3D tiskanje – definicija, kako deluje in praktične uporabe

Odkrijte, kako 3D tiskanje deluje, njegove praktične uporabe in prednosti — od prototipiranja do domače izdelave natančnih modelov in popravkov.

3D tiskanje je postopek ustvarjanja tridimenzionalnih (3D) trdnih predmetov z izdelovanjem objekta plast za plastjo po digitalnem 3D modelu. 3D-tiskalniki pogosto uporabljajo plastiko (v obliki filamenta ali tekoče smole), ker je enostavnejša za obdelavo in običajno cenejša. Nekateri tiskalniki lahko tiskajo tudi z drugimi materiali, kot so kovine in keramika, vendar so ti sistemi za domačo rabo in manjše delavnice pogosto dražji in zahtevajo posebno opremo ter varnostne ukrepe.

Kako deluje 3D tiskanje

Osnovni koraki pri 3D-tiskanju so:

• Oblikovanje ali pridobitev 3D modela (v programih za 3D modeliranje ali z 3D skeniranjem).
• Priprava modela v programu za rezanje (slicer), kjer se model razdeli na tanke plasti in nastavi parametre tiskanja (višina plasti, hitrost, podpora, polnitev ipd.).
• Tiskanje, kjer tiskalnik gradi predmet plast za plastjo; pri nekaterih tehnikah material strdi z vročino, pri drugih pa z UV-svetlobo ali laserskim sintranjem.
• Poobdelava, ki lahko vključuje odstranjevanje podpor, brušenje, barvanje ali dodatno toplotno obdelavo (npr. izpadanje za kovinske dele).

Glavne tehnologije 3D tiskanja

• FDM/FFF (Fusion Deposition Modeling / Fused Filament Fabrication): najpogostejša za domačo uporabo; topen ali tekoč filament (PLA, ABS, PETG) se skozi segreto šobo nanaša plast za plastjo.
• SLA (Stereolitografija): uporablja tekočo fotopolimerno smolo, ki se strdi z UV-svetlobo; omogoča zelo visoko ločljivost in gladke površine.
• SLS (Selective Laser Sintering): lasersko spajanje prahu (plastika ali kovina) brez podpor; primeren za kompleksne geometrije in funkcionalne dele.
• DMLS / SLM (Direct Metal Laser Sintering / Selective Laser Melting): lasersko fuzioniranje kovinskega prahu za izdelavo robustnih kovinskih komponent.

Materiali

Poleg običajnih plastičnih filamentov (PLA, ABS, PETG) in smol, se uporabljajo tudi:

• Kompozitni materiali (filamenti z dodatkom karbonskih vlaken, lesa ali kovinskih delcev).
• Elastomeri in fleksibilni materiali za gumijaste dele.
• Keramične paste ali prah za keramične predmete (po tiskanju zahtevajo žganje).
• Različne kovine v prahu (aluminij, titan, nerjaveče jeklo) v industrijskih rešitevah.

Praktične uporabe

3D-tiskanje uporablja širok spekter panog zaradi hitrosti prototipiranja in možnosti izdelave kompleksnih oblik:

• Prototipiranje — inženirji in oblikovalci lahko hitro preizkušajo različne oblike in funkcionalnosti (inženir lahko npr. naredi več iteracij v enem dnevu).
• Proizvodnja manjših serij — ekonomično pri izdelavi specializiranih ali personaliziranih kosov.
• Medicina — protetični deli, modeliranje anatomije za načrtovanje operacij, in v naprednih primerih tudi biotiskanje tkiv.
• Zobozdravstvo — izdelava ortodontskih opornic, modelov zobovja in implantatov.
• Izobraževanje — učenje oblikovanja, inženirstva in prototipiranja v šolah in univerzah.
• Umetnost in oblikovanje — skulpture, nakit, modi elementi z zapletenimi geometrijami.
• Popravila in nadomestni deli — izdelava zamenljivih delov za naprave in gospodinjske aparate.
• Gradbeništvo — tiskanje gradbenih elementov in celo hiš pri večjih industrijskih projektih.

Prednosti in omejitve

Prednosti: hitro prototipiranje, možnost izdelave kompleksnih oblik, prilagajanje izdelkov, manj odpada materiala pri nekaterih tehnologijah.

Omejitve: omejitve glede materialov in mehanskih lastnosti pri nekaterih tehnikah, zahtevnost končne obdelave, varnostni in okoljski izzivi pri določenih materialih (hlapi, prah) ter omejitve velikosti tiskanega predmeta glede na tiskalnik.

Nasveti za domače 3D-tiskanje

• Uporabljajte kakovosten filament ali smolo in ga pravilno shranjujte (suho, brez vlage).
• Pravilno izravnavajte tiskalno posteljo (bed leveling) za boljše prve plasti.
• Uporabite primerne nastavitve rezača (slicer): višina plasti, hitrost, temperatura in podpore bistveno vplivajo na uspeh tiska.
• Načrtujte orientacijo in podpore tako, da zmanjšate potrebo po obsežnih podpornih strukturah in izboljšate površinsko kakovost.
• Vedno upoštevajte varnost: pri smolah uporabljajte rokavice in dobro prezračevanje; pri prahu in kovinah pa ustrezno zaščito ter opremo.

Stroški in trendi

Od zgodnjih komercialnih sistemov se je cena 3D-tiskalnikov znatno znižala, kar je omogočilo širšo dostopnost za hobiste in mala podjetja. Hkrati se izboljšuje kakovost tiska, narašča ponudba materialov in hitrost procesov. Industrijske rešitve za kovine in velike objekte pa ostajajo dražje in zahtevajo specializirano znanje.

Zaključek

3D tiskanje je vsestranska tehnologija, ki spreminja način oblikovanja, prototipiranja in izdelave izdelkov v številnih panogah. Z razvojem materialov in tiskalnih tehnologij se obseg možnosti še naprej širi — od domačih hobijev do napredne industrijske proizvodnje.

Kako delujejo

Modeliranje

Prvi korak pri 3D tiskanju je, da nekaj naredite v računalniku. Ljudje to naredijo s programsko opremo CAD (Computer Aided Design) ali 3D skenerjem. Pri oblikovanju modelov v CAD začnemo z osnovnimi oblikami in iz njih izhajamo. 3D-skenerji so naprave, ki opravijo veliko meritev predmeta in samodejno izdelajo model v računalniku. Lahko so zelo hitri, vendar so tudi dražji.

Modeli CAD so običajno shranjeni v računalnikih kot datoteke STL. Shranjeni so kot veliko trikotnikov, kar prihrani prostor v računalniku.

Tiskanje

3D tiskalniki delujejo na veliko različnih načinov. Prav tako je mogoče uporabiti veliko različnih materialov. Vsak način in material ima svoje prednosti in slabosti.

Glavne stvari, na katere morate pomisliti pri izbiri stroja, so običajno hitrost, stroški in barva. Tiskalniki, ki delajo neposredno s kovinami, so običajno dragi. S cenejšimi tiskalniki pa je mogoče izdelati kalup, ki se nato uporabi za izdelavo kovinskih delov.

Običajne plasti so debele približno 100 μm ali približno desetino debeline človeškega lasu. Odtisi lahko trajajo od manj kot ene ure do več dni, odvisno od tega, kako zapleteni in veliki so.

Zaključna faza

Ko stroj konča tiskanje, včasih ljudje dokončajo model. To pomeni, da ga malenkostno popravijo, da je videti bolje. Dokončanje vključuje odstranjevanje materiala, ki ga je tiskalnik namestil za podporo modela. To lahko včasih vzame veliko časa. Obstajajo načini za hitrejšo izvedbo, vendar je pogosto najlažje plastiko odstraniti ročno.

 

Končni 3D tisk topa


Računalniški model predmeta pred tiskanjem


Predvajanje medijev Tiskalnik 3D, ki natisne propeler. Videoposnetek je štirikrat hitrejši od resničnega.

Uporablja

DIY

Veliko ljudi si prizadeva razviti poceni 3D tiskalnike, ki bi jih lahko uporabljali doma. Tudi knjižnice so začele kupovati manjše 3D tiskalnike, da bi se ljudje lahko seznanili z njimi, ne da bi jih morali kupiti. Veliko dela so opravile skupnosti "naredi sam" ter šole in skupnosti hekerjev. Do leta 2017 je vse več ljudi začelo uporabljati 3D-tiskanje v svojem domu za manjše predmete, kot so zobniki in majhni okraski.

Medicinska stran

3D-tiskanje se uporablja za poceni izdelavo medicinskih pripomočkov. Ljudje menijo, da bosta dve največji uporabi slušni aparati in umetni zobje.

Marca 2014 so kirurgi v Swansei s 3D tiskanimi deli obnovili obraz motorista, ki je bil hudo poškodovan v prometni nesreči.^[]

Proizvodnja

Leta 2014 je švedsko podjetje izdelalo superavtomobil, v katerem so bile uporabljene številne komponente, natisnjene s 3D tiskalnikom. Urbee je bil prvi avtomobil na svetu, katerega karoserija in okna so bila natisnjena s 3D tiskalnikom.

Leta 2015 je bojno letalo Eurofighter Typhoon Kraljevih letalskih sil poletelo s 3D natisnjenimi deli. S tiskalniki 3D so začele delati tudi letalske sile Združenih držav Amerike, izraelske letalske sile pa so prav tako kupile tiskalnik 3D za tiskanje rezervnih delov.

Hrana

Hrano je mogoče natisniti v 3D-tehniki. Natisnete lahko veliko različnih živil, kot so čokolada in sladkarije, pa tudi ravna živila, kot so krekerji, testenine in pica. NASA tiskanje hrane izvaja zato, da bi ustvarila manj odpadkov in pripravila hrano z vsemi potrebnimi hranilnimi snovmi za astronavte. Leta 2018 je Giuseppe Scionti natisnil hrano, ki je bila podobna mesu.

Pištole

Družba Defense Distributed je leta 2012 na splet naložila datoteke za 3D tiskano pištolo, "ki bi jo lahko prenesel in reproduciral vsakdo, ki ima 3D tiskalnik". Ko je Defense Distributed objavil svoje načrte, so bili ljudje zaskrbljeni, da bi lahko povzročili težave pri nadzoru orožja^[] . Leto pozneje, maja 2013, je zunanje ministrstvo ZDA pozvalo Defense Distributed, naj umakne načrte, kar so tudi storili.

Izobraževanje

3D tiskanje je povečalo inovativnost in reševanje problemov v učilnicah. Študenti oblikovanja ga lahko uporabljajo za tiskanje prototipov pri predmetih, kot je inženirsko 3D-tiskanje; predstavitve tega so že bile izvedene v nekaterih institucijah po svetu.

Zgodovinski

V zadnjih letih se 3D-tiskanje uporablja za zagotavljanje varnosti pomembnih stvari iz zgodovine. Številni muzeji so kupili 3D-tiskalnike in izdelujejo kose za popravilo svojih relikvij. Metropolitanski muzej in Britanski muzej sta začela uporabljati svoje 3D-tiskalnike za izdelavo replik, ki se prodajajo v trgovini s spominki. Nacionalni muzej vojaške zgodovine in Zgodovinski muzej Varna na spletu prodajata digitalne različice svojih predmetov, ki jih lahko vsakdo natisne v 3D-tehniki doma.

3D natisnjen egipčanski faraon za prodajo na spletni strani Threeding


3D natisnjena kocka sladkorja


3D natisnjen motor


3D natisnjen hrbtenični disk

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je 3D tiskanje?

V: Kateri materiali se običajno uporabljajo za 3D tiskanje?

V: Zakaj so 3D tiskalniki uporabni?

V: Kdo uporablja 3D-tiskalnike?

V: Kako dolgo že obstaja ta tehnologija?

V: Koliko stane večina tiskalnikov 3d?

Išči po črki