Pod hasłem „druk przestrzenny” kryje się multum rodzajów technologii umożliwiających tworzenie struktur trójwymiarowych. Jest to fakt niezaprzeczalny. Dotychczas w ramach serii artykułów opisujących niektóre z nich omówione zostały zarówno metody cieszące się gargantuiczną popularnością, tj. Fused Deposition Modelling (FDM) i te opierające się na przetwarzaniu światłoutwardzalnych żywic (SLA, DLP I UV LCD), jak również techniki bardziej egzotyczne, czyli Binder Jetting oraz Selective Laser Sintering (SLS). Przyszła zatem pora na podsumowanie wiadomości ich dotyczących, swego rodzaju technologiczne repetytorium. Wyruszmy zatem, drogi Czytelniku, w małą podróż w czasie, cofając się do pierwszego artykułu, który w szerszym kontekście dotyczył jednej z metod tworzenia trójwymiarowych struktur. A technologią tą jest…

Binder Jetting

Binder Jetting stanowi bez cienia wątpliwości jedną z ciekawszych technik wytwarzania obiektów przestrzennych. Materiałem budulcowym jest tu surowiec występujący pod postacią proszku. Jego drobinki łączą się ze sobą w większe, bardziej złożone struktury, wchodząc w interakcję z płynnym spoiwem. W metodzie tej niewymagane jest tworzenie elementów podporowych. Wynika to z tego, iż drukowany obiekt przebywa podczas procesu druku w otoczeniu drobinek budulcowego surowca, który nie uległ spojeniu. Jeden z materiałów wykorzystywanych do produkcji trójwymiarowych przedmiotów w oparciu o technikę Binder Jetting stanowi piasek. Z jego zastosowaniem tworzone są np. formy odlewnicze. Sama metoda zaś znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle m.in. do wykonywania wspomnianych w zdaniu wcześniejszym obiektów.

Technologia Binder Jetting stosowana jest m.in. do wytwarzania form odlewniczych. Zdjęcie przedstawia jeden z tego typu obiektów, wykonany przy użyciu omawianej techniki.

SLS

Kolejną omawianą już w jednym z artykułów technikę stanowi Selective Laser Sintering, czyli w skrócie SLS. Ponownie, podobnie jak w przypadku Binder Jetting, surowcem budulcowym, z którego powstają przestrzenne struktury, jest rozdrobniony materiał. Tym razem jednak za proces łączenia ze sobą jego drobinek nie odpowiada substancja spajająca. Zastępuje ją bowiem światło lasera o dużej mocy. Za jego pomocą cząstki materiału (którym zazwyczaj jest poliamid) ulegają połączeniu, aby w ostatecznym rozrachunku utworzony został wydruk. SLS sprawdza się doskonale do tworzenia obiektów wykazujących się bardzo skomplikowaną strukturą geometryczną. Technologia ta nie wymaga wytwarzania dodatkowych elementów podporowych, co podobnie jak w kwestii techniki Binder Jetting, wynika z faktu, że drukowany obiekt nieustannie w trakcie tej procedury otoczony jest drobinkami proszku, który wszedł w interakcję z wiązką światła laserowego. Wykorzystując metodę SLS, wytwarzać można w pełni funkcjonalne mechanizmy w całości, czyli bez konieczności wykonywania każdego podzespołu osobno. Za jednym zamachem w obrębie drukarki 3D wytworzyć można także bezproblemowo serię wielu wydruków. Co ważne, postępująca miniaturyzacja sprzętu działającego w oparciu o technologię SLS sprawiła, że powstają obecnie urządzenia tego typu mniejsze od tych zwykle stosowanych do celów stricte przemysłowych. Stoi za tym firma Sinterit, której drukarki po pierwsze są stosunkowo niewielkie, a po drugie – mają relatywnie niewysokie ceny w porównaniu do konkurencyjnych drukarek 3D, za pomocą których tworzy się wydruki, wykorzystując do celu tego technikę SLS.

Drukarka 3D Sinterit Lisa to jedno z urządzeń wytwarzających trójwymiarowe wydruki, bazując na technologii SLS. W porównaniu do innych maszyn, które działają w oparciu o omawianą technikę, firma Sinterit stworzyła urządzenie cechujące się dużą kompaktowością oraz relatywnie niewysoką ceną w swojej kategorii.

FDM

Wśród niezwykle barwnego grona współcześnie na większą (bądź) mniejszą skalę wykorzystywanych, różnorodnych technologii drukowania przestrzennego, metodę nadrzędną w aspekcie popularności stanowi metoda termicznego przetwarzania tworzyw, czyli Fused Deposition Modelling, a w skrócie: FDM. Materiałem, z którego przygotowywane są wydruki, jest termoplast, który występuje w postaci żyłki i zwie się filamentem. Ponieważ do czynienia mamy tu z tworzywem termoplastycznym, czynnik, który odgrywa kluczową rolę w jego przetwarzaniu, stanowi temperatura. Ilość dostępnych w sprzedaży rodzajów filamentów jest iście zatrważająca, toteż bezproblemowo każdy użytkownik drukarki 3D typu FDM znajdzie materiał spełniający jego oczekiwania. Analogicznie sytuacja prezentuje się w kontekście oferowanego obecnie sprzętu drukującego. Wyróżnić można zatem zarówno drukarki 3D cenowo przystępne, jak również maszyny bardziej ekskluzywne, np. te, które tworzą wachlarz ofertowy firmy Zortrax. Podziału drukujących w 3D urządzeń dokonać należy również ze względu na liczbę ekstruderów w nich zainstalowanych. O ile system pojedynczej ekstruzji stanowi tu podstawę podstaw i standard w obecnie występujących w sprzedaży drukarkach 3D typu FDM, tak większa liczba drukujących głowic stanowi nie tylko miły dodatek, lecz potężne rozszerzenie możliwości sprzętu. Wyraźnie jest to widoczne w kwestii tworzenia podporowych struktur, które znacznie ułatwiają wykonywanie wydruków o złożonej geometrii. Wyeliminowana zostaje wówczas konieczność drukowania elementów drukowania elementów suportowych z materiału modelowego. Wykonać je można bowiem z filamentu do takiego celu specjalnie przeznaczonego (np. HIPS, PVA i BVOH). Podpór takich nie trzeba usuwać mechanicznie – robi się po przy użyciu stosownych dla danego typu materiałów rozpuszczalników. Tym samym zredukowane zostaje do minimum prawdopodobieństwo uszkodzenia wydruku wskutek odseparowywania podporowych struktur od właściwego obiektu wykonanego w technologii FDM. Co jeszcze istotne, systemy wielokrotnej ekstruzji umożliwiają drukowanie przedmiotów z kilku modelowych filamentów jednocześnie. Niektóre modele drukarek 3D pracujące w oparciu o technikę FDM posiadają komponenty te w postaci wymienialnych modułów. Przykładem takiego urządzenia drukującego jest przemysłowa drukarka 3D Urbicum GX.

Urbicum GX, czyli drukarka 3D typu FDM, która wyposażona jest z system wielokrotnej ekstruzji. (©Urbicum)

SLA, DLP i UV LCD

Przyszła teraz kolej na małe podsumowanie informacji dotyczących technik przetwarzania fotopolimerowych żywic. Materiał budulcowy stanowi w ich przypadku płyn, który pod wpływem światła ulega zestaleniu. Techniki takie podzielić można ze względu na źródło świetlnego promieniowania. Wyróżnia się zatem: stereolitografię (czyli SLA; żywica utwardzana jest za pomocą światła laserowego), DLP (światło emitowane jest przez ciekłokrystaliczny ekran) oraz UV LCD (tu z kolei za generowanie promieniowania świetlnego ponownie odpowiada ekran LCD, lecz tym razem w parze z oświetleniem emitującym promienie UV). Metody te sprawdzają się doskonale tam, gdzie wymagana jest ogromna precyzja w tworzeniu wydruków 3D. Drukarki 3D działające w oparciu o technologię SLA, DLP lub UV LCD umożliwiają drukowanie modeli, które cechują się zarówno dużym poziomem strukturalnej złożoności, jak również niewielkimi wymiarami. Oczekiwane rezultaty w postaci gotowych wydruków będą co najmniej zadowalające.

Zortrax Inkspire jest doskonałym przykładem drukarki 3D działającej w oparciu o technologię UV LCD (©Zortrax)

Świat technologii druku 3D jest równie bogaty i fascynujący, jak najbardziej skomplikowane, ziemskie ekosystemy. Możesz mieć zatem pewność, drogi Czytelniku, że ta podróż po metodach drukowania przestrzennego zakończona nie została. Wręcz przeciwnie! Będziemy dalej zgłębiać temat, co jakiś czas wkraczając ponownie w przebogate uniwersum druku 3D i przedstawiając Ci kolejne techniki, za pomocą których do życia powoływane są różnorodne, przestrzenne obiekty.