3D nyomtatás: hogyan működik, hol találhatunk nyomtatható modelleket és hogyan lássunk hozzá?

A 3D nyomtatás alapjai - TARTALOM

1. Hogyan működik a 3D-s nyomtató?
2. Hogyan válasszunk 3D-s nyomtatót: funkciók, paraméterek és márkák
3. Mi szükséges a 3D-s nyomtatáshoz?
4. Mit lehet 3D-s nyomtatón előállítani és hol lehet sablon modelleket beszerezni?

Hogyan működik a 3D-s nyomtató?

A 3D-s nyomtatás az additív (hozzáadásos) gyártási technológiák egyik típusa, ami azt jelenti, hogy a termékek előállítására az anyag fokozatos hozzáadásával kerül sor. Ez különbözik mind a CNC megmunkálástól, mind a marástól, amely éppen fordítva, az anyag eltávolításán alapszik, tehát a termékek vágásán, vagy az anyag alakításán öntőformák felhasználásával. Bár ez a két eljárás nagyon gyors és előnyös a tömeggyártásban, komoly szervezeti és pénzügyi hátteret, szakmai személyzetet és sok képzést igényel.  3D-s nyomtató segítségével viszont rövidebb idő alatt legyárthatjuk a számunkra szükséges alkatrészt vagy tárgyat, mint amennyibe telne az öntőformák előállítása. A 3D-s nyomtatás ugyan lassabb, mint a hagyományos gyártási technológiák, de mivel a 3D-s nyomtatás nem igényel hosszas előkészületeket, s szinte azonnal nyomtathatunk, így mégis ideális technológia az egyedi kis darabszámú gyártáshoz vagy otthonunk fejlesztéséhez.

A háromdimenziós tárgyak nyomtatásának két alapvető módszerét különböztetjük meg - az FDM (FFF) és az SLA. Mindkét alapelvet bemutatjuk az alábbiakban. Fontos szempont, hogy az FDM nyomtatók sokkal elterjedtebbek és népszerűbbek. Az alap fogyasztói áruk alacsonyabb, és nagyon sokféle anyagból képesek nyomtatni. Noha az SLA nyomtatóknál nincsenek jelen ezek az előnyök, a nyomtatási pontosság, az apró részletek megvalósításának és a sima felület létrehozásának képessége szempontjából az FDM nyomtatók velük össze sem hasonlíthatók. A két nyomtatási technológia működésének megértése után egyértelművé válik, hogy miért.

FDM (FFF) 3D-s nyomtatás

Az FDM a Fused Deposition Modeling kifejezés rövidítése, de a Stratasys cég védjegye, tehát bár a 3D-s nyomtatással foglalkozó közösségek széles körben használják, a kifejezés általában nem található meg a gyártók webhelyein. A technológia helyes neve tehát az FFF (Fused Filament Fabrication), amelyet olvasztott filamentszállal történő gyártásnak lehetne fordítani. A technológia a szálformában meglévő filament megolvasztásán és ellenőrzött elosztásán alapul.

Maga az FFF módszerű 3D-s nyomtatás a következőképp működik: a nyomtatási anyag (filament) szál formájában kerül a nyomtatóba. Ezután  a nyomtatófejben (extruder) megolvad, majd az adagolófejen átnyomva rétegekben a kívánt termékké alakul. A 3D-s nyomtatás alapja a vékony rétegek pontos létrehozása. A nyomtatófej a nyomtató platform (ágy) felett mozog a 3D-s modell alapján betáplált utasítások szerint, és alulról felfelé rétegenként megalkotja a terméket.

Ez a nyomtatási módszer pontos, de precizitása az adagolófej felbontásától függ. Ugyanakkor néhány hátránya is van, például az, hogy a nyomtatási anyag tulajdonságai hűlés közben megváltoztathatnak, és váratlanul összeeshet (milliméteres nagyságrendben). Ezért a nyomtató platform általában szintén hevített. Hőmérséklete a használt filament függvényében változik, de általában 50 és 120 ° C között van - így az anyag hűlése legalább részben szabályozható. A nyomtatófejben az olvasztott anyag hőmérséklete rendszerint 190–280°C között van, de az általánosan használt anyagok esetében maximum 230°C-on.

Az FFF 3D-s nyomtatás előnyei azonban túlsúlyban vannak a hátrányokkal szemben. Alapvető előnye az alacsony beszerzési és üzemeltetési költségek. Standard FFF 3D-s nyomtatók már 100 000 Ft. alatt kaphatók. Ezeknél csak minimális alkatrészcserére van szükség, és számos, különböző színű és tulajdonságú nyomtatási anyag közül lehet választani. Sokfajta tárgy nyomtatására alkalmasak: tartós, törékeny, szilárd, rugalmas, sötétben világító, vezetőképes, fát utánzó, és így tovább. Ezen felül az FFF nyomtatóval történő nyomtatás gyors - csak készítsd el vagy töltsd le a modellt, alakítsd át a nyomtatónak megfelelő utasításokká, és már nyomtathatod is. Ezért ez a fajta nyomtató kiválóan alkalmas prototípusok készítésére, még azok számára is, akik a 3D-s nyomtatójukat szeretnék praktikus eszközként, mindennapi használatra igénybe venni.

SLA 3D-s nyomtatás (sztereolitográfia)

Az SLA típusú 3D-s nyomtatás teljesen más elvre épül, mint az FFF. Annak ellenére, hogy szintén additív (hozzáadásos) előállítási folyamatról beszélünk, itt már nem játszanak szerepet a magas hőmérsékleten megolvasztott filament szálak vagy a termék alakját követő mozgó nyomtatófej. Az SLA módszerű 3D-s nyomtatás sokkal futurisztikusabb: az alapja a fotoreaktív gyanta (angolul resin) fokozatos megkeményítése lézerfénnyel vagy diódákkal.

A folyamat azzal kezdődik, hogy egy vékony réteg folyékony gyantát öntünk egy tartályba, amelybe aztán a nyomtató platform is belemerül. A tartály alját ezután ellenőrzött módon alulról besugározzuk rendkívül pontosan irányított lézerfénnyel, melynek köszönhetően a gyanta fokozatosan megkeményedik és a nyomtató platformhoz vagy az előző réteghez tapad. A fény természetesen úgy van irányítva, hogy csak a termékréteget alkotó területeket érintse meg. Amikor az egyik réteg elkészült (teljesen megszilárdult), a nyomtatási platform megemelkedik, és a lézerfény új réteget képez. A rétegek magassága tized, vagy akár század milliméter nagyságrendű. A nyomtatott terméket a nyomtató mindig felülről tartja, így gyorsított felvételekben úgy néz ki, mintha a terméket fokozatosan kihúzták volna a gyantatartályból.

Fontos megjegyezni, hogy még az SLA 3D-s nyomtatók is különböznek egymástól, leginkább a gyanta besugárzására használt lézerfény típusában. Az alapvető technológiák a lézer SLA, a DLP SLA (Digital Light Processing) és az MSLA (Masked SLA). A lézer SLA fokozatosan sugározza a réteget egyetlen vékony lézersugárral, ami meghosszabbítja a folyamatot. A DLP SLA projektort használ a teljes réteg besugárzásához, így a folyamat gyorsabb. Manapság azonban az MSLA elv tekinthető a legkorszerűbbnek, amely hasonlóan működik, mint a DLP, de projektor helyett LCD kijelzőt használ, gyakran UV diódákkal kombinálva. A diódák fényforrásként szolgálnak, az LCD pedig maszkként, mely az UV fényt  a nyomtatandó réteg alakjára formálja.

A nyomtatófej mechanikus mozgatása helyett a fény használatának köszönhetően az SLA 3D-s nyomtatók sokkal pontosabbak, mint az FFF nyomtatók, és ugyanezen okból képesek rendkívül sima felületű tárgyakat létrehozni. Tehát ha gyakran akarsz rengeteg részletből felépülő modelleket nyomtatni, akkor az SLA technológiát pont neked találták ki. Természetesen ennek a technológiának is megvannak a korlátai,  elsősorban a fotoreaktív gyantákkal kapcsolatban. Ár, a kínálat szélessége vagy az anyag tulajdonságai szempontjából nem lehet őket az FFF nyomtatásnál alkalmazott filamentekhez hasonlítani. Bármit is kívánsz nyomtatni, FFF nyomtatás esetén szinte mindig megtalálod az ideális filamentet, de ez nem mindig mondható el az SLA nyomtatáshoz használt gyanták esetében.

Hogyan válasszunk 3D-s nyomtatót: funkciók, paraméterek és márkák

Ha úgy döntöttél, hogy 3D-s nyomtatót szeretnél vásárolni, akkor biztosan érdekelni fog, hogy egyes modellek miért drágábbak, mint mások, és miként különböznek paramétereikben és a funkcióikban. 3D-s nyomtatót vásárolhatunk kisebb összegért vagy akár több százezer forintért is. Annak eldöntése érdekében, hogy van-e értelme befektetned egy drágább modellbe, vagy elég lehet egy alapmodell, fontos, hogy tisztában legyél legalább a nyomtatók alapvető paramétereivel és funkcióival. Tehát mire kell figyelni választáskor?

• Nyomtatási technológia: Fentebb részletesebben kifejtettük, hogyan működik a 3D-s nyomtatás két fajtája. Ha először vásárolsz 3D-s nyomtatót, akkor valószínűleg érdemesebb az univerzális FDM / FFF technológiát választani.
• Nyomtató platform mérete: Ez a paraméter kritikus fontosságú, különösen, ha nagyobb termékeket akarsz nyomtatni. Ugyanakkor ez az egyik paraméter, amely jelentősen befolyásolja a 3D-s nyomtató árát.
• Támogatott anyagok: A 3D-s nyomtatók többnyire sokoldalúak. Egyes modellek csak bizonyos anyagokat támogatnak, mások szinte bármilyen anyagot képesek nyomtatni. Mielőtt 3D-s nyomtatót vásárolsz, gondold át, hogy milyen anyagokból szeretnél nyomtatni. Cikkünkben, 3D nyomtatás: Hogyan és milyen filamentet válassz? , sok kérdésedre választ találhatsz, így segíthet a döntéshozatalban. A leggyakoribb és univerzálisan használt filament az ABS és a PLA .
• Nyomtatási sebesség: A 3D-s nyomtató sebessége kétségtelenül fontos, különösen akkor, ha gyorsan nagyszámú nyers prototípust kell készítened. A nagyobb nyomtatási sebesség jelentősen csökkenti a minőséget, ezért a maximális nyomtatási sebesség nem mindig a legfontosabb paraméter, mégis tanácsos azt figyelembe venni.
• Nyomtatási felbontás: A nyomtatási felbontás nagyban befolyásolja a 3D-s nyomtatóval előállított termékek pontosságát. A felbontást vízszintes és függőleges felbontásra osztjuk. A vízszintes felbontás azt a minimális távolságot jelenti, amelyet a nyomtatófej az X és Y tengely mentén képes mozogni (SLA nyomtatók esetében ez a kivetített fény felbontása). A függőleges felbontás egy nyomtatott réteg minimális vastagságát jelenti. Az FDM nyomtatók tizedmilliméteres pontossággal képesek nyomtatni (maximum 0,2 mm), míg az SLA nyomtatók századmilliméteres pontossággal (maximum 0,02 mm). A sokkal magasabb felbontás a fő oka annak, hogy az SLA 3D-s nyomtatók pontosabban nyomtatnak, mint az FDM / FFF.
• A nyomtató teljes mérete: Természetesen a nyomtató teljes mérete is fontos. Ez dönti el, hogy elhelyezheted-e a nyomtatót a számítógép mellett az asztal szélén, vagy külön munkaállomást kell neki kialakítanod.
• Összeszerelés: A 3D-s nyomtatókat kétfajta kicsomagolásban lehet megvásárolni - „készletként” és kész darabként. A készletek sem egyformák - egyes nyomtatók összeszerelése akár egy órákat is igénybe vehet, mások maximum tíz perc alatt összerakhatók. Ezért mindig gondosan olvasd el a termék leírását, hogy kicsomagolásakor ne érjen meglepetés. Kicsomagolás után feltétlenül olvasd el a 3D-s nyomtató összeszerelésére és használatára vonatkozó utasításokat, mert bár a darabokban történő vásárlás nem rossz ötlet, az összeszerelés lesz lelkesedésed és türelmed első próbája, és mindkettőre biztosan szükséged lesz a 3D nyomtatáshoz .

Számos 3D-s nyomtató gyártó működik a piacon. Röviden tekintsük át a legfontosabbakat.

Prusa

A márka, amelyet a cseh  feltaláló, Josef Průša alapított, hírnevet szerzett az egész világon és manapság olyan minőségű otthoni nyomtatókat gyárt, amelyeket a világ legjobb 3D-s nyomtatóinak lehet nevezni. Az összes Prusa nyomtatót open-source hardware-ként, tehát nyílt forráskódú hardverként gyártják, ami azt jelenti, hogy tervezésük szabadon nyomon követhető és letölthető az internetről, és ha valamilyen egyedi fejlesztést dolgozol ki, megvalósítása viszonylag egyszerű lesz. A Prusa nyomtatók azonban nem a legolcsóbb nyomtatók, és gyakran kell várni rájuk, mivel a kereslet messze meghaladja a kínálatot. De ha olyan nyomtatót szeretnél, amely a mai 3D-s nyomtatási trendek meghatározója, akkor mindenképpen megéri Prusa 3D nyomtatóba fektetned.

CREAlity

Ha nem kívánsz százezrekért vásárolni nyomtatót, de összességében jó minőségű kezdő modellt szeretnél, akkor legjobb egy Creality nyomtatót vásárolni. E márka modelljei kiváló minősítést kapnak a szakmai folyóiratok áttekintéseiben, számos díjjal együtt. Fő előnyük az alacsony ár és a könnyű megvásárolhatóság. A CREAlity viszonylag nagy mennyiséget gyárt, amely Kínában zajlik, s képes kielégíteni a keresletet, így  3D-s nyomtatóik általában raktáron vannak és azonnal megrendelhetők. Tehát ha minőségi nyomtatót szeretnél megfizethető áron, akkor a CREAlity modellek valószínűleg megfelelnek majd igényeidnek.

Mi szükséges a 3D-s nyomtatáshoz?

A 3D-s nyomtató megvásárlása a legnagyobb és legfontosabb lépés ahhoz, hogy nekiláthass a 3D-s nyomtatásnak, de nem az egyetlen. Mi egyébre lesz szükséged 3D-s nyomtatáshoz?

• 3D-s nyomtató: egyértelmű, hogy 3D-s nyomtatáshoz 3D-s nyomtatóra van szükséged. A megfelelő nyomtató kiválasztásáról cikkünk előző részeiben beszélünk.
• 3D-s modellek: A 3D-s nyomtatáshoz szükséges modelleket saját magad készítheted, vagy letöltheted az internetről. A cikk utolsó fejezetében megtudhatod, hol találsz letölthető modelleket.
• Számítógép: A nyomtatandó modelleket vagy létre kell hoznod vagy le kell töltened, majd elő is kell őket készítened 3D nyomtatáshoz. Mindez számítógép nélkül nem megy. A számítógép a nyomtató firmware frissítése és egyéb feladatok elvégzése szempontjából is fontos. Bár hardver szempontjából nincs szükséged különösebben nagy teljesítményre, egy 4 GB-nál kevesebb RAM-mal rendelkező régi számítógép nem fog jól működni.
• Slicer, avagy szeletelő program (3D nyomtatási szoftver): Ha már megvan a szükséges 3D-s model a számítógépeden, azt át kell alakítanod a 3D-s nyomtató számára érthető utasításokká. Pontosan erre szolgál a szeletelőnek nevezett szoftver. Azért van rá szükség, mert a modellt digitális rétegekre kell szeletelni, amelyekből a nyomtató felépíti a terméket. A szeletelő programért nem kell külön fizetni, mivel megtalálhatók ingyenesen letölthető szoftverként a nyomtató gyártójának webhelyén.
• Filament: Az FDM / FFF nyomtatók nyomtatóanyagát filamentnek nevezzük, amely szállá formázott hőre lágyuló műanyag, amelyet orsókra tekerve árulnak. Az átmérője fontos, de az otthoni nyomtatók túlnyomó többsége 1,75 mm vastagságú szálakkal nyomtat. A témáról többet is megtudhatsz cikkünkben: 3D nyomtatás: Hogyan és milyen filamentet válassz?
• Szerszámok: A 3D-s nyomtató alkatrészeinek összeszerelése mellett máskor is szükséged lesz szerszámokra, például amikor a termék annyira odatapad a nyomtató platformhoz, hogy azt kézzel nem lehet eltávolítani. Ilyen és egyéb esetekben is tanácsos, hogy legyen kéznél spakli , kés , csipesz , csavarhúzó, többfajta kulcs , fogó , vagy zseblámpa.

Mit lehet 3D-s nyomtatón előállítani és hol lehet sablon modelleket beszerezni?

A 3D-s nyomtatón elkészíthető termékek felsorolása helyett könnyebb lenne összefoglalni azt, ami nem készíthető rajta. A 3D nyomtatás kihasználását csak a kreativitás, türelem, a műszaki ismeretek és a fizika törvényei korlátozzák. Használóik hangszereket, háztartási eszközöket, ruhákat, emberi testrészek modelljeit vagy orvosi segédeszközöket is készítenek 3D-s nyomtatóval. Mindent amit csak el tudsz képzelni, megtervezhetsz és legyárthatsz, ha elegendő ismerettel rendelkezel. A modellezéshez használhatsz ingyenes szoftvereket, mint például a SketchUp Free és a FreeCAD, vagy akár a Blender és a Paint 3D, amelyek minden Windows 10 számítógépen megtalálhatók.

Minden kezdő biztosan értékelni fogja, hogy ingyenes letölthető sablonok találhatók az interneten. Így nem kell modellezéssel küszködnöd, csak letöltöd az STL fájlt és előkészíted 3D-s nyomtatáshoz a szeletelő szoftverben. Tehát hol találhatók 3D modellek? Számos olyan weboldal létezik, amelyek ingyenes 3D modelleket kínálnak az interneten. A legnagyobbak és legismertebbek közé az alábbiak tartoznak.

Letölthető 3D-s modellek

• Thingiverse: ingyenes 3D modellek legnagyobb adatbázisa, nagyon aktív közösséggel.
• Cults: ellenőrzött 3D modelleket tartalmazó adatbázis ingyenesen vagy térítés ellenében. A közösségi modellek mellett professzionális tervrajzok is találhatók az oldalon.
• Pinshape: tiszta adatbázis, ahol a legtöbb tartalom ingyenesen letölthető.
• MyMiniFactory : 3D modellek átfogó adatbázisa bizonyított nyomtathatósággal. Rengeteg modell ingyenesen letölthető a készítőnek történő önkéntes hozzájárulás lehetőségével.

Ha elsajátítod a 3D-s nyomtatók használatát és a modellekkel történő munkát, akkor szinte korlátlan lehetőségeket kínáló világ nyílik meg előtted. Elkészíthetsz szinte bármit, ami csak eszedbe jut. Bár türelemre mindenképp szükséged lesz, mert még a 3D-s nyomtatók sem működnek hibátlanul minden alkalommal.