A 3D nyomtatás viszonylag új technológia, ha valaki hallott is róla, nem feltétlen van tisztában a benne rejlő lehetőségekkel. Ebben az ismeretterjesztő cikkben a felvázolom, hogy mit lehet és mit érdemes nyomtatni - lehetőleg konyhanyelven a könnyebb érthetőség érdekében.
Összefoglaló
A 3D nyomtatás egy olcsó, sokoldalú és precíz technológia, amivel viszonylag egyszerűen lehet gyártani a gyárihoz hasonló minőségű cserealkatrészeket, egyedi dísztárgyakat és funkcionális eszközöket.
Eltérő technológiák
Maga a 3D nyomtatás kifejezés olyan gyártástechnológiára utal, ahol egy számítógépen tervezett 3 dimenziós modellt egy berendezés (jellemzően rétegekből) épít fel. Ennek sokféle módja van, "lakossági" felhasználásban két jellemző technológia van, ezekről röviden:
- FDM ("szálas", "filamentes" nyomtatás):
- Az esetek nagy többségében erre utalunk, ha 3D nyomtatást mondunk.
- Egy műanyag szálat olvasztunk és abból építünk rétegeket.
- Könnyebb kivitelezni, mint a "gyantást".
- Rosszabb a felbontása, mint a "gyantásnak" (~100 mikrométer).
- SLA ("resin", "gyantás" nyomtatás):
- UV fénnyel világítunk egy tartálynyi anyagot, ami a fényre megköt. A munkadarabot konkrétan kihúzza a gép a folyadékból.
- Veszélyes vegyszerekkel történik, sokat kell "locspocsolni".
- Pontosabb a filamentes nyomtatásnál, ~10 mikrométer felbontás (egy hajszál ~80 mikrométer vastag!)
A gyantás technológiát nagyon pontos dísztárgyakhoz és ipari felhasználásban szokták használni. A legtöbb munkámhoz elégséges a filamentes technológia, tehát csak azt fogom tovább taglalni.
A nyomtatási folyamat
Képzeljünk el egy bármelyik hobbi boltban kapható ragasztópisztolyt. Van egy műanyag rúd, amit a pisztoly egy kis, melegített fúvókán keresztül nyom ki. Kinyomjuk az anyagot, az lehűl, megköt, és kész a ragasztás.
Ha ezt a ragasztópisztolyt függőlegesen fogom, és folyamatos erővel nyomom belőle a műanyagot, miközben mozgatom a pisztolyt, akkor gyakorlatilag rajzolok vele. Ha mondjuk rajzolok egy négyzetet, majd függőlegesen kicsit megemelem a pisztolyt és rajzolok még egy négyzetet a meglévő négyzetre, már két rétegem van!
A művelet lehetne egy kicsit hatékonyabb...
- Csökkentsük a fúvóka méretét, hogy vékonyabb rétegeket tudjunk alkotni.
- Tegyük a ragasztópisztolyt egy számítógép által vezérelt szerkezetre, ami 3 dimenzióban pontosan tudja mozgatni a pisztolyt.
- A ragasztópisztoly "ravaszát" is vezéreljük számítógéppel.
- Használjunk olyan "ragasztót", ami egyenletesen, kiszámíthatóan viselkedik adott, olvadáspont feletti hőmérsékleten.
És gyakorlatilag már meg is kaptuk a 3D nyomtatót.
A gépiesítés egyik fontos haszna az, hogy számítógépen tervezett modelleket lehet nyomtatni, és ezt meg lehet osztani másokkal. A másik pedig, hogy sokkal precízebb és gyorsabb a gép, mint az ember.
Anyagok
Az előbb már utaltam az anyagokra. A hétköznapokban különféle műanyagokkal találkozunk, PET palackból iszunk, nejlonszatyorba pakolunk, PVC csőben megy a szennyvíz, stb. Ennek az az oka, hogy a különböző műanyagok különböző tulajdonságokkal rendelkeznek.
A 3D nyomtatásnál sincs ez másképp. A legegyszerűbben kezelhető anyag az úgynevezett PLA műanyag, ami viszonylag merev és törékeny, de egyes esetekben nagyon erős tud lenni. Sajnos a hőre és a Nap UV fényére érzékeny. Helyette lehet használni PETG-t, ami rugalmasabb, és jobban tűri az UV fényt, vagy ASA-t, ami kifejezetten jól bírja az UV-t és nagyon erős. Alkatrészeknél, ahol az alacsony súrlódás fontos tényező, használhatunk nylont, ami egyébként nagyon jól állja a hőt is. Rugalmas alkatrészekhez pedig van TPU különféle rugalmassággal.
Felhasználás
Ezek a nyomtatott anyagok elképesztően strapabíróak tudnak lenni. Gyerekjátékokban mozgó alkatrészek, tárolóelemek, bútorelemek, mind készíthetőek belőle. Viszonylag gyorsan és egyszerűen lehet gyártani olyan akasztót például, ami több tíz kilogramm súlyt képes elbírni. Lehet egyszerű mechanikákat is alkotni, például ha egy állítható hosszúságú konyhai papírtörlő-tartót gyárt az ember, akkor maga a 3D nyomtatott anyag rugalmassága teszi lehetővé az állító mechanizmust.
Gyakran szoktak dísztárgyakat, játékfigurákat és testre szabott ajándéktárgyakat nyomtatni. A nyomtató tizedmilliméter pontossággal dolgozik, és érdekes színekből lehet válogatni. Sajnos a technológia egyik hátránya, hogy nehéz többszínű, részletes tárgyakat gyártani, mert a nyomtató fúvókájába egyszerre egy szál van betöltve, ami egy (ritkább esetben két) színű, színcseréhez viszont ki kell üríteni a fúvókát, ami anyagveszteséggel jár. És ahány többszínű réteg van, annyiszor kell színt cserélni. Nem lehetetlen, de megnöveli a gyártási időt és a költségeket.
Költségek
Természetesen a legfőbb költség az ember ideje, ami alatt megtanulja kezelni a berendezést és rájön az apró trükkökre. Ezen kívül maga a 3D nyomtató ára a nagy bekerülési költség, egyszerűbb nyomtatók már 70-80 ezer forintért kaphatóak, de bonyolultabb anyagokhoz már összetettebb gépek kellenek, amik kb 200 ezer forintnál kezdődnek.
Magukat a filamenteket általában kilós tekercsben árulják, anyagtól függően 10-20 ezer forint egy tekercs, és természetesen egy tekercs egy szín, szóval egy színkollekció összeállítása is magas költség tud lenni. Emellett a komolyabb, "mérnöki" anyagok szárítást igényelnek, a páratartalmukat általában 20% relatív páratartalom alatt kell tartani nyomtatáshoz, tehát légmentesen zárt dobozok és szárítógépek is kellhetnek.
Az egészség is fontos szempont, érdemes beruházni egy szén-és HEPA szűrős légtisztító gépbe is, mert a nyomtatás során különféle illékony gázok kerülnek a levegőbe.