3D tlač je čoraz obľúbenejšia technológia, ktorá vznikla v 80. rokoch 20. storočia ako technológia na výrobu modelov a prototypov pre výrobu. Vďaka 3D tlači je možné tvoriť objekty priamo z digitálnych podkladov.
Počiatky 3D tlače siahajú do roku 1984, keď Charles W. Hull požiadal o patentovú ochranu metódy založenej na vytvrdzovaní plastov pomocou UV žiarenia. Princípom technológie bolo ožiarenie polymérneho materiálu citlivého na UV žiarenie na tých miestach, ktoré majú stvrdnúť. Neožiarený nevytvrdnutý materiál sa odstránil a získal sa hotový 3D výrobok. Doteraz sa tento princíp využíva pri 3D tlači stereolitografiou (tzv. SLA metóda). O niečo neskôr Charles W. Hull vymyslel metódu, pri ktorej sa pomocou lasera speká prášok, čím sa získava výrobok požadovaného tvaru. Tento spôsob sa stal základom 3D tlače metódou SLS (selektívne laserové spekanie), ktorá sa hojne využíva predovšetkým v priemysle, pretože ňou možno pripravovať funkčné súčiastky z plastov, kovov, skla alebo keramiky. Táto metóda sa využíva aj vo VW Bratislava.
Variabilita metód
V súčasnosti sa využíva niekoľko metód 3D tlače, ktorá v posledných rokoch zažíva obrovský rozmach. Patrí sem napríklad metóda 3D tlače viacdýzovým modelovaním, ktorá tiež využíva UV svetlo na vytvrdzovanie, ale v porovnaní so SLS metódou možno použiť vďaka viacerým dýzam naraz rôzne materiály rôznych vlastností a farieb. Jedna z najpoužívanejších metód súčasnosti je metóda tavením, označovaná ako FFF alebo FDM (z angl. fused filament fabrication alebo fused deposition modeling), ktorá slúži najmä na výrobu funkčných súčiastok či modelov. Princíp metódy spočíva v tom, že sa tenká struna (niekoľko milimetrov hrubé vlákno) vedie do vyhrievanej dýzy, v ktorej sa materiál roztopí a následne nanesie na podložku, na ktorej postupne stuhne do 3D modelu. Okrem polymérov možno používať aj kovy a keramické materiály. V prípade polymérov je to pomerne široká škála používaných materiálov ako akrylonitrilbutadienstyrén – ABS, kyselina polymliečna, polyetyléntereftalát, polykarbonát, nylón, húževnatý polystyrén, termoplastický polyuretán, polyvinylalkohol, termoplastický elastomér alebo polyéteréterketón. K najnovším metódam 3D tlače radíme 3D bioprinting, keď sa živé kultúry nanášajú po vrstvách, až vytvoria model na kostnú regeneráciu alebo mäkké tkanivo.
Od výskumu po domácnosť
Pre trh s 3D tlačiarňami bol prelomový rok 2005, keď na University of Bath vznikol open source projekt RepRap. Jeho cieľom bolo navrhnúť tlačiareň, ktorá bude vedieť vytlačiť čo najviac vlastných súčiastok. Následný nástup komerčne dostupných 3D tlačiarní zasiahol aj laickú verejnosť, pojem 3D tlač sa začal objavovať v médiách a v hovorovej reči. Vďaka klesajúcim cenám 3D tlačiarní nie je v súčasnosti problém kúpiť si domácu tlačiareň aj s materiálom potrebným na tlač. 3D tlačiarne sa stali dostupné nielen vďaka obchodom s elektronikou, ale začali vznikať aj špecializované predajne. Domáce 3D tlačiarne, prirodzene, nedosahujú kvalitu profesionálnych tlačiarní, výtlačky nie sú až tak veľmi vypracované a aj veľkosť výtlačkov je výrazne obmedzená. Mnoho špecializovaných firiem predávajúcich 3D tlačiarne sa venuje okrem predaja aj výskumnej činnosti, čím si chcú zabezpečiť konkurenčnú výhodu. Firmy sa usilujú zdokonaliť techniku tlače a pripraviť nové materiály, ktoré by sa dali použiť aj pre tie najnáročnejšie odborné aplikácie. So zdokonaľovaním techniky tlače rastú aj požiadavky na použité materiály. Pôvodne mala slúžiť 3D tlač len na prototypovanie a vyrábanie malého počtu výrobkov. S vylepšenými materiálmi pre 3D tlač sa postupne dostávajú profesionálne 3D tlačiarne aj do výrobných závodov.
Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
Mária Kováčová, Zdenko Špitálský
Ústav polymérov SAV
Foto archív autorov, WASP, Fotky&Foto
Výskum bol podporený z projektu VEGA 2/0093/16.
