3D nyomtatás

Mindennapjaink részévé válik

A 3D nyomtató egy olyan eszköz, ami háromdimenziós tárgyakat képes alkotni térbeli digitális modellekből. Jelenlegi fő alkalmazásterülete a gyors prototípuskészítés, de a technológia fejlődésével a kisebb sorozatú ipari alkalmazásra is lehetőség nyílhat.

Amikor egy tárgyat, mondjuk egy gépalkatrészt el kívánunk készíteni, akkor ehhez eddig az a módszer volt az egyetlen járható, hogy fogtunk egy anyagtömböt és forgácsoló szerszámmal – lehet ez akár számítógép vezérlésű eszterga vagy marógép is – eltávolítottuk a felesleges részeket. Maradt a hasznos tárgy. Ezt a hagyományos eljárást szubtraktív gyártásnak is szokták nevezni.

A 3D nyomtató ún. additív gyártási eljárás, vagyis apró részek összeforrasztásával készít tárgyakat. Úgy képzeljük ezt el, mint ha egy hagyományos nyomtató a papírra nyomtatott vékony festékréteg elkészítése után nem állna meg, hanem arra újabb és újabb rétegeket nyomtatna. A festék vastagsága folyamatosan nőne, míg nem már térbeli tárggyá vastagodna.

A háromdimenziós nyomtatást megelőzi a digitális modell készítése. Ezt számítógépen futó tervező vagy egy 3D animációs szoftver segítségével lehet felépíteni. Egy meglévő testről 3D szkenner segítségével is készíthető digitális modell. A különböző formátumú modelleket a szoftver vékony, azonos vastagságú vízszintes virtuális rétegekre szeleteli.

Nyomtatáskor a gép beolvassa a modell adatait és sorban egymásra illeszkedő rétegeket képez folyadékból, porból vagy sík lemezekből, ilyenformán fokozatosan felépíti a modellt a metszetekből. Ezeket a rétegeket, amelyek alakra és vastagságra megegyeznek a virtuális modell metszeteivel, egymáshoz köti vagy automatikusan egymáshoz tapadnak. A háromdimenziós nyomtatási módszer legnagyobb előnye, hogy majdnem minden formát vagy geometriai testet elő tud állítani.

A kinyomtatott háromdimenziós tárgy pontossága a nyomtató felbontásától és a nyomtatott réteg vastagságától függ. A szokásos rétegvastagság körülbelül 100 mikro-m (0,1 mm), de vannak olyan nyomtatók, melyek 16 mikro-m vastag rétegeket képeznek. A réteg síkjában a felbontás a lézernyomtatókéhoz hasonló. A részecskék – 3D „pontok” – átmérője 0,05-0,1 mm.

Egyes háromdimenziós nyomtatók kétféle anyagot használnak fel az alkatrészek előállításához. Az első anyag képezi az alkatrészt magát, a másik a nyomtatás alatt az egyes részek alátámasztására szolgál. A támasztó anyagot az eljárás befejezése után leolvaszthatják, vagy leoldhatják oldószerrel, vízzel.

A különböző additív technológiák alapelve hasonló, de más-más alapanyagokkal dolgoznak, illetve különböző technológiai megoldásokkal érik el a felépülő modellt alkotó egyes rétegek kötését. Ha jobban belegondolunk, a 3D nyomtatás alapanyaga bármilyen anyag lehetne, ami a nyomtatási folyamat során egymáshoz képes ragadni, és nem is változtatja meg a formáját túlságosan nagy mértékben. Nyomtathatnánk akár cukorral is! Lényeg, hogy legyen az alapanyag szilárd rúd forma helyett folyékony, a nyomtatófej melegített extruder helyett egy fecskendő, és már kész is egy házi karamellnyomtató!

A gyakorlatban a kereskedelmi forgalomban kapható 3D nyomtatók zöme a műanyag laminálási technológiával szilárd, de mégis rugalmas modelleket állít elő PVC alapú műanyagból. Más háromdimenziós nyomtatók eltérő technológiákat és alapanyagokat használnak, ez az esetek túlnyomó többségében valamiféle por, fém, de lehet akár üveg is. A NASA kutatóközpontjában egy fémnyomtató-technológián dolgoznak.

A mai technológiákkal egy modell kinyomtatása néhány órától néhány napig tart az alkalmazott módszer, valamint a test méretétől és bonyolultságától függően. Ha ennek a technológiának a termelékenységét össze akarnánk vetni a hagyományos fröccsöntéses vagy forgácsolás-technikán alapuló módszerekkel, akkor arra jutnánk, hogy sorozatgyártásban, pláne tömeggyártásban az utóbbiak jelenleg sokkal gazdaságosabb. A háromdimenziós nyomtatás előnye leginkább a bonyolult formájú egyedi tárgyak készítésekor jön ki, bár a jövőben az additív gyártás gyorsabb, rugalmasabb és olcsóbb lehet kis darabszám esetén is.

Gondoljunk csak arra, amikor a tervezők el akarják készíteni az első modelleket – egyedi darabokat! Vagy gondoljunk a fogászatra, a fogpótlásra, vagy az orvostudomány számtalan területén a különböző protézisek elkészítésére. Mind-mind teljesen egyedi darab, amelynek ráadás valóban tized, század milliméter pontosságúnak kell lennie. Ezeken a területeken már ma is terjed a háromdimenziós nyomtatás.

A 3D nyomtatás segítségével könnyedén, gyorsan és nagy pontossággal készíthetőek tetszőleges geometriájú modellek, melyek a tervezést követő, jellemzően néhány órás építési folyamatot követően kézbe vehetők. Szerszámozási költségek, vagy bonyolultabb gyártástechnológia műveletek, utómunkálatok nélkül elkészíthetők a kívánt darabok.