A 3D nyomtatás története

A 3D nyomtatás története

Az utóbbi évek során egyre többet lehet hallani a 3D technológiáról, mint fejlődő ágazatról, ám nagyon kevesen tudják, mit is takar egészen pontosan a kifejezés illetve, hogy mióta is áll rendelkezésünkre.

Technológia

  • 1980-as évekig a CNC megmunkálás a legprecízebb eljárás
  • '80-as években került kifejlesztésre
  • nem egy meglévő testről vágja le a felesleges részeket, hanem rétegenként építi fel az előre beprogramozott formát
  • előnye: nem keletkeznek fölösleges, anyagveszteséget okozó részek

3D nyomtatás lépésről lépésre

1. 3D forma megtervezése

Jelenleg 2 módszer áll rendelkezésre:

  • egy (már meglévő) tárgy bescannelése
  • új, egyedi forma is megalkotható, számítógépes szoftverek használatával

Mindkét eljárás magas precizitású, bár a 3D scannelés esetén számos tanulmány számolt már be információvesztésről az eredetei tárgy részletgazdagságához képest.

2. "Slicing"

A következő fontos lépés a létrehozott STL (Stereolithography) fájl darabolása, ez az úgynevezett „slicing”.

  • számítógépen tárolt térhálóból a szoftver rétegekre bontja a teljes képet
  • ezáltal egy parancssort generál a 3D nyomtatónak, amely képes lesz szintenként felépíteni a tervezett tárgyat
  • egy-egy ilyen réteg átlagos vastagsága 100 µm
  • különböző nyomtatási eljárásoknak hála ez ma már elérheti akár a 16 µm-es szeletvastagságot is

3. Alkalmazni kívánt módszer kiválasztása

Ma már számos lehetőség közül válogathatunk ebben a tekintetben, attól függően, hogy milyen pontossággal, illetve milyen anyaggal kívánunk dolgozni.

Fused Filament Fabrication (FFF)

  •  egy előre betöltött anyag (műanyag- vagy fémszál) megolvasztásával, majd rétegezésével a tintasugaras nyomtatókéhoz hasonló módon építi fel a tárgyat
  • legelterjedtebb technika

Stereolithography (SLA)

  • folyékony halmazállapotú fotoszenzitív anyagot filmréteg szerűen terítik szét a nyomtatótálcán
  • lézertechnika segítségével, UV fénnyel világítják meg a minta egyes pontjait, ezeken a helyeken az anyag polimerizálódik, és megszilárdul
  • ezt követi egy újabb réteg felvitele és hasonló módon történő megszilárdítása
  • ezen technika lassabb és jelenleg még drágább, mint az FFF módszer, ám sokkal pontosabb kivitelezést tesz lehetővé

Selective laser sintering (SLS)

  • por állagú anyagból egy nagy teljesítményű lézer segítségével formáljuk rétegenként szolid testté a kívánt tárgyat
  • egyik előnye, hogy számos anyag rendelkezésünkre áll hozzá (pl.: kerámia, fém)
  • kiemelendő, hogy függő alkatrészeket is lehet vele nyomtatni; hiszen a kész struktúrát minden esetben támasztja oldalról a nyomtatás során használt por, így nem mozdul el addig, amíg a nyomtatás későbbi pontján a függesztőszerkezet is elkészítésre kerül
  • hátránya: nem lehet vele üreges, ám teljes mértékben zárt tárgyat nyomtatni - ebben az esetben a fel nem használt por a testben reked

A fent említett módszerek csupán a legelterjedtebbek, rajtuk kívül számos lehetőség közül válogathatnánk.

4. Fölösleges részek eltávolítása

  • mechanikus módszer: megfelelő térelemek tartószerkezetinek mechanikus eltávolítása
  • speciális oldószer használata, felületi egyenetlenségek elsimítása: ez a módszer nyilvánvalóan anyagveszteséggel, és így a nyomtatott tárgy méretbeli csökkenésével jár, így (a használt módszertől függően) lehetséges, hogy szükséges a nyomtatott tárgy bizonyos szintű nagyítása a tervezés során, melynek eredményeképp a kívánt méretet csak a végső megmunkálás után nyeri el

Jelenünk és jövőnk a 3D nyomtatással

Ma már nem csak a nyomtatási technika, hanem maguk a nyomtatók is széles palettával rendelkeznek, felhasználási céljaiknak megfelelően. Ez egyrészt szélesebb alkotói szabadságot jelent, másrészt hatalmas árbeli különbségeket.

A legegyszerűbb feladatok ellátásra szolgáló nyomtatók már 100.000 HUF körüli piaci áron beszerezhetők, míg a felső határ több tízmilliós nagyságrendben mozog. A nyomtató ára nem feltétlenül, a használt technika minőségét tükrözi, hiszen léteznek már hatalmas méretű nyomtatók is, melyek esetében az ár inkább a nyomtató megépítéséhez szükséges anyagmennyiséggel arányos;

  • ilyen nyomtató például a SeeMeCNC 2014-ben épített gépe, mely képes 1.2m-es átmérőjű és 3m magas tárgy nyomtatására is
  • a skála másik végét a nanotechnológiában illetve a mikroelectronikában használt nyomtatók foglalják el, melyek képesek akár 10nm pontossággal dolgozni

Külön említést érdemelnek még az ún. RepRap (replicating rapid prototyper) nyomtatók melyek különlegessége, hogy képesek a saját megépítésükhöz szükséges alkatrészek nagy részének kinyomtatására, így nyújtva egyszerű lehetőséget a termelés sebességének, illetve hatékonyságának fokozására.

Az utóbbi évek egyik legnagyobb fejlesztése a 3Doodler toll, mely kompakt méretben és hordozható kivitelben kínál egy teljesen funkcionális FFF technikát használó nyomtatót. A 3Doodler új távlatokat nyitott a 3D-s tervezésben, illetve az oktatás különböző területein.

A 3D nyomtatás már számos iparágban teret hódított magának, ezek közül emelnénk ki párat a teljesség igénye nélkül.

Járművek

2014-ben a svéd Koenigseggmegalktota új autóját a One:1-et, mely számos alkatrészét (köztük a belső tér egy részét, a kipufogórendszer egyes elemeit, illetve számos egyéb alkotóelemet) a 3D nyomtatási technikával készítettek el.

2015-ben a Boeing bejelentette, hogy új Airbus A350 XWB típusú személyszállító gépe több mint 1000 nyomtatott alkatrésszel rendelkezik.

Építészet

A 3D nyomtatás sebességének és pontosságának növekedésével, illetve a felhasználható anyagok palettájának bővülésével betört az építőiparba, hiszen ma már akár 24 óra alatt nyomtathatók komplett házak, teljes vízelvezetőrendszerrel és elektromos hálózattal, illetve olyan struktúrák melyek megépítése eddig komoly nehézségekbe ütközött.

Fegyverek

2012-ben egy Defense Distributed nevű cég nyilvánosságra hozta a terveit egy bárki által kinyomtatható, teljesen funkcionális pisztolynak. (A későbbiek során a nemzetbiztonság betiltotta a tervrajz terjesztését)

2014-ben 2 év szabadságvesztésre ítéltek egy japán férfit, aki otthonában 3D nyomtatott lőfegyvereket tartott, illetve azok tervrajzát feltöltötte online felületre.

Egészségügy

Az egészségügyben a 3D technológia számos területen hasznosítható, így akár titánból készült protéziseknyomtatására is. Ezek személyre szabott megoldást jelentenek, mivel elkészítésükben az adott páciens MR/CT képeit veszik alapul a pontosabb illeszkedés, illetve a maximális funkcionalitás végett. Ezen kívül már széles körben elterjedtek a 3D nyomtatott művégtagok is, melyek egyre több ember számára nyújtanak segítséget a mindennapokban.

Egy másik gyorsan fejlődő terület az ún. BioPrinting mely során az arra alkalmas eszközök élő sejteket nyomtatnak, így képesek vagyunk szív, bőr, máj és egyéb szövetek nyomtatására. Az elmúlt években hatalmas szenzáció övezte azon kínai mérnökök eredményeit akik képesek voltak olyan fület, májat, sőt vesét is létrehozni, mely élő szövetet tartalmazott. A BioPrinting olyan lehetőségekkel kecsegtet a jövőre nézve, mely nagyban könnyíthetik meg azon emberek életét akik maradandó sejtkárosodást szenvedtek, ám számos erkölcsi kérdést vet fel a módszer határait illetően.



Cikk megosztása: