ELEKTRO 1/2014 41 téma Cesta moderní doby – 3D tisk z pohledu technologií Rychlá tvorba prototypůSoučasná doba je velmi uspěchaná. Časy, kdy nebyl problém vývoj nového výrobku po-čítat v řádu mnoha měsíců až let, jsou prav-děpodobně nenávratně pryč. Nyní většina de-signérů, vývojářů či návrhářů prototypů hle-dá cestu, jak daný výrobek otestovat a zařadit do výroby co nejrychleji. Největším problé-mem vlastního vývoje bývá kryt, vnější obal výrobku, a to zvláště při provedení z plastu. Snad každý autor by rád výrobek, prototyp či designovou myšlenku dostal do ruky a otes-toval ještě před investicí v řádu statisíců ko-run do forem na vstřikování plastů. V po-sledních několika letech lze takový prototyp vyrobit v krátké době a za cenu, která je do-stupná i pro menší firmy či jednotlivce. Řeč je o technologiích 3D tisku.Trojrozměrný tisk je proces, který za po-moci technologického zařízení nazývaného 3D tiskárna přemění počítačový model na skutečný fyzický objekt.Obecný postup zahrnuje nejprve vytvoření zmíněného matematického modelu v někte-rém z mnoha 3D programů. Následuje nahrá-ní výsledného objektu ve 3D formátu do post-procesoru tiskárny. Tento program zná para-metry tiskárny a vytvoří kód řídící samotnou práci 3D tiskárny. Postprocesory tiskáren ve většině případů pracují se vstupními daty ve formátu STL, které je možné exportovat v podstatě z kteréhokoliv 3D kreslicího pro-gramu. Získaný kód se přenese do tiskárny, která vytvoří výsledný objekt. Tento článek popisuje několik technologií, které jsou pro tvorbu a tisk 3D objektů využívány.Nanášení taveného materiálu ve vrstvách Tato technologie byla vyvinuta již v roce 1980 Scottem Crumpem a komerčního využití se poprvé dočkala v 3D tiskárnách spo-lečnosti Stratasys, která ji patentovala pod názvem FDM – Fused Deposition Mode-ling. Jde o proces, při kterém se tavený materiál – zpravidla jde o běžné termoplasty – na-náší tiskovou hlavou po velmi tenkých vrst-vách až do vzniku kompletního modelu. Pro jednoduchost si ji lze představit jako tavnou pistoli s počítačově řízeným posunem. Ob-rovskou výhodou této technologie je její re-lativní technologická nenáročnost, která v po-sledních několika letech umožnila vznik hned několika projektů domácích 3D tiskáren pra-cujících na principu tavení a nanášení mate-riálu. I tyto jednoduché 3D tiskárny pracují s vrstvami o minimální síle, dosahující někdy pouhých 50 μm, tedy až dvaceti vrstev na je-den milimetr tištěného objektu. Díky tomu lze i objekt vytvořený 3D tiskárnou na hobby úrovni pro jednoduché výrobky dobře použít.V této kategorii je na trhu dostupných ně-kolik typů 3D tiskáren. Jmenovat lze např. 3D tiskárnu německé firmy Sintermask, za-řízení Fabbster G. Toto zařízení je řízeno plně autonomní elektronikou, dovolující v ose Z dosáhnout rozlišení méně než 10 μm, v osách X a Y rozlišení lepší než 20 μm. Pod-le údajů výrobce je přesnost výsledného vý-tisku při měření oproti počítačovému mode-lu 0,1 mm nebo 0,4 % z měřeného rozměru. Výjimečně dobrých výsledků je dosaženo díky velmi dobré softwarové výbavě – pro-gramu Netfabb, a dále díky unikátní techno-logii tisku nikoliv z návinu materiálu, ale ze speciálních tyčinek, vyráběných vstřiková-ním plastů do formy. Toto řešení umožňu-je dodržet naprosto přesné dávkování mate-riálu, které je největším problémem zařízení pracujících s extrudovaným návinem termo-plastu. Cena tohoto hobby zařízení je přibliž-ně 30 000 Kč bez DPH.FDM a od ní odvozené technologie po-skytují velmi dobrou kvalitu výsledných částí s velkou mechanickou odolností.Stereolitografie Ani technologie stereolitografického tis-ku není žádnou převratnou novinkou – popr-vé byl tento princip tvorby objektu patento-ván již v roce 1986 Charlesem W. Hullem pod hlavičkou společnosti 3D Systems. Stereoli-tografie je princip, při kterém je pomocí svě-telného paprsku (zpravidla v neviditelné UV oblasti) vytvrzována speciální kapalina – tzv. fotopolymer. Tisk začíná na tiskové základ-ně těsně pod úrovní hladiny fotopolymeru. Po vytvrzení první vrstvy základna klesne o jed-nu výšku vrstvy (zpravidla 50 až 150 μm) pod hladinu. Materiál byl původně vytvrzo-ván výhradně laserovým paprskem, vychy-lovaným pomocí dvojice zrcátek. S vývojem projektorů DLP je nyní celá vrstva již běžně vytvrzována najednou „promítnutím“ jejího obrazu na hladinu fotopolymeru. Cena pro-jektorů DLP v posledních několika letech vý-razně klesla, proto je v současnosti již mož-né tiskárnu na principu stereolitografie pořídit za asi 200 až 300 tisíc Kč. Nevýhodou těchto zařízení zpravidla bývá malý tiskový prostor o rozměru několika centimetrů, nespornou výhodou však je výjimečná přesnost a jem-nost detailů výsledných objektů.Petr Tůma, 4ISP, s. r. o.Obr. 1. Forma s chladicími kanálky vytvořená technologií DMLS (řez)Obr. 2. Objekty z různých typů tisku (shora: bílá – SLS, šedá – DLMS, průhledná – FLT)Obr. 3. Kloubní náhrada vytvořená pomocí technologie EBM