Jeszcze do niedawna zastosowanie i niezwykłe możliwości drukarek 3D były tajemnicą wielkich koncernów motoryzacyjnych, które wykorzystywały je do tworzenia prototypów części samochodów. Dziś po trójwymiarowy wydruk sięga medycyna, przemysł lekki, a nawet branża modowa. W końcu drukarka 3D pozwala dokładnie odtworzyć pomysł, który zrodzi nam się głowie – i to we wszystkich trzech wymiarach. Jak działa to niezwykłe urządzenie?
Dla jednych magia, dla innych zapowiedź niedalekiej przyszłości, w której potrzebne nam rzeczy produkować będziemy sami w domu, bez wielogodzinnego klejenia czy skręcania, ale z pomocą jednego, prostego w obsłudze urządzenia. Drukarka 3D, jak zapowiadają specjaliści z branży, już niedługo będzie tak powszechnym sprzętem domowym jak telewizor, ekspres do kawy czy mikrofalówka. W ciągu zaledwie kilku lat urządzenia podbiły świat i co chwilę docierają do nas informacje o ich zaskakujących możliwościach. Broń dla amerykańskich policjantów, protezy, wątroba, samochody, domy, a nawet model płodu – biorąc pod uwagę coraz nowsze osiągnięcia, pytanie, czy drukarka 3D ma jakieś ograniczenia, wypada pozostawić bez odpowiedzi.
Zaczęło się od filiżanki
Historia przestrzennego wydruku przypomina dzieje internetu, który początkowo wykorzystywany był wyłącznie przez wojsko. Drukarka 3D wymyślona została przez Charlesa Hulla w 1984 r. i opatentowana dwa lata później. Podobno pierwszy przedmiot wydrukował już w 1983 r. – była to filiżanka podarowana żonie wynalazcy. Opracowana technologia – stereolitografia (STL) – polegała na stopniowym obrysowywaniu laserem poziomego przekroju przedmiotu na platformie powoli zanurzającej się w fotopolimerze. Hull wykorzystał swój patent do produkcji komercyjnych urządzeń, które następnie sprzedawał za pośrednictwem własnej firmy 3D Systems. Nie wszyscy jednak mogli pozwolić sobie na zakup, więc przez prawie 20 lat z drukarek 3D korzystały niemal wyłącznie koncerny motoryzacyjne. Z czasem zaczęły pojawiać się kolejne techniki tworzenia w trójwymiarze – osadzanie topionego materiału czy selective laser sintering. Wciąż jednak grupa odbiorców urządzeń była bardzo wąska.
Wszystko zmieniło się w 2006 r., kiedy Adrian Bowyer skonstruował prototyp drukarki 3D do użytku domowego. Opracowana przez niego technologia RepRap przewiduje, że urządzenie możemy częściowo wyprodukować sami w domu. Drukarki 3D w końcu stały się tańsze, mniejsze i łatwiejsze w obsłudze, a z czasem bardziej wydajne i lepsze jakościowo. I tak produkty wytworzone techniką wydruku przestrzennego trafiły na sale operacyjne, do hurtowni budowlanych, na modowe wybiegi i do naszych domów. Produkcją sprzętu zarówno dla przemysłu, jak i osób prywatnych zajmuje się coraz więcej firm na całym świecie. W Polsce jest to m.in. firma 3D Gence w którą zainwestował znany inwestor, miliarder i właściciel firm jak Barlinek, Opoczno czy Cersanit – Michał Sołowow.
Jak działa wydruk 3D?
Pierwszym etapem pracy nad wydrukiem 3D jest stworzenie komputerowego modelu matematycznego przedmiotu. Najczęściej używa się do tego programów umożliwiających zaprojektowanie struktury przestrzennej. Innym sposobem jest wykorzystanie trójwymiarowych skanerów dokładnie analizujących kształt i przenoszących go w postaci modelu do komputera. Plik w rozszerzeniu STL bezpośrednio lub po konwersji przekazywany jest do drukarki.
Najważniejszym elementem drukarki 3D jest głowica sterowana przez oprogramowanie CAM. Napędzana przez serwomotory, porusza się na trzech płaszczyznach, tworząc model przestrzenny. Materiał, z jakiego drukowany będzie przedmiot, trafia w postaci cienkiej wstążki z plastiku lub z metalu do głowicy. Tam jest topiony, a następnie nakładany na platformę w postaci cienkich warstw, tworząc kształt modelu. Grubość warstwy zależna jest już od samego urządzenia. Domowe mogą nakładać wstążkę o grubości zaledwie 0,1 mm, bardziej zaawansowane – nawet 0,015 mm.
Sam proces drukowania zależy od poziomu skomplikowania modelu. Najprostsze drukarki nad jednym przedmiotem pracują 2–3 godziny. Pamiętajmy jednak, nie pozwalają one na stworzenie skomplikowanych modeli składających się z kilku różnych materiałów. Bardziej precyzyjne przemysłowe projekty to nawet kilkadziesiąt godzin pracy. Powstałe w ten sposób przedmioty można poddać dalszej obróbce – szlifowaniu, skrawaniu, malowaniu. Coraz częściej producenci proponują skorzystanie z nieco bardziej wymagającej metody Polyjet. Wykorzystuje ona ciekłe polimery, które pod wpływem światła laserów ulegają utwardzeniu.
Wydruk 3D zyskuje coraz więcej zwolenników. Jego niewątpliwą zaletą jest oszczędność: drukarka 3D wykorzystuje tylko tyle materiału, ile potrzebuje. Należy jednak pamiętać, że nie każdy surowiec znajdzie tu zastosowanie. Z roku na rok ceny urządzeń spadają, a to kolejny dobry powód, by jedno z nich znalazło miejsce w naszym biurze czy domowym zaciszu.
