Na drukarkach przestrzennych można dziś drukować niemal wszystko: żywność, ubrania, części zamienne, protezy, domy, samochody czy nawet ludzkie organy. Dzięki nowatorskim pomysłom organizacji pozarządowych druk 3D pomaga uratować czyjeś życie bądź poprawić jego jakość. Jak to właściwie działa? Co jest potrzebne? Jak się do tego zabrać? Czy to bezpieczne? Ile kosztuje?
W różnych gałęziach przemysłu istnieją różnorodne technologie druku 3D, gdzie zastosowane – na ogół kosztowne – rozwiązania, urządzenia, materiały i procesy zależą od tego, co i w jakim celu ma być drukowane. W ostatnich latach rozpowszechnił się jednak druk przestrzenny niskobudżetowy – do zastosowań edukacyjnych i domowych, dla hobbystów czy wynalazców testujących swoje nowe pomysły. Od takich właśnie tańszych rozwiązań warto zacząć, by wkroczyć do świata druku 3D i zacząć z nim swoją przygodę.
Drukowanie przestrzenne – jak to się dzieje?
Magia? Bynajmniej. Jedną z najczęściej stosowanych technologii w niskokosztowym druku 3D jest FDM (ang. Fused Deposition Modeling – w wolnym tłumaczeniu „odkładanie stopionego materiału”). Proces drukowania polega tu na nakładaniu – warstwa po warstwie – stopionego tworzywa za pomocą głowicy poruszającej się w różnych kierunkach, w poziomie i w pionie. Jest podobnie jak w przypadku zwykłej biurkowej drukarki, tyle że zamiast atramentu czy tonera mamy tzw. „filament” (topliwe tworzywo), zamiast płaszczyzny – przestrzeń, a zamiast tekstu czy rysunku – bryłę.
Filament ma na ogół postać żyłki nawiniętej na szpulę. Jest on wprowadzany do głowicy drukującej za pomocą tzw. „ekstrudera”, podgrzewany do wysokiej temperatury (175-240 stopni C) i – po stopieniu się – wyciskany na podłoże, czyli „stolik” drukarki. Głowica porusza się zgodnie z instrukcjami w pliku obiektu 3D do wydrukowania, „pociętego” wcześniej na warstwy (plik G-code). W pliku G-code znajdują się takie informacje, jak współrzędne miejsc, w których ma być wyciskany materiał tworzący daną warstwę, grubość warstwy, temperatura topnienia czy sposób wyciskania.
Fot. Maurizio Pesce, @Flickr, na lic. Creative Commons CC-BY 2.0
Jak zbudowana jest drukarka?
Główne elementy drukarki przestrzennej (w technologii FDM) to: stelaż lub obudowa zewnętrzna, stolik (powierzchnia drukująca), ekstruder, głowica, prowadnice (które przemieszczają ekstruder i głowicę, ewentualnie także stolik), silniki napędzające mechanizm drukarki i panel sterujący (do komunikowania się z drukarką, przesyłania plików, ustawiania paramentów wydruku itp.). Pliki przesyłamy drukarce zdalnie lub na karcie, jeśli panel drukarki wyposażony jest w gniazdo SD.
Większość drukarek oferowanych w stosunkowo przystępnych cenach umożliwia jednoczesne drukowanie z materiału jednego typu i w jednym kolorze. Drukowanie w dwóch lub więcej kolorach (lub z wykorzystaniem różnych materiałów) w tym samym czasie wymaga co najmniej dwóch ekstruderów.
Przy wyborze drukarki, warto wziąć pod uwagę:
- wielkość „stolika” – w zależności od tego, jak duża jest powierzchnia drukująca, będziemy mogli wydrukować większe lub mniejsze przedmioty,
- możliwość zamontowania dodatkowego ekstrudera (jeśli zależy nam na wielokolorowych wydrukach),
- zewnętrzna obudowa – w przypadku, gdy drukarkę chcemy przewozić z miejsca na miejsce (np. na szkolenia wyjazdowe), warto pomyśleć o modelu z obudową zewnętrzną, gdyż transport urządzenia będzie wówczas łatwiejszy,
- typ filamentu – zależnie od tego, co chcemy drukować,
- sposób montażu – urządzenie złożone lub do montażu (samodzielne złożenie drukarki może mieć wartość edukacyjną i przynieść wiele satysfakcji, lecz może też okazać się kłopotliwe lub przekroczyć nasze możliwości),
- jakość wydruku,
- komfort pracy (np. poziom głośności),
- wsparcie techniczne producenta, dystrybutora itp.,
- koszt urządzenia (który uwzględnia także wymienione wyżej czynniki).
Czym drukujemy?
Dwa najczęściej używane tworzywa do drukowania w technologii FDM noszą nazwy ABS i PLA. ABS to tworzywo syntetyczne, polimer pozyskiwany z ropy naftowej, powszechnie stosowany w przemyśle, np. w produkcji klocków LEGO. Z kolei PLA to bioplastik wytwarzany m.in. z mączki kukurydzianej, stosowany m.in. do produkcji implantów dentystycznych. Początkujący drukarze powinni przyjrzeć się bliżej obu typom filamentów, bowiem ich właściwości mają wpływ zarówno na to, co można wydrukować i jaka będzie tego trwałość, jak i na pracę samych drukarek.
ABS to tworzywo bardziej wytrzymałe niż PLA, topi się w wyższej temperaturze (ok. 230 C) i wymaga drukarek z podgrzewanym stolikiem. Kurczy się po wychłodzeniu, co może spowodować zniekształcenia drukowanych obiektów. Podczas topnienia emituje szkodliwe opary, dlatego w przypadku stosowania go zaleca się dobrą wentylację pomieszczenia, a nawet korzystanie z pomieszczeń przeznaczonych tylko do tego celu.
PLA to opcja „eko”, materiał biodegradowalny, przyjazny dla środowiska, podczas topnienia bezpieczniejszy dla zdrowia niż ABS (choć dobra wentylacja i dedykowane pomieszczenie są tu również wskazane). Topi się w niższej temperaturze (ok. 175-200 C), nie wymaga drukarek z podgrzewanym stolikiem. Jest jednak mniej wytrzymały, zwłaszcza w przypadku dalszej obróbki wydrukowanych przedmiotów, np. szlifowania czy poddawania wysokiej temperaturze (po podgrzaniu powyżej 60 C wydruk może zostać uszkodzony).
Oba materiały (PLA bardziej) mogą ulec uszkodzeniu w przypadku zawilgocenia, należy je więc przechowywać w suchym miejscu.
Skąd wziąć projekt do wydruku?
Przygotowany model należy zapisać w formacie zrozumiałym dla drukarki 3D, zawierającym opis przestrzennego obiektu – standardowym formatem jest tu STL. Aby wydrukować przedmiot, potrzebny jest nam jeszcze wspomniany już plik G-code, zawierający informacje o warstwach. Plik ten wygenerujemy za pomocą programów, które “tną” obiekt na warstwy, nazywanych potocznie “slicerami”. Darmowe programy do “cięcia” to:
Zachowaj spokój i drukuj, czyli na co warto uważać
- Szacując koszty przedsięwzięcia uwzględnij cenę i zużycie filamentu. Ceny są różne (od kilkudziesięciu do kilkuset zł za kilogram), ale też różna jest jakość tworzywa – zawsze warto upewnić się, który filament jest odpowiedni dla danej drukarki, aby jej nie uszkodzić. Ponadto zużyjesz nieco więcej materiału niż wynikałoby to z wagi drukowanych przedmiotów: w przypadku niektórych kształtów konieczne będzie dodrukowanie podpory, którą po wydruku oderwiesz i wyrzucisz. No i na początku zabawy niektóre wydruki mogą po prostu się nie udać.
- Samo drukowanie to dość czasochłonny proces – w zależności od wielkości obiektu (i liczby warstw) może trwać od kilku minut nawet do kilkunastu godzin. Jeśli planujesz zajęcia praktyczne, przygotuj na nie niewielkie, proste obiekty do wydruku.
- W trakcie drukowania pamiętaj o bezpieczeństwie, zwłaszcza jeśli prowadzisz zajęcia z dziećmi lub młodzieżą. Niektóre części drukarki (zwłaszcza głowica) nagrzewają się do wysokich temperatur i ich dotknięcie grozi poparzeniem. Drukowane obiekty przywierają do stolika – aby je oderwać, najlepiej posłużyć się nożem, co z kolei wiąże się z ryzykiem skaleczenia. Warto też pamiętać o wietrzeniu pomieszczenia, w którym pracuje drukarka, i przebywaniu w bezpiecznej odległości od urządzenia w czasie pracy, zwłaszcza jeśli korzystamy z filamentu typu ABS.
Źródło: technologie.ngo.pl
