Trojrozmerná tlačiareň alebo 3D tlačiareň je zariadenie, ktoré dokáže vytvoriť trojdimenzionálny(3D) objekt na základe digitálnych 3D dát. Ide o aditívny spôsob výroby, kedy postupným nanášaním a spájaním materiálu vo vrstvách vzniká požadovaný objekt. V súčasnosti je využitie 3D tlače rozdelené do niekoľkých oblastí a to hlavne na základe použitej technológie. Priemyselné tlačiarne sa používajú na vytváranie prototypov alebo malých sérií výrobkov, v medicíne sú to rôzne typy protéz a implantátov alebo domáce hobby tlačiarne na výrobu plastových predmetov.
Dejiny
Začiatky 3D tlače siahajú do druhej polovice 20. storočia, keď si Charles Hull nechal v roku 1984 patentovať technológiu stereolitografie. V 90. rokoch Hull so svojou firmou vytvoril prvé zariadenie schopné tlačiť v 3D formáte, SLA-1 (ktoré sa vtedy ešte nenazývalo 3D tlačiareň). 3D Systems si dlho udržala vedúcu pozíciu na trhu a do roku 1996 predala cez 600 rôznych prístrojov SLA. V roku 1993 Massachusetts Institute of Technology patentoval technológiu, ktorá pracovala s práškovým materiálom a tekutým spojovačom. Licenciu na túto technológiu kúpila firma Z Corporation, a na jej báze začala vývoj 3D tlačiarní ako takých. Pojem 3D tlačiareň teda pochádza z 90. rokov.
Princíp činnosti
3D tlačiareň podľa digitálnej predlohy objektu vytvorenej pomocou CAD programu vytvorí jej hmotnú kópiu. Existuje veľké množstvo technológií 3D tlače, najpoužívanejšie sú:
Stereolitografia (SLA)
Je to jedna z najstarších technológií. Používa sa pri nej fotopolymér, čo je plast citlivý na svetlo, ktorý po ožiarení najčastejšie UV žiarením spolymerizuje a stuhne. Následne tlačová plocha klesne a proces pokračuje ďalšou vrstvou. Ožiaria sa len tie miesta, na ktorých má materiál stuhnúť a tým vytvoriť požadovaný produkt. Po dokončení tlače sa tekutý materiál odstráni. Výsledný produkt je veľmi hladký, nevýhoda je ale pomalá rýchlosť tlače a problematická tlač vertikálnych štruktúr.
Selective Laser Sintering (SLS)
Táto metóda je podobná ako stereolitografia, ale spevňuje sa práškové médium. Výhodou je možnosť opätovného použitia nespotrebovaného prášku. Ďalšie výhody sú, že spektrum lasera môže byť aj viditeľné svetlo (nie iba UV ako pri stereolitografii) a k dispozícii je široké spektrum materiálov: plasty, kovy, keramika.
Laminated Object Manufacturing
Využíva tenkú plastovú fóliu, z ktorej sa výsledná vrstva produktu vyreže a prilepí lepidlom k ostatným vrstvám. Nevýhodou je až 50-percentný podiel odpadného materiálu proti materiálu produktu.
Fused Deposition Modeling (FDM)
Používa priame nanášanie materiálu roztavením v tlačiacej hlave a nanášaním bod po bode. Najčastejšími materiálmi sú termoplasty. Je to najrozšírenejšia forma 3D tlače využívaná väčšinou open-source. Na rozšírení tohoto typu tlačiarní mal nemalú zásluhu Adrian Bowyer, ktorý v roku 2008 dokázal z 3D tlačiarne vytlačiť novú 3D tlačiareň a svoje dizajny následne uvoľnil ako pod názvom RepRap [2].
Používané materiály
Často používané materiály sú ABS (Akrylonitrilbutadiénstyrén) a PLA (polylaktid). ABS je základným materiálom pre 3D tlač. Práca s ním je jednoduchá, pretože nevyžaduje tak presné nastavenie pracovnej teploty ako ostatné materiály. Doporučuje sa však pre objekty s maximálnym rozmerom 8 cm. Vždy však záleží aj od tvaru a geometrie objektu, ktorý je tlačený. PLA je asi najuniverzálnejší dostupný materiál. Nemá takmer žiadne sklony ku skrúcaniu sa a preto ho možno použiť aj k tlači väčších objektov.
Využitie
Medicína
Začiatkom roku 2014 britský chirurg Craig Gerrand oznámil úspešný zákrok, pri ktorom nahradil rakovinou poškodenú panvu pacienta titánovým „výtlačkom“ a voperoval ju pacientovi. Náhradu vytvoril z titánového prášku premeneného na pevnú hmotu pomocou laseru. Titánovú časť panvy potom pokryl minerálom, do ktorého môže pôvodná kosť pacienta vrásť a spojiť sa s umelou náhradou.
Ďalším podobným použitím 3D tlače v medicíne je náhrada lebečnej fraktúry a deformácie u Stephena Powera z Waleského Cardiffu, ktorý utrpel devastačné zranenia tváre v dôsledku motocyklovej havárie v septembri 2012. Mal zlomené obe lícne kosti, čeľusť a nos. Zranenia boli rozsiahle a mali za následok aj posunutie oka, pričom štandardné postupy rekonštrukcie a operácií nemohli byť prevedené, pretože hrozilo poškodenie oka alebo očného nervu. Prípadu sa ujali vedci z Centra aplikovaných technológií rekonstrukčnej chirurgie pod vedením Adriana Sugara. Belgickí špecialisti za použitia 3D modelingu dotvorili chýbajúce a poškodené kostné časti s presnosťou na desatiny milimetra a vyhotovili výtlačok z titánového prášku.
Budúcnosť
Na základe súčasného dopytu a rýchlosti vývoja 3D tlače sa predpokladá jej veľký rozvoj . Vedci a inžinieri okrem zdokonaľovania súčasných technológií plánujú tlačiť ľudské tkanivo a orgány alebo v NASA plánujú „tlačiť“ jedlo vo vesmíre.
Zdroj: wikipedia