3D tiskanje? Imeti napravo, ki nam bo s pritiskom na gumb omogočala, da si izdelamo predmet po lastnih željah, je bilo dolgo časa domena znanstvene fantastike. No, kot smo že vajeni, nas tehnologija že prehiteva po desni in že pred časom je prišla na dan tehnologija, ki omogoča tudi nam, navadnim smrtnikom, da si lahko iz digitalnega zapisa resnično pričarajo pravi izdelek v fizični obliki. Seveda z določenimi omejitvami, ampak vseeno relativno enostavno. Toda zakaj bi v resnici potrebovali? Da nam ne bo potrebno hoditi v trgovine in si izdelke natisnemo kar sami? No, do tega v taki obliki še ni prišlo, so pa zadeve precej napredovale in poglejmo, kaj v resnici lahko. Vse skupaj je v nadaljevanju opisano bolj laično, tako da bo upam, razumljivo vsem.
Zakaj?
Najprej se vprašajmo – zakaj bi to sploh potrebovali? Vsekakor je že sama tehnologija precej fascinantna, praktično vrednost pa pokaže pri aplikacijah, kjer potrebujemo unikaten izdelek, ki ga ni moč dobiti ali kupiti in smo ga v digitalnem okolju ustvarili sami. Kaj torej lahko ustvarimo? Verjetno ni prvi namen tiskanje igrač za svoje otroke, čeprav ljudje počnejo tudi to. V prvi fazi, ko je tehnologija napredovala do uporabnega nivoja, so to tehnologijo pograbili predvsem inženirji, oblikovalci in projektanti. Ker je izdelek natisnjen na 3D tiskalnik dokaj natančna stvar, je v veliko pomoč pri izdelavi prototipov ali modelov. Če kot primer navedemo proces izdelave nekega predmeta, bodisi za splošno uporabo ali pa strogo namenskega: popolnoma nekaj drugega je, če v fazi projektiranja obliko in ergonomijo izdelka opazujemo na računalniškem ekranu ali pa če taisti izdelek dobimo v roke kot resnični predmet. Na slednji način bomo veliko lažje ugotovili, ali je njegova oblika res ergonomska, nam dobro sede v roki, se vklaplja v druge predmete, itd… Šele, ko smo z obliko res zadovoljni, gremo lahko v naslednji korak, izdelava orodja za množično proizvodnjo. Včasih so prototipe izdelovali iz lesa, kar pa je nenatančno in zamudno ročno delo. Tehnologija 3D tiskanja nam torej omogoča velik prihranek časa in seveda tudi denarja. Morebitne oblikovalske napake lahko odpravimo že na modelu.
Prav tako nam 3D tiskanje omogoča izdelavo zelo zapletenih, maloserijskih izdelkov in nadomestnih delov, seveda kjer tehnične specifikacije to omogočajo. Slednje je povezano seveda z izbiro materialov pri samem procesu tiskanja.
Kako?
Kako 3D tiskalnik sploh deluje? Čeprav imamo na voljo nekaj različnih načinov, je vsem skupno to, da izdelek nastane z nanašanjem materiala v plasteh. Če malo karikiram: predstavljajte si hruško, ki jo razrežemo na zelo tanke rezine. Vsaka od teh rezin ima drugačno obliko, pač odvisno od mesta, kjer je rez. Ko smo torej to hruško razrezali na zelo tanke rezine, smo v resnici iz 3D objekta dobili skupek (skoraj) 2D objektov, ki naloženi drug na drugega ustvarijo objekt v 3 dimenzijah, približno enako deluje tudi MR v medicini, kjer vas močan magnet »razreže« na plasti, računalnik pa to set sestavi v digitalno 3D podobo.
Tiskalniki so v zadnjem času postali res dostopni praktično vsakomur, ki bi želel delati na tem področju. Na voljo sta trenutno dve, malce različni tehnologiji, ki jih bom opisal v nadaljevanju.
Tiskanje s filamenti (termoplastičnimi)
Osnovni princip tega tiskalnika je brizganje topljene plastike skozi majhno luknjico (šobo). Da bo sistem deloval, mora biti ta šoba postavljena v neko ogrevano tiskalno glavo, ki se pomika v vseh treh dimenzijah. V tej ogrevani glavi, se filament, ki ga ima tiskalnik navitega v obliki »vrvice« na kolutu topi in spreminja v tekoče stanje. Tiskalnik torej na delovno površino nabrizga tanko plast plastike (v nekaterih profesionalnih tiskalnikih lahko tudi druge materiale, kot so recimo kovina v prahu, itd., ampak to so aplikacije, ki jih večinoma vsaj pri amaterski rabi zaenkrat ne bomo srečali). Po nanešeni prvi plasti, se glava pomakne za nekaj desetink milimetra navzgor in začne nalagati naslednjo plast in tako naprej do končne oblike. Tovrstni tiskalniki so sicer relativno natančni, omogočajo zelo zapletene izdelke, kljub temu pa se v detajlih ne morejo primerjati s tehnologijo tiskanja iz smole.
Tiskanje iz smole
Tudi ti tiskalniki s pomočjo programske opreme, ki razbije digitalni objekt na rezine, tiskajo plast po plast. Vseeno gre tukaj v naslednji fazi za malce drugačen način, ker je tudi osnovni material drugačen. Pri tem tiskalniku v posebno posodo nalijemo posebno epoksi smolo. Tudi tukaj lahko izbiramo med različnimi smolami – odvisno kakšne imamo potrebe. Direktno pod to posodo, ki ima transparentno dno, se nahaja LCD ekran (praktično se dotika tega prozornega dna). Ekran oddaja UV svetlobo in prikazuje trenutno plast, ki se tiska. Ker je smola občutljiva na to vrsto svetlobe – deloma zatrdi. Sistem preko polžastega vijaka pomika delovno ploščo navzgor in tako se plasti nalagajo ena na drugo. V tem primeru se navzgor pomika cel objekt, ki je s prvo plastjo dokaj močno prilepljen na delovno površino (da ne pade v posodo s smolo). Objekt »raste« od zgoraj navzdol – ravno obratno, kot pri tiskanju s filamenti, kjer se pomika tiskalna glava, objekt pa je pri miru. Tiskalniki na smolo (resin printer) so glede detajlov veliko bolj natančni in omogočajo resolucijo tudi do 0,03 mm. Kar je zadovoljivo za strojniške namene, dentalno medicino, itd… Imajo tudi precej manj gibljivih delov. Edina slabost te tehnologije je malce težje in bolj umazano delo, ker moramo vse posode in izdelke na koncu oprati z izopropilnim alkoholom, da odstranimo odvečno nestrjeno smolo. Prav tako moramo očistiti ostalo orodje in posodo, kjer je preostala smola (ki jo lahko zlijemo nazaj v embalažo in shranimo).
Pri obeh tehnologijah moramo računati tudi na podporne stebričke, ker pri določenih oblikah (sploh negativnih) podpirajo še ne popolnoma nestrjene plasti, da se ne deformirajo pod lastno težo. Večina tiskalniških programov to omogoča avtomatično in nam ni potrebno skrbeti, kje in koliko teh podpornikov je potrebno…
Obe tehnologiji sta dokaj revolucionarni in nam omogočata tiskanje izdelkov, ki smo jih izrisali v kakšnem od 3D modelirnih programov, oziroma smo datoteko že oblikovanega izdelka dobili ali kupili preko spleta. Vse skupaj pa ima verjetno svetlo prihodnost in ob aktualnih cenah tiskalnikov je to postalo dostopno prav vsakomur.
Tomaž Berčič
