3D tisk neboli aditivní technologie umožňuje rychlou výrobu tvarově složitých dílů z plastů, kovů či dalších materiálů. Tato stránka slouží jako rozcestník k individuálním technologiím a jejich zastoupení v rámci NCK MATCA.

3D tisk plastů

Fused deposition modelling

Proces tisku je založený na nahřátí plastového filamentu nebo granulátu, který se po změknutí extruduje do požadovaného tvaru po vrstvách. Po extruzi ihned tvrdne. Při optimalizaci teploty i rychlosti pohybu trysky se zajistí kvalitní výroba i velmi detailních návrhů. Limitní faktory této technologie jsou výška vrstvy a drsnost povrchu.

Stroje v konsorciu:
Stratasys Fortus 450mc
Prusa i3 MK3s

Material jetting

Tryskání materiálu je jednou z nejrychlejších a nejpřesnějších technologií 3D tisku. Části se zde vytvářejí pomocí kapalných fotopolymerních kapiček, které jsou vytvrzovány pomocí UV lampy. Tiskárna současně tryská pryskyřici z mnoha tiskových hlav najednou, pak dojde k vytvrzení a celý proces je opakuje vrstvu po vrstvě, až do vytvoření hotového výrobku.

Stroje v konsorciu:
Stratasys Objet 500 Connex1
Stratasys Objet J750

Direct Light Processing

Technologie používá pro vytváření výrobku selektivní vytvrzování částí fotopolymerní lázně za pomoci lampy vyzařující viditelné světlo. Toto vytvrzování probíhá vždy po vrstvách. Tento způsob tisku se používá pro velmi detailní návrhy s poměrně nižší drsností povrchu a výškou vrstvy než FDM.

Stroje v konsorciu:
Prusa SL1

Multi jet fusion

Tisk spočívá v nanášení lepidla (vazebného činidla) na plastový prášek. Tím sníží jeho teplotu tání. Po aplikaci infračerveného záření se granulát právě v těchto místech speče. Výsadou této technologie je rychlost produkce částí s vysokou pevností. Ty mohou být, narozdíl od produktů jiných plastových technologií, použity jako funkční mechanické díly.

Stroje v konsorciu:
HP Jet Fusion 3D 4200

Stereolitografie

Stereolitografie (SLA) – je metoda, při které vzniká výrobek vytvrzováním pryskyřice za pomocí světla. Jako zdroj světla slouží nejčastěji UV laserový paprsek. V místech dopadu paprsku světlocitlivá pryskyřice vytvrdne a vytvoří se vrstva tisknutého modelu. Poté se ponoří pracovní deska a celý proces se opakuje. Vytvářejí se další vrstvy až do finální podoby modelu. Tento způsob patří mezi stále oblíbenější metody 3D tisku. Jedním z důvodů jsou precizní výtisky s ostrými detaily a hladkými povrchy. Více >>

Selective laser sintering (sintrování)

Princip technologie spočívá v tavení práškového materiálu, který je po tenkých vrstvách spékán vysoce výkonným laserem. Nejprve je nanesena vrstva prášku v celé ploše stavěcí platformy. Stroj tento materiál předehřeje na teplotu blízkou jeho bodu tání, aby laseru umožnil využít veškerou jeho energii. Výhodou tohoto postupu, ve kterém je vytvářený model neustále obklopen zbytkovým práškovým materiálem, je možná eliminace potřeby dočasných podpor. Výtisky jsou velmi homogenní a disponují vynikajícími mechanickými vlastnostmi.

3D tisk kovů

Selective Laser Melting

Selektivní tavení laserem je výrobní technika, která může tisknout kovové části. Laser se používá k roztavení kovového prášku v místech po sobě jdoucích vrstev. Jakmile dojde k osvícení dané plochy, klesne stavěcí platforma o tloušťku jedné stavební vrstvy níže. Pak se nanese další vrstva materiálu a celý proces se opakuje až do vytištění daného výrobku.

Stroje v konsorciu: TruPrint 1000, SLM 280HL, EOS M290

Electron Beam Melting

Technika tisku spočívá v úplném roztavení kovového prášku nebo drátu pomocí elektronového paprsku. Pro zajištění přímého toku elektronů se snížením nechtěných kolizí s plyny v atmosféře se musí zajistit hluboké vakuum. Díky tomu je možné tisknout i reaktivní kovy jako je například titan. V případě použití prášku se tato metoda velmi podobá Selective Laser Melting.

Laser Engineering Net Shaping

Vstupní surovinou pro tento typ tisku může být buď kovový prášek nebo souvislý kovový drát. Ten je laserem lokálně roztaven a vstříknut na určené místo, kde tuhne. Vysoká přesnost této technologie snižuje potřebu dalšího obrábění výtisku. Díky nižším nárokům na inertizaci atmosféry a absenci práškového lože dokáže tato metoda vyrobit relativně velké díly.

Electron Beam Additive Manufacturing

Tento způsob tisku také využívá jako surovinu kovový prášek nebo souvislý kovový drát. Ten je elektronovým paprskem ve vakuu lokálně roztaven, spečen a ponechán k vytuhnutí. Po vrstvách se takto vyrábí konečný výrobek. Za výhodu oproti Selective laser melting se může považovat vyšší energie elektronového paprsku.

Fused Deposition Modelling

Proces tisku je založený na nahřátí ohebného filamentu obsahujícího kov a plastifikátory (změkčovadla). Ten se po změknutí extruduje po vrstvách do požadovaného tvaru. Po extruzi ihned tvrdne. Při optimalizaci teploty i rychlosti pohybu trysky se zajistí kvalitní výroba i velmi detailních návrhů. Limitní faktory této technologie jsou výška vrstvy a drsnost povrchu.

Binder Jetting

Podstatou Binder Jetting je nanášení lepidla (vazebného činidla) na kovový prášek. To umožní jeho slepení v požadovaných místech. Proces se opakuje po vrstvách až do vytvoření úplného modelu. Při této metodě se užívá práškového lože a teplota dosahovaná při procesu je daleko nižší než třeba při Selective Laser Melting. Takto se dá předejít mnoha negativním termodynamickým jevům užitého materiálu.

Nano Particle Jetting (NPJ)

Tisk je založený na nanášení kovových nanočástic, které jsou společně s kapalným rozpouštědlem nanášeny vrstvu po vrstvě. Po nanesení vrstvy se rozpouštědlo ihned vypaří a zůstává pouze kovová část. Podobně jako u Binder Jetting, požadovaná teplota při tisku je relativně nižší oproti podobným procesům. To umožňuje snížit vliv termodynamických jevů na minimum.

3D tisk ostatních materiálů

Fused Deposition Modelling (FDM)

Metoda identická FDM pro plast, avšak používaná pro jiné materiály. Proces tisku je založený na nahřátí ohebného filamentu z kompozitního materiálu. Ten se po změknutí extruduje do požadovaného tvaru po vrstvách. Po extruzi ihned tvrdne. Při optimalizaci teploty i rychlosti pohybu trysky se zajistí kvalitní výroba i velmi detailních návrhů. Limitní faktory této technologie jsou výška vrstvy a drsnost povrchu.

Paste Extrusion Modelling

Technologie pracuje na principu tisku hustých hmot ve formě pasty. Tato hmota je pod vysokým tlakem vytlačována vrstvu po vrstvě. Vrstva po vytlačení ihned tvrdne. Tento způsob tisku má široký potenciál pro experimentální aplikace v uměleckých projektech, materiálovém výzkumu a dekoracích na zakázku. Díky své jednoduché konstrukci je také bezpečný pro vzdělávací účely a práci s dětmi.

Binder Jetting (BJ)

Podstatou Binder Jetting je nanášení pojiva na práškový materiál (nejčastěji kov, písek nebo sádru). To umožní jeho slepení v požadovaných místech. Jakmile se ukončí tisk vrstvy, nespojený prášek je vysán a může být znovu použit. Proces se opakuje po vrstvách až do úplného vytvoření modelu. Pojivo může obsahovat i 4 základní barvy pro dosažení barevného spektra. Výhodou této metody je rychlý tisk, možnost barevného výtisku a hlavně opětovná možnost použít nevyužitý prášek z tisku. Nevýhodou je, že výsledný výtisk nemá velkou pevnost a jeho povrch zpravidla vyžaduje následné úpravy.

Drop on Demand (DOD)

Jedná se o metodu vytvářející kapky na vyžádání. Roztavené kapičky např. voskového materiálu se nahřívají v tiskové hlavě. Při ohřevu vzniká pára, která zvyšuje tlak. Díky tomu jsou z trysek umístěných na tiskové hlavě vypuzovány proudy kapek. Kapky jsou po dopadu hned zchlazeny a může se tisknout další vrstva. Takto se spojující vrstvy vytváří výrobek při vysoké efektivitě užití materiálu.

Laminated Object Manufacturing (LOM)

Proces tisku spočívá ve vrstvení nejčastěji papírových nebo plastových folií, které se k sobě lepí pomocí rozehřátého válce. Folie má z jedné strany nanesenou tenkou vrstvu lepidla a případně i barvy. Lepidlo se aktivuje nahřátým válcem, který na vrstvu působí jak teplem tak i tlakem. Obrys individuálních plátů je vyřezán pomocí nože, laseru či nahřátého drátu. Výhodou této metody je barvení konečného výrobku přímo v procesu stavby, široká paleta modelování a krátký čas tisku. Nevýhodou je velké množství odpadu, který slouží jako podpory.

Schematické obrázky 3D tiskových technologií jsou použity se svolením prof. Steffena Rittera.