[go: nahoru, domu]
Przejdź do zawartości

Drukowanie przestrzenne

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Drukarka przestrzenna)
Wytwarzanie trójwymiarowego obiektu na przykładowej drukarce 3D
Globus Wikipedii wydrukowany za pomocą druku 3D

Drukowanie przestrzenne, druk 3D (ang. 3D printing) – proces wytwarzania trójwymiarowych, fizycznych obiektów na podstawie komputerowego modelu. Początkowo była to jedynie jedna z metod szybkiego prototypowania używana zarówno do budowania form, jak i samych prototypów. Wraz z postępami dokładności wykonania obiektów przez drukarki 3D stała się także metodą wykonywania gotowych obiektów, w tym zabawek, ubrań, czekoladek[1], a nawet protez.

Historia

[edytuj | edytuj kod]

Pierwsza technika drukowania przestrzennego została opracowana w 1984 roku przez Chucka Hulla(inne języki) i opatentowana w 1986 roku jako stereolitografia (SLA). W tym samym roku Charles Hull założył firmę 3D Systems(inne języki), która zajęła się komercyjną produkcją pierwszych drukarek 3D[2]. W ramach 3D Systems opracowano stosowany do teraz format pliku STL, który jest używany do utworzenia pliku gcode[3]przekazującego instrukcje drukarkom przestrzennym.

Kolejna technika wydruku – osadzanie topionego materiału (FDM) – została opracowana w 1988 roku przez Scotta Crumpa(inne języki), który rok później założył firmę Stratasys(inne języki), chociaż swoją pierwszą maszynę „3D Modeler” zaczęli sprzedawać w 1992 roku. W tym samym roku powstała także pierwsza drukarka stosująca technikę Selective laser sintering. Jest to technika dokładniejsza i dająca większą swobodę niż FDM.

W 2006 roku Adrian Bowyer zbudował pierwszy prototyp drukarki 3D z projektowanym przeznaczeniem dla użytkowników domowych. W ramach zainicjowanego przez niego projektu RepRap tworzone są kolejne modele drukarek 3D, które można złożyć i częściowo wytworzyć w domu. Docelowo drukarki te miałyby się same powielać. W roku 2013 zestaw do samodzielnego montażu drukarki RepRapPro Huxley kosztował ok. 430 USD, a z elementami, które można wydrukować samodzielnie ok. 540 USD.

Na początku XXI wieku rozpoczęły się prace nad zastosowaniem technik podobnych do wydruku 3D w medycynie. Z powodzeniem można już wytwarzać ściśle dopasowane protezy (w tym te wszczepiane w organizm[4]), a nawet tkanki[5], ale wyzwaniem pozostaje drukowanie całych organów[6].

Zastosowania

[edytuj | edytuj kod]
Sztuczne serce wydrukowane za pomocą technologii druku przestrzennego
Pierwszy w Polsce pomnik wykonany z materiałów polimerowych i grafenu w technologii druku przestrzennego. Odsłonięty 26 czerwca 2018 na terenie Akademii Techiczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej. Przedstawia poetkę Kazimierę Alberti
Most Stoofbrug w Amsterdamie wybudowany z elementów drukowanych

Możliwości wykorzystania drukarek przestrzennych zależą głównie od metody wytwarzania produktu, dostępnych materiałów oraz częściowo kubatury urządzenia. W przypadku FDM na to jakie materiały można wykorzystać wpływa w dużej mierze temperatura do jakiej może się rozgrzać wytłaczarka i od jej budowy. W metodach, w których przedmiot jest cały czas zawieszony w innej substancji (jak w SLA, Selective laser sintering oraz Binder jetting), ograniczeniem jest też to, że nie można tworzyć zamkniętych przestrzeni z pustym wnętrzem. Natomiast na precyzję wykonania wpływa głównie dokładność pozycjonowania elementów sterujących oraz sam materiał, z jakiego wykonywany jest przedmiot.

Rodzaje przedmiotów

[edytuj | edytuj kod]

Za pomocą różnego rodzaju drukarek 3D można wytworzyć:

  • gotowe produkty z tworzywa sztucznego;
  • produkty wymagające obróbki (szczególnie w FDM może być konieczne przycięcie łączników i kolumienek oraz wygładzenie powierzchni);
  • inne przedmioty z topliwych materiałów w tym z czekolady czy metalu[7];
  • elementy innych przedmiotów;
  • prototypy i inne produkty koncepcyjne;
  • formy do wykonania właściwych elementów lub prototypów;
  • w ograniczonej formie także różnego rodzaju tkanki;
  • budynki.

Materiały

[edytuj | edytuj kod]

W domowych drukarkach przestrzennych używa się przede wszystkim tworzyw sztucznych takich jak: PLA, ABS,PET-G, PVA, nylon, Laywood (materiał drewnopodobny, kompozyt plastiku i drewna), Laybrick (kompozyt plastiku i gipsu). Drukarki przemysłowe i mniej typowe modele mogą używać innych materiałów np.: żywic, gumy czy też czekolady lub metalu, a nawet betonu, piasku, papieru czy nawet cukru[8]. Trwają także prace nad możliwością druku 3D z grafenu[9]. W pełni kolorowe modele można uzyskać dzięki technologii CJP (ColorJet Printing), w której materiał proszkowy, oprócz tego, że jest spajany lepiszczem, jest też barwiony tuszami CMYK[8].

Rodzaje druku 3D

[edytuj | edytuj kod]

Obecnie dostępnych jest wiele metod wytwarzania addytywnego, które możemy określić mianem druku 3D. Różnią się one znacząco od siebie, oferują inne możliwości i mają odrębne dziedziny stosowania. Ogólnie ujmując druk 3D można podzielić ze względu na: oferowaną dokładność, materiał, z którego budowane są detale, sposób nakładania materiału (naświetlanie, wyciskanie, stapianie), szybkość wykonywania elementów.

Najpopularniejsze rodzaje druku 3D[10][11]:

  • FDM (ang. Fused Deposition Modelling) – termoplastyczny materiał wyciskany przez dysze.
  • MJP (ang. Multi Jet Printing) – napylany cienkimi warstwami fotopolimer utwardzany światłem UV.
  • CJP (ang. Color Jet Printing) – gipsowy proszek barwiony tuszem (druk 3D w kolorach).
  • DLP (ang. Digital Light Processing) – utwardzanie materiałów światłoczułych (fotopolimerów) za pomocą światła projektora.
  • SLA (Stereolitografia) – żywice utwardzane są za pomocą lasera.
  • SLS (ang. Selective Laser Sintering) – cienkie warstwy proszku budulcowego stapiane laserem.
  • DMLS (ang. Direct Metal Laser Sintering) – proszki metali topione laserem dużej mocy. Druk 3D z metalu.
  • Binder Jetting – proszki metaliczne lub proszki piasku są łączone za pomocą ciekłego spoiwa.

Zagrożenia

[edytuj | edytuj kod]
Pistolet samopowtarzalny FGC-9 przystosowany do produkowania metodą druku 3D w warunkach domowych

W doniesieniach prasowych pojawiły się spekulacje, że drukowanie przestrzenne mogłoby służyć do produkcji broni poza kontrolą prawa[12]. Udaną próbę zbudowania broni z części powstałych poprzez drukowanie przestrzenne dokonała grupa Defense Distributed[13]. Jednak drukarki dostępne dla użytkowników domowych nie pozwalają na drukowanie metalowych elementów, a tańsze urządzenia do obróbki metalu są dostępne od dawna. Wytwarzanie broni palnej bez zezwolenia jest nielegalne w większości krajów – niezależnie od narzędzi, jakimi je wykonano. Ponadto urządzenia domowe wciąż są dalekie od wysokiej precyzji wykonania.

Część materiałów używanych w drukarkach FDM w czasie nagrzewania może wydzielać do powietrza szkodliwe i drażniące substancje[potrzebny przypis]. Materiałem takim jest na przykład ABS, który składa się z akrylonitrylu, butadienu oraz styrenu. Każda z tych substancji ma potwierdzone działania drażniące, są one szkodliwe dla układu nerwowego i dla układu oddechowego oraz podejrzane są o działanie rakotwórcze[14][15]. By zminimalizować ryzyko zachorowania zaleca się drukowanie materiałów zagrażających zdrowiu w odpowiednio przystosowanych do tego komorach lub w pomieszczeniach wietrzonych, w których regularnie nie przebywa człowiek, ani zwierzę.

Zobacz też

[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

[edytuj | edytuj kod]
  1. ↑ Chocolate research shapes the future of gift shopping [online], College of Engineering, Mathematics and Physical Sciences, University of Exeter, 4 lipca 2011 [dostęp 2016-10-18] [zarchiwizowane z adresu 2011-07-11].
  2. ↑ The history of 3D printer [online], 3ders.org [dostęp 2016-10-18] [zarchiwizowane z adresu 2016-06-22].
  3. ↑ GCODE.
  4. ↑ Łódź: wszczepili wydrukowany kawałek czaszki – Usługi medyczne [online], rynekzdrowia.pl, 8 września 2013 [dostęp 2016-10-18].
  5. ↑ History – Organovo, „Organovo” [dostęp 2016-10-18] [zarchiwizowane z adresu 2016-02-16] (ang.).
  6. ↑ Steven Leckart, How 3-D Printing Body Parts Will Revolutionize Medicine, „Popular Science”, 6 sierpnia 2013 [dostęp 2016-10-18] (ang.).
  7. ↑ John Hewitt, 3D printing with metal: The final frontier of additive manufacturing [online], ExtremeTech, 27 grudnia 2012 [dostęp 2016-10-18].
  8. ↑ a b Jak działa drukarka 3D? [online], 3D Systems Polska [dostęp 2016-09-30].
  9. ↑ Firma Graphene 3D Labs Inc. Źródło: www.lomiko.com.
  10. ↑ Popularne technologie druku 3D [online], I.J. Paliga Studio [dostęp 2016-10-18].
  11. ↑ Dziennik Wschodni, Drukarka 3D w Technologii SLS czy FDM - Którą wybrać? [online], Dziennik Wschodni [dostęp 2022-03-31] (pol.).
  12. ↑ Nowa rewolucja przemysłowa, „Rzeczpospolita”, 6 października 2012.
  13. ↑ Wideo dnia: Broń open source do wydrukowania w 3D, „Dziennik Internautów” [dostęp 2016-10-18].
  14. ↑ 1,3-Butadiene - Health Effects | Occupational Safety and Health Administration [online], www.osha.gov [dostęp 2021-10-07].
  15. ↑ WHO [online], Art. dotyczący wpływu Akrylonitrylu na zdrowie różnych organizmów.

Linki zewnętrzne

[edytuj | edytuj kod]
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Drukowanie_przestrzenne&oldid=74253798”