Drukarka 3D

Drukarka 3D
Polecane artykuły

Drukarka 3D (ang. 3D printer) - jest to urządzenie elektryczne, które służy do projektowania trójwymiarowych prototypów lub produktów końcowych, budując je za pomocą projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) lub schematów, figur i wzorów 3D stworzonych w odpowiednim oprogramowaniu. Tego typu drukarka korzysta z technologii wytwarzania przyrostowego.

Druk 3D

Termin „druk 3D” obejmuje szereg procesów, w których materiał jest łączony lub zestalany pod kontrolą komputera w celu utworzenia trójwymiarowego obiektu, zazwyczaj warstwa po warstwie. Gdy druk 3D był jeszcze na wczesnym etapie rozwoju, uznano że nadaje się tylko do produkcji funkcjonalnych lub estetycznych prototypów. W ostatnich latach precyzja i zakres materiałów wzrosły do takiego stopnia, że niektóre procesy drukowania 3D są uważane za opłacalne jako technologia produkcji przemysłowej. Kluczową zaletą drukowania 3D jest możliwość wytwarzania bardzo złożonych kształtów lub geometrii. Dzięki temu, możemy stworzyć dowolny kształt z pustym wnętrzem lub z wewnętrzną strukturą kratownicy w celu zmniejszenia ciężaru, a jedynym warunkiem jaki musimy spełnić jest cyfrowy model 3D lub plik CAD.

Według statystyk, najczęściej stosowanym procesem drukowania 3D jest technika FDM, która wynosi 46% w 2018 roku[1]. Technologia FDM została wynaleziona po dwóch pozostałych najpopularniejszych technologiach, jakimi jest SLA i SLS, jednakże najtańszy koszt sprawia wzrost popularności temu procesowi.

Etapy druku 3D

I. Chow-Miller oznajmia że istnieją trzy główne etapy drukowania 3D[2]:

  • Utworzenie pliku cyfrowego - Można to osiągnąć na kilka sposobów. Za pomocą oprogramowania CAD można utworzyć obraz 3D obiektu. Możesz także użyć skanera, który stworzy zdjęcie 3D obiektu. W ten sposób na przykład, drukowane są figurki bobblehead z twarzami różnych ludzi. Jeżeli nie masz pomysłu lub czasu, można znaleźć ogromną ilość projektów w internecie.
  • Oprogramowanie Slicer - po uzyskaniu obrazu cyfrowego 3D należy zaimportować obraz do oprogramowania Slicer. Głównym zadaniem Slicera jest ułożenie tego obrazu i pocięciu na warstwy. W zależności od programu, drukarki oraz osobistego wyboru, warstwy mogą mieć grubość od 0,02 do 2 milimetrów. Oprogramowanie do krojenia nie tylko dzieli obraz cyfrowy na warstwy. W zależności od poziomu zaawansowania oprogramowania, można również regulować temperaturę różnych części drukarki, skalować rozmiar wydruku, dostosowywać późniejszą grubość, zmieniać rodzaj wypełnienia i jego procent, kontrolować prędkość oraz szereg innych opcji.
  • Utworzenie kodu G (ang. G-code) - gdy oprogramowanie zakończy przetwarzanie obrazu cyfrowego, wyeksportuje kod G i wyśle go do drukarki.

Sterowniki do kontrolowania pracy drukarki 3D

Według M. Filipiaka istnieje wiele sterowników do kontrolowania pracy drukarki, natomiast najbardziej popularnymi są[3]:

  • Sanguinololu – bazuje na rozbudowanej wersji Arduino wyposażonej w mikrokontroler ATmega 644P lub ATmega 1284P, silniki krokowe sterowane są za pomocą sterowników A4988.
  • RAMPS 1.4kontroler z wyprowadzeniami na sterowniki silników krokowych (A4988) oraz urządzenia peryferyjne (np. panel LCD), który współpracuje z ARDUINO MEGA 2560.
  • Sunbeam 2.0 – kontroler z wbudowanymi sterownikami silników krokowych, którego sercem jest mikrokontroler LPC1769, posiada również wbudowany porty Ethernet, USB i czytnik Micro SD.

Zastosowanie drukarek 3D w przemyśle

Do obszarów w których stosuje się drukarki 3D w etapie projektowo-konstrukcyjnym należą m.in. przemysł samochodowy, lotniczy, badania kosmiczne, militarny, odlewniczy, budowniczy, spożywczy, odzieżowy, obuwniczy, meblarski, architektoniczny – gdzie dzięki modelowi 3D, otrzymanym w stosunkowo niedługim czasie, staje się on wówczas, narzędziem interaktywnym z klientem.

Ponadto, drukarki 3D znalazły szerokie zastosowanie w obszarze medycyny, a konkretnie bioinżynierii. Dzięki nim, możemy tworzyć protezy, implanty, biodrukowania z użyciem komórek (regeneracja ran), drukowania tkanek do oceny toksyczności i syntezy leków w farmacji. Biodrukarki, służą do druku narządów lub urządzeń inżynierii tkankowej takich jak: tkanka naczyń, kości, skóry, tkanka nerwowa, mięśni.

Największymi zaletami druku 3D są niskie koszty, stosunkowo krótki czas otrzymania modelu oraz szybkość testowania prototypu. Skrócony czas tworzenia prototypu pozwala na redukcję kosztów produkcji, dzięki możliwości wykrycia błędów w geometrii oraz wprowadzeniu niezbędnych poprawek[4].

Przypisy

  1. Statista Research Department 2020
  2. Chow-Miller I. 2017, s. 10
  3. Filipiak M. i in. 2015, s. 277
  4. K. Cichoń i in. 2017, s. 156

Bibliografia

Autor: Kacper Kowalewski