FDM (z anglického Fused Deposition Modeling, česky modelování tavným nanášením) je metoda 3D tisku, při které se pomocí trysky nanáší materiál do tvaru tisknutého objektu po jednotlivých vrstvách. V současné době se jedná o jednu z nejpoužívanějších technologií 3D tisku. Touto výrobní metodou lze vyrábět jak nejrůznější prototypy, náhradní díly, personalizované výrobky, dětské hračky, upomínkové předměty, různé drobnosti do domácnosti, které nejdou normálně koupit. V průmyslu se tyto technologie používají na výrobu různých přípravků, atypických nebo modifikovaných součástí s výrazně nižšími náklady než u běžné průmyslové výroby.
Stručná historie FDM tisku Technologie 3D tisku pomocí vytlačování materiálu tryskou je zde již několik desetiletí.https://www.fs.cvut.cz/ostatni/sekce-3dtisk/3dtisk/moznosti-3dtisk/historie-3d-tisk/ Hlavním průkopníkem ve světě byla firma Stratasys, která až do počátku tohoto tisíciletí držela patentová práva k tomuto druhu tisku. Jedním z průkopníků zavádění této technologie na komerční bázi byla firma MCAE systems, s.r.o.https://www.mcae.cz/ z Brna, která tiskárny této značky dodávala na český trh včetně spotřebního materiálu. V této době se tisklo prakticky jen z ABS a jako podpůrný materiál se používal HIPS, který se z tisku dá vymývat za pomoci chemikálie s názvem Lemonsol. V této době bylo nákladné vlastnit 3D tiskárnu a tisk byl také poměrně drahý.
Po vypršení patentových práv kolem roku 2003 se začaly rozvíjet amatérské pokusy o napodobení této metody tisku za cenově příhodnějších podmínek a vznikly projekty typu RepRap. Jedním z průkopníků byl Josef Průša, který se touto technologií zabýval již v době studií. Byl nadšeným průkopníkem mezi amatérskými tiskaři a jeho rozhodnutí založit firmu PrůšaResearchhttps://www.prusa3d.com/cs/ bylo významným činem v jeho úsilí přinést tuto technologii v podobě a cenové hladině přístupné běžné veřejnosti. S rozvojem 3D tisku cenově dostupného široké mase lidí se rozvinula kultura DYI nebo též Makerství – dokonce jsou pořádány veletrhy a to i v ČR – MakerFaire.https://makerfaire.cz/ Tento veletrh ukazuje možnosti, jak mohou lidé tvořit zajímavé věci za pomoci 3D tisku, stavby elektronických zapojení a vzájemného kombinování.
Konstrukce tiskáren Tiskárna je vlastně CNC stroj, který místo odebírání materiálu z daného polotovaru materiál vytlačuje tryskou a tryska se přitom pohybuje dle předem připraveného programu. Konstrukce tiskáren má 3 základní varianty: Kartézské – u tiskárny se podložka pohybuje v ose Y a vozík s extrudérem v osách X a Z – nejznámější výrobci a značky jsou Prusa Research, BambuLAB řada A, Creality, Anet, kutilské projekty Voron, RepRap a spoustu dalších – v hobby sféře je to nejčastější konstrukce CORE-XY (někdy označované jako CUBE design díky svému rámu) – jedná se o variantu předchozího uspořádání – tisková hlava se pohybuje v rovině XY a podložka se pohybuje v ose Z – typické např. pro značky BambuLAB řada P a X, MakerBOT,https://www.makerbot.com/ DaVinci, MarkForged,https://markforged.com/ Ultimaker, některé modely značky Creality, z novinek např. PrůšaXLhttps://www.prusa3d.com/cs/kategorie/original-prusa-xl-2/ – u této konstrukce lze díky krabicovitému rámu a vyšší tuhosti konstrukce dosáhnout větších rozměrů tiskového prostoru – např. ULTIMAKER představil před příchodem COVID-19 na MSV2018 v Brně tiskárnu s rozměry tiskového prostoru 1000×1000×1000 mm. Dnes se dají zakoupit tiskárny o velikosti tiskového prostoru cca 800×800×1000 mm.https://3dstisk.cz/produkt/elegoo-orangestorm-giga-obri-rychla-fdm-3d-tiskarna/ DELTA – tisková podložka je pevná pohybuje se pouze hlava a to na 3 svislých pojezdech – tento způsob je náročnější na výpočty pohybů – v této konstrukci se prodává např. řada Z od firmy MakerBot Zvláštní konstrukce – bývají založeny na průmyslových robotech nebo konstrukčně vychází z portálové frézky (varianta využívaná pro tisk domů ze speciálního betonu) Také se rozlišuje dle konstrukce extrudéru (tiskové hlavy) na: Direct extruder – podávací mechanismus je součástí vozíku s tiskovou hlavou – nutnost pro elastické materiály TPU/TPE, přesnější posuv tiskové struny, je nutná robustnější konstrukce pojezdů Bowden extruder – motor podávání je oddělen od tiskové hlavy a je s ní spojen PTFE trubičkou pro vedení filamentu – tisková hlava je lehčí a umožňuje tisknout vyšší rychlostí, typická konstrukce pro tiskárny typu DELTA
Touto metodou se dá tisknout z plastu, betonu, čokolády,https://www.3dfoxshop.cz/tisk-cokolady/?srsltid=AfmBOop8rQSvMhsKTIyhhTSpyseEGSa-ap8pKtHB4OyDyphmnqBICIz2 ale i z kovuhttps://markforged.com/3d-printers/metal-x – zde je materiál nanášen v podobě kompozitní struny (kovový prášek ve speciálním pojivu) a následně je pomocí slinovací pece vypáleno pomocné médium a kov je spojen do kompaktní hmoty.
V poslední době je na trhu dostupných čím dál více tiskáren s rozšířením MultiMaterial – ať je to se systémem výměny filamentů (např. Průša MMU, BambuLab AMS) nebo vícenásobných hlav (PrůšaXL – až 5 hlav) – obě metody umožňují tisknout vícebarevné modely. Další možností je že z jedné trysky jde stavební materiál a z druhé podpůrný materiál. Také je možná varianta tisku např. pevný materiál jako je ABS/PLA/PET-G a v kombinaci s TPU/TPE materiálem – v tomto případě je ale nutné, aby měly materiály blízkou teplotu tavení.
Tiskové materiály Typickými materiály z kategorie plastů jsou například:https://www.materialpro3d.cz/materialovy-slovnik/ PLA – (polylactid-acid – kyselina polymléčná) jeden z nejpoužívanějších materiálů, vyrábí se ze škrobu PET – (polyethyltereftalát) – materiál ze kterého se vyrábějí např. PET láhve na nápoje, vyniká chemickou odolností, existuje varianta PET-G která má vhodnější vlastnosti pro tisk ESD PET-G – vodivý materiál k tisku součástek pro odvod statického náboje, existuje i varianta ABS-ESD PEEK – (PolyEtherEtherKetone) materiál s vysokou teplotní odolností (250 °C), vyžaduje zvláštní podmínky pro tisk (tisková teplota 400 °C, teplota tiskového prostoru 120 °C), materiál se v běžné výrobě používá pro namáhané autosoučásti ABS – (akrylonitrilbutadienstyren) jeden z široce používaných plastů, vyrábí se z něj např. LEGO kostky – vyznačuje se poměrně dobrou mechanickou odolností ASA – (akrylonitril-styren-akrylát) – používá se místo ABS, má vhodnější vlastnosti pro tisk PA – (polyamid) jedná se o nylon/silon – materiál je mechanicky odolný, ale potřebuje vyladit tiskové nastavení, aby byly výtisky kvalitní PC – (polykarbonát) velmi odolný plast PP – (polypropylen) PEI – (polyetherimide) TPU (termoplastický polyuretan)/TPE (termoplastické elastomery) – vytištěné díly jsou pružné, existují v různých tvrdostech PVA (polyvinylalkohol) nebo HIPS (high impact polystyrene – houževnatý polystyrén) – rozpustné materiály používané pro tisk podpůrných konstrukcí
Pro tisk se také využívají kompozitní materiály, jako je například: WOODFIL – materiál PLA s přídavkem dřevěných pilin různých dřev – po vytištění objekt vypadá, jako by byl dřevěný METAL – PLA s přídavkem kovového prášku – povrch vypadá jako např. z mědi, bronzu nebo hliníku Plaster – filament na bázi PLA s přídavkem sádry ONYX – materiál firmy MARKFORGED – jedná se o kompozit z PA6 – nylonu a stříže z uhlíkových nanovláken, prodává se i varianta ESD, cena těchto materiálů je poměrně vysoká, ale výtisky z něj vypadají velmi dobře a jsou pevné a odolné. Zmíněný tisk z betonu je využíván pro tisk budov – je to poměrně rychlá metoda stavby se kterou se v poslední době experimentuje po celém světě – hrubou stavbu běžného přízemního bungalovu lze postavit za 1 den. Do stavby jsou v průběhu tisku vkládány dodatečné kovové elementy a výztuže, pro tisk samotný se využívá speciálně modifikovaný rychletuhnoucí beton. Tento je kontinuálně připravován v připojeném zařízení.
Příkladem je např. tištěný dům PRVOKhttps://www.archiweb.cz/b/3d-tistena-budova-prvok vytištěný v ČR.
alt=Dům PRVOK vytištěný 3D tiskem z betonové směsi|náhled|Dům PRVOK vytištěný 3D tiskem z betonové směsi
Do tištěných modelů a konstrukcí umí některé značky a typy tiskáren vkládat vnitřní výztuže – např. skelné vlákno, kevlarové vlákno nebo uhlíkové vlákno – touto funkcí disponují například vyšší modely tiskáren MarkForged řady ONYX.
Příprava dat pro 3D tiskárny Data pro 3D tisk metodou FDM potřebuje připravit data ve formě programu s instrukcemi pro pohyb tiskové hlavy, posun materiálové struny, nastavení a kontrolu teploty hlavy a podložky případně i výměnu materiálů. Tyto data jsou pro většinu těchto tiskáren potřebná v podobě tzv. G-kódu. Tento jazyk je používán také u CNC obráběcích strojů a pokud se podíváme na 3D tiskárnu z hlediska konstrukce, tak se vlastně o CNC stroj jedná.
Někteří výrobci hotových řešení si ale formát přenosu dat do tiskárny chrání a tisková data mají zašifrována a je nutné používat jejich software pro přípravu tiskového programu.
Tisková data se vytvářejí z 3D modelu, který je možno získat buďto modelováním v příslušném programu (CAD – Tinkercad, SolidWorks, Autodesk Inventor, CATIA a další, různé programy pro tvorbu 3D grafiky – např. Blender, 3DMax, ZBrush a spousta dalších) nebo stažením z dnes již poměrně snadno přístupných serverů na internetu.
Zdrojem dat pro tisk je 3D model většinou ve formátu STL nebo OBJ. Tento model použijeme v programu typu SLICER (CURA, Slicer3D, Lychee Slicer, a další), který má profil pro používanou 3D tiskárnu a dostaneme soubor ve formátu G-code, který nahrajeme do tiskárny (Flashdisk, SD karta, síťové připojení), do tiskárny zavedeme filament a spustíme tisk.
Reference
Externí odkazy
Kategorie:Prototypy Kategorie:Výroba