Co to jest i jak działa drukarka 3D?

Dzięki drukarkom 3D produkcja różnego rodzaju komponentów stała się szybsza, tańsza, a co za tym idzie – bardziej dostępna. W tym artykule przyjrzymy się procesowi druku 3D od momentu przygotowania modelu, aż do wzięcia do ręki gotowego, wydrukowanego elementu.
 

Jak zbudowana jest drukarka 3D?

Drukarka 3D umożliwia wytwarzanie rzeczywistych, trójwymiarowych obiektów na podstawie cyfrowego modelu. Jej budowa i szczegółowa zasada działania jest uzależniona od zaimplementowanej technologii. Aktualnie najpopularniejszymi rodzajami druku są technologie SLA, FDM, Polyjet, SLS i DMLS, które bardziej szczegółowo omawialiśmy w artykule “5 Popularnych technologii druku 3D: FDM, SLA, SLS, PolyJet, DMLS”.

Mimo to, w drukarkach 3D można wyróżnić kilka stałych elementów występujących we wszystkich rodzajach urządzeń.

• Rama – obudowa drukarki 3D w zależności od modelu, wykonana jest z metalu lub z tworzywa sztucznego. Podtrzymuje części składowe urządzenia i zapewnia sztywną konstrukcję. Warto zwrócić uwagę, by konstrukcja drukarki 3D była stabilna i wytrzymała, co zapewnia dobrą amortyzację drgań podczas pracy maszyny i wpływa na większą niezawodność oraz jakość druku.
• Stół roboczy, platforma robocza – powierzchnia, na której drukowany jest model 3D. W przypadku technologii FDM stół roboczy jest często podgrzewany, dzięki czemu niweluje się skurcz materiału, a drukowane elementy pewniej trzymają się powierzchni. W większości technologii druku 3D stół roboczy porusza się w osi Z.
• Ekstruder / Dysza / Głowica sterująca wiązką lasera – ekstruder w technologii FDM – jego zadanie polega na pobieraniu filamentu ze specjalnej szpuli, a następnie na ekstruzji, czyli podgrzaniu, przetopieniu i przetoczeniu tworzywa termoplastycznego. W technologiach żywicznych i proszkowych występują głowice sterujące wiązką lasera, który utwardza lub selektywnie spieka materiał znajdujący się w komorze roboczej. W technologii PolyJet materiał jest natryskiwany na stół roboczy przez zestaw dysz.
• Płyta główna – układ elektroniczny, monitoruje proces wydruku, steruje pracą silników krokowych lub serwonapędów i odpowiada za ustawienie wszystkich parametrów niezbędnych do przeprowadzenia prawidłowego wydruku.
• Panel sterujący – umożliwia podgląd postępów wydruku, ręczną modyfikację ustawień, a także uruchomienie druku np. bezpośrednio z karty pamięci bez udziału komputera.
• Prowadnice i łożyska – (np. silniki krokowe lub serwonapędy) umożliwiają ruch ekstrudera w osi XY lub platformy roboczej w osi Z. W technologiach wykorzystujących laser dodatkowym komponentem jest system optyczny (układ soczewek i zwierciadeł), który steruje wiązką lasera.

Model 3D – od niego wszystko się zaczyna

Pierwszym krokiem jest przygotowanie modelu 3D, który ma zostać wydrukowany. Do wykonania takiego projektu może posłużyć dowolny program do modelowania 3D, który umożliwia zapis w formacie STL – np. IronCad, NX CAD, Autodesk Inventor, Autodesk 123D lub Tinkercad.

Do odwzorowania rzeczywistego obiektu w formie modelu 3D może posłużyć skaner 3D. W przypadku, gdy dysponujemy fizycznym obiektem użycie skanera 3D jest najszybszym sposobem na otrzymanie modelu w postaci cyfrowej. Profesjonalne skanery 3D umożliwiają wyeksportowanie pliku w formacie STL.
 

Optymalizacja pliku do druku 3D

Kolejnym etapem przygotowania do wydruku jest import modelu 3D do oprogramowania drukarki 3D (potocznie slicer), którego zadaniem jest przekonwertowanie modelu 3D na język maszynowy (G-Code). W oprogramowaniu służącym do optymalizacji modelu CAD do druku wykonujemy takie operacje jak: pocięcie obrazu na warstwy, dostosowanie ich wysokości, skalowanie rozmiaru wydruku, kopiowanie modelu, zdefiniowanie rodzaju i struktury wypełnienia, a także wiele innych ustawień wpływających na wygląd wydrukowanego modelu.

Efektem działania oprogramowania jest plik w formacie odpowiednim dla danego urządzenia. Zawiera on zrozumiały dla drukarki 3D zestaw instrukcji, które musi wykonać, aby wydrukować model 3D w takiej postaci, w jakiej zostało to wymodelowane.

Przygotowanie drukarki 3D do pracy

Przed uruchomieniem wydruku należy przygotować urządzenie do pracy. Przy pierwszym uruchomieniu oraz po przeniesieniu urządzenia w inne miejsce, wymagana jest kalibracja maszyny, co zazwyczaj odbywa się automatycznie po uruchomieniu procesu z poziomu drukarki. Przed samym startem drukowania należy załadować do odpowiednich podajników materiał budulcowy oraz materiał podporowy (jeśli wymaga tego technologia). Następnie musimy przygotować i założyć platformę roboczą oraz dodatkowe akcesoria, np. ekstruder lub kuwetę na żywicę. Gdy wszystkie komponenty są na swoim miejscu możemy uruchomić wydruk 3D.
 

Czas druku 3D

Gotowy plik w formacie czytelnym dla urządzenia jest przesyłany z komputera do drukarki 3D za pomocą łączności USB, pamięci zewnętrznej lub sieci Wi-Fi, Ethernet (wszystko zależy od modelu drukarki).

Czas drukowania jest uzależniony od wielu czynników, m.in. technologii i dokładności wydruku, modelu drukarki, skali i wypełnienia drukowanego modelu. Proces może trwać kilkadziesiąt minut, kilkanaście godzin, a nawet ponad dobę (w przypadku bardzo dużych wydruków). W trakcie drukowania urządzenie może pracować bez nadzoru operatora. W ten sposób możemy ustawiać wydruki np. gdy jesteśmy poza biurem lub na noc, by następnego dnia cieszyć się gotowym elementem.

Po zakończonym procesie druku w zależności od technologii, rodzaju wydruku i naszych wymagań, może być konieczne wykonanie dodatkowej obróbki wydruku. Postprocessing to np. usunięcie materiału podporowego, wygładzanie powierzchni, lakierowanie lub łącznie elementów.

Chcesz dowiedzieć się więcej o drukarkach 3D? Skorzystaj z naszych bezpłatnych webinarów przygotowywanych w ramach cyklu Akademia Druku 3D. Zachęcamy też do odwiedzenia naszego sklepu internetowego. Jeśli nie wiesz jakie urządzenie będzie najlepiej dostosowane do Twoich potrzeb, to skorzystaj z porady naszych ekspertów – niezbędne dane znajdziesz w zakładce kontakt.