spiekanie laserowe

Polega na spajaniu proszków tworzyw sztucznych przy użyciu wiązki lasera. Materiał proszkowy nakłada się przy użyciu zgarniacza lub rolki na obszar roboczy, gdzie jest później podgrzewany, a następnie spiekany za pomocą wiązki laserowej. Następnie platforma robocza obniża się o grubość warstwy i znów następuje nałożenie kolejnej porcji materiału. Technologia ta nie wymaga podpór przy procesie drukowania, w odróżnieniu od technologii FDM (gdzie drukowane elementy nie mogą wisieć w powietrzu podczas druku). W tej właśnie technologii wykorzystywany jest wyżej wspomniany nylon. Metoda ta ma zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, w tym w lotnictwie czy przemyśle motoryzacyjnym.

DMP. Direct Metal Printing, czyli bezpośredni druk metalem

To metoda podobna do SLS, gdzie polimer jest zastępowany sproszkowanym metalem. Poprzez spiekanie drobnego proszku za pomocą wiązki laserowej warstwa po warstwie uzyskuje się przedmioty z litego metalu. Jest to typ druku 3D przeznaczony dla przemysłu, m.in. dla działów Research & Develompent (badań i rozwoju) jako narzędzie do szybkiego prototypowania. Może być również wykorzystywany w produkcji małej liczby niewielkich i precyzyjnych elementów z metalu.

Obraz ZMorph3D z Pixabay źródło

Warto wspomnieć też o technologiach zbliżonych do druku 3D, choć nie do końca z nim tożsamych, jak:

Construction 3D Printing (c3Dp) or 3D Construction Printing (3DCP), czyli drukowanie 3D konstrukcji budowlanych, m.in. z betonu, cementu, pian budowlanych lub polimerów. Wykorzystuje różne techniki, jak ekstrudowanie (wytłaczanie), powder bonding (wiązanie proszkowe) czy additive welding (addytywne spawanie).

Biodrukowanie 3D (3D bioprinting), które wywodzi się z zautomatyzowanego nakładania materiału biologicznego lub hydrożelowego (bioplotowania – bioplotting).  Biodrukowanie 3D wykorzystuje techniki zbliżone do druku 3D – tzw. biotusze (bioinks) nakładane są warstwa po warstwie, aż do utworzenia struktur przypominających tkanki, które są następnie wykorzystywane w medycynie.

Drukowanie żywności 3D, gdzie jadalna masa nakładana jest techniką podobną jak w przypadku biodrukowania 3D. Materiałem może być specjalny filament zawierający pektyny owocowe, z którego można następnie drukować żelki. Może też nim być czekolada, która podczas procesu druku jest topiona i podgrzewana, aby osadzała się na powierzchni tak jak na papierze. Po nałożeniu warstwy stół roboczy jest opuszczany, a proces powtarzany, aż do momentu  utworzenia docelowego produktu. Drukowanie w czekoladzie, z racji na jej delikatność i wrażliwość na temperaturę, wymaga opracowania bardzo precyzyjnego cyklu ogrzewania i chłodzenia drukowanego materiału.

Warto wspomnieć tutaj o firmie Open Meals, która oferuje możliwość wydrukowania sushi – w formie kostek, przypominających ośmiobitową grafikę z gry komputerowej retro. Prototypy działały w oparciu o technologię FDM, z niezbędnymi modyfikacjami wprowadzonymi na potrzeby drukowania jadalnym materiałem. Jak na razie, drukarka używa materiałów głównie pochodzenia roślinnego. Prezes Open Meals Hironao Kato marzy o sytuacji, w której każdy szef kuchni będzie mógł cyfrowo zapisać przepis na dowolne danie, które następnie będzie można wydrukować z prostych komponentów w dowolnym miejscu na świecie.

Przyszłość druku 3D

Możliwości drukowania materiałami jadalnymi rosną z dnia na dzień – kto wie, być może już za kilkadziesiąt lat będziemy mogli zamawiać gotowe posiłki w „replikatorach”, jak w serialu Star Trek.

Warto zapamiętać, że technologia warstwowego osadzania materiału jest obecnie najtańsza, dlatego też rozwija się najszybciej. Dzięki darmowemu oprogramowaniu, stosunkowo niewielkim kosztom materiału PLA oraz malejącym cenom samych drukarek, przyszłość w której każdy ma w domu drukarkę 3D wydaje się być na wyciągnięcie ręki. A jak na razie, zapraszamy do Arte – warto zobaczyć to niezwykłe, futurystyczne urządzenie przy pracy.

 Marcelina Czekaj
 

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s