3D modelovanie je dnes v počítačovom priemysle veľmi populárnym, rozvíjajúcim sa a multitaskingovým smerom. Tvorba virtuálnych modelov niečoho sa stala neoddeliteľnou súčasťou modernej výroby.
Moderné technológie nezostávajú stáť a každý deň sú vynájdené nové predmety v rôznych vedných oblastiach. Jedným z takýchto know-how je 3D tlačiareň. Vynález tohto zariadenia umožňuje vytvárať jedinečné 3D modely, ktorých použitie je možné v akomkoľvek priemysle, od stavebníctva po medicínu.
História 3D tlačiarne a čo to je?
V skutočnosti sa priemyselné 3D tlačiarne objavili už dávno, ale ich existencia nebola tak všeobecne propagovaná pre bežnú populáciu. Prvý 3D model sa objavil už v roku 1985. Tlačiareň bola mierne funkčná a vytlačená čiernobielo. Už v roku 1988 sa začala výroba farebných modelov. V súčasnosti existuje obrovské množstvo modelov, ktoré pracujú na širokej škále materiálov. V roku 2000 mohli 3D tlačiarne pracovať iba s plastom ABC. A dnes sa sortiment materiálov rozšíril na niekoľko stoviek materiálov. Patria sem: akryl, betón, hydrogél, papier, sadra, ľad atď.
Už v roku 2005 sa objavil model tlačiarne, ktorý umožňoval vytvárať farebné modely. Toto zariadenie dokáže tlačiť väčšinu komponentov modelu. V roku 2014 sa objavila prvá tlačiareň s obrovskou tlačovou plochou. Tento vývoj umožňuje vytvárať modely neobmedzenej veľkosti. Pokus o tlač konkrétneho domu v plnej veľkosti už bol.
Postavenie takejto stavby netrvalo dlhšie ako jeden deň. Už v roku 2016 bola v Dubaji predstavená prvá 3D tlačená budova. Vo februári 2017 Rusko odhalilo aj dom vytlačený úplne na stavbe. Tento rok bola vyvinutá aj šesťosová tlačiareň, pomocou ktorej sa budú zložité prvky tlačiť oveľa ľahšie bez potreby nosných konštrukcií. V súčasnosti je v plnom prúde vývoj tlačiarní, ktoré dokážu tlačiť ľudské orgány, protézy, implantáty, karosérie automobilov a dokonca aj potraviny.
Čo je to teda 3D tlačiareň a aké funkcie vykonáva?
3D tlačiareň je špeciálne zariadenie na vytváranie trojrozmerných modelov. Pomocou tohto stroja môžete vytvárať trojrozmerné modely rôznych veľkostí. Vďaka výstupu informácií v trojrozmernej podobe majú všetky získané objekty skutočné fyzikálne parametre.
Ako funguje 3D tlačiareň a ako sa vytvárajú skutočné 3D modely?
Ak všeobecne popíšeme prácu 3D tlačiarne, existuje niekoľko hlavných etáp jej práce:
- Tvorba 3D modelu v grafickom programe. V tejto fáze je model vytvorený na počítači pomocou špeciálnych virtuálnych šablón.
- Rozdelenie modelu na vrstvy.
- Ďalšia fáza súvisí s prevádzkou samotnej tlačiarne. Vrstvu po vrstve tvorí hmotu špeciálneho prášku, ktorý sa používa na ďalšie formovanie modelu. Vytvorí sa špeciálna komora, ktorá je vyplnená plastovým materiálom.
- Po každej vrstve je materiál mazaný lepiacou vrstvou, ktorá dodáva budúcemu modelu pevnosť.
Typy 3D modelovania
V tejto oblasti sa moderné technológie rozvíjajú niekoľkými smermi:
- stereolitografické technológie, ktoré sa v skratke označujú ako STL. Formát súboru, ktorý sa často používa na ukladanie trojrozmerných modelov objektov na použitie v aditívnych technológiách.
- termoplastické aplikačné metódy - FDM. Modelovanie modelov pomocou depozície materiálu po vrstve.
- laserové spekanie - SLS. Technológia (SLS) zahŕňa použitie jedného alebo viacerých laserov (zvyčajne oxidu uhličitého) na spekanie častíc práškového materiálu za vzniku trojrozmerného fyzického objektu.
Dnes je metóda nanášania vrstvy po vrstve najpopulárnejšia a najbežnejšie používaná v priemysle.
Hlavné výhody tejto metódy sú:
- použitie vysoko kvalitných a lacných materiálov;
- jednoduchá operačná technika;
- ekologickosť použitých materiálov.
Laserová stereolitografia
Tento typ 3D modelovania sa široko používa v zubnej protetike. Charakteristickou črtou tohto typu tlače je výroba vysoko kvalitných predmetov. Takéto výsledky sa dosahujú vďaka použitiu zariadenia pracujúceho v rozmerovej mriežke, ktorá sa počíta v jednotkách mikrónov.
Ako také zariadenie funguje?
Funkčná časť tohto zariadenia je založená na ultrafialových LED projektoroch. Vo vnútri týchto 3D tlačiarní sú jemné zrkadlá, ktoré poskytujú presné vychýlenie lúčov. vďaka tomu nedochádza k postupnému, ale úplnému exponovaniu vrstevníc.
Laserové spekanie
Laserové spekanie alebo technológia SLS je ďalším typom laserového modelovania. Na prevádzku takéto zariadenia používajú nízkotaviteľný plast. Základom jedinečného vývoja je výkonný laser, ktorý sleduje tvary na plastovom podklade a fixuje materiál. Postup sa opakuje, kým sa nezíska kompletný model. významnou nevýhodou laserového spekania je pórovitosť výsledných modelov. to však nijako neovplyvňuje pevnosť. verí sa, že modely získané touto metódou sú najtrvanlivejšie. Inštalácia na laserové spekanie má pomerne vysoké náklady a samotný proces formovania modelu trvá dlho.
Aké materiály sa používajú na vytvorenie 3D modelov?
Ako už bolo spomenuté, hlavným materiálom používaným v 3D tlačiarňach je termoplast. Dodáva sa v dvoch formátoch: ABS a PLA. Okrem toho sa rozšírili také materiály ako nylon, polyetylén, polykarbonát a ďalšie typy materiálov, ktoré sa používajú v priemysle.
Mnoho 3D tlačiarní vyžaduje miešanie niekoľkých druhov materiálov kombinujúcich svoje fyzikálne a chemické vlastnosti.
Zariadenia, ktoré na svoju prácu používajú kovy, sú svojou štruktúrou zložitejšie. Rozdiel v technológii závisí od funkcií tlačovej hlavy, ktorá pracuje na základe počítačového programu. S jeho pomocou sa na miesta, kam smeruje počítačový program, nanáša lepiaca hmota. Ďalej nanáša hlava na celú pracovnú plochu tenkú vrstvu kovového prášku. To znamená, že kov sa neroztopí, ako je to v prípade plastov, ale nanáša sa a lepí spolu vo vrstvách vo forme najmenších častíc.
Zaujímavosti o 3D tlačiarňach
- 3D tlač sa používa nielen v priemysle, je široko používaná v medicíne, varení a dokonca aj vo vesmíre.
- Cena 3D tlačiarní je každý rok nižšia a dostupnejšia. Táto technológia bude čoskoro k dispozícii takmer každému.
- Prvý 3D model bol vytvorený v roku 1984. Získal ho Chuck Hill ako výsledok stereolitografie.
- Nie je to tak dávno, čo boli umelé orgány vytvárané pomocou 3D tlačiarne. Prvými modelmi boli protézy uší.
- V blízkej budúcnosti sa vedci chystajú vytlačiť prvý ľudský model.
- 3D modelovanie pomôže znížiť výrobné náklady, takže továrenská výroba sa čoskoro stane nerentabilnou.
- 3D technológie sa v kinematografii používajú veľmi dlho na vytváranie realistických modelov.
- Vedci naznačujú, že pomocou 3D modelovania môžu byť vytvorené roboty, ktoré budú namiesto ľudí skúmať vesmír.
- Svetové 3D modely šiat už boli predstavené. Modelka Dita Von Teese sa stala prvou hviezdou, ktorá si obliekla šaty s 3D potlačou.
