Mi az a 3D nyomtatás?

A 3D nyomtatás egy olyan gyártási folyamat, amely digitális fájlból háromdimenziós, fizikai tárgyat hoz létre. Ezt a folyamatot additív gyártásnak nevezik, ami azt jelenti, hogy az anyagot hozzáadják, nem pedig eltávolítják.

A 3D nyomtatás során egy 3D-s digitális tervet hoz létre egy 3D modellező programban, az úgynevezett CAD szoftverben, majd egy 3D nyomtatóval anyagrétegeket készít a kész tárgy kialakításához. Vállalkozások, kutatók, egészségügyi szakemberek, hobbisták és még sokan mások használják a 3D-nyomtatást különböző alkalmazásokhoz.

Az alábbiakban áttekintjük, hogyan jött létre a 3D nyomtatás, hogyan működik, mire használják, és mit tartogat a jövő e technológia számára.

A 3D nyomtatás története (és jövője)

Az 1980-as évek elején jelent meg a 3D nyomtatási technológia, de akkor még gyors prototípusgyártási technológiaként vagy RP-ként ismerték. 1980-ban a japán Dr. Kodama szabadalmi kérelmet nyújtott be az RP technológiára, de az eljárás nem fejeződött be.

1984-ben Charles „Chuck” Hull feltalálta az általa sztereolitográfiának nevezett eljárást, amely UV-fényt használt az anyag megszilárdításához és a 3D-tárgy rétegenkénti létrehozásához. Hull 1986-ban szabadalmat kapott a sztereolitográfiás készülékére, azaz az SLA gépre.

Más 3D nyomtatási eljárásokat és technológiákat is kifejlesztettek ugyanebben az időben, és a további fejlesztések az 1990-es években és a 2000-es évek elején folytatódtak. A 3D nyomtatási technológia elsődleges fókusza mégis a prototípusgyártás és az ipari alkalmazások voltak.

A 3D nyomtatási technológiára 2000-ben kezdett felfigyelni a mainstream média, amikor elkészült az első 3D nyomtatott vese, bár a 3D-s vese sikeres transzplantációjára csak 2013-ban került sor. 2004-ben a RepRap Project egy 3D nyomtatóval kinyomtatott egy másik 3D nyomtatót. További médiafigyelmet 2008-ban az első 3D-nyomtatott művégtag hívta fel magára a figyelmet.

Hamarosan további 3D-s előrelépések következtek, köztük egy 3D-nyomtatott ház, amelybe 2018-ban költözött be egy család.

Ma már a 3D nyomtatás nem csak a prototípusokról és az ipari gyártásról szól. Hobbisták, tudósok és mindenki a kettő között használja a 3D nyomtatást termékek gyártásához, fogyasztási cikkekhez, orvosi fejlesztésekhez, oktatási anyagokhoz és még sok máshoz. Gyorsan egyre hasznosabbá válik a mindennapi fogyasztók számára.

Oscar Adelman, a Remi vezérigazgatója szerint az eljárás egyre népszerűbb például a fogászati iparban. A 3D nyomtatás pontossága hihetetlenül lenyűgöző, és a fogászati ügyfelek akár 80 százalékot is megtakaríthatnak a termékeken a hagyományos fogorvosi irodai árakhoz képest.

„Ahogy a nyomtatási technológia egyre gyorsabbá, olcsóbbá és elterjedtebbé válik, azt fogjuk látni, hogy az olyan iparágak, mint a fogászati ágazat, egyre nagyobb mértékben támaszkodnak majd erre a technológiára a mindennapi eljárások során” – mondja.

Hogyan működnek a 3D nyomtatók

Többféle 3D nyomtatási technológia létezik, köztük az olvasztott leválasztású modellezés (FDM), más néven olvasztott szálas gyártás (FFF). Az FDM a legelterjedtebb és legnépszerűbb módszer, és a legtöbb megfizethető árú 3D nyomtatóban alkalmazzák.

Az FDM nyomtatási módszer egy műanyagból készült filamentumot használ, ami kicsit olyan, mint egy madzag. A filamentet egy tekercsről egy fűtött fejbe vezetik, amely megolvasztja a műanyagot. A fej az olvadt műanyagot a gép ágyára extrudálja. A fej 2D-ben mozog az ágy felett, és lerakja az első anyagréteget.

Ha az első réteg elkészült, a fejet az első réteg vastagságával feljebb mozgatja, és a következő réteget rakja le a tetejére. Az alkatrész rétegről rétegre épül fel, mintha egy kenyeret szeletről szeletre sütnénk.

A népszerű FDM 3D nyomtatók közé tartozik a MakerBot és az Ultimaker.

Példa a 3D nyomtató használatára

Íme egy pillantás arra, hogyan működhet egy egyszerű 3D nyomtatás egy FDM nyomtatón.

Töltse le a nyomtatni kívánt 3D modellt, vagy tervezzen egyet saját maga.

• Ha még nem az, konvertálja a modellt 3D nyomtatási formátumba, például STL fájlba.
• Importálja a modellt szeletelőszoftverbe, például a MakerWare, a Cura vagy a Simplify 3D programba.
• Állítsa be az építést a szeletelőszoftverben. Döntse el, hogyan orientálja a modellt a 3D nyomtatón. FDM esetén minimalizálja a 45 foknál meredekebb túlnyúlásokat, mivel ezekhez támasztószerkezetekre van szükség.
• Exportálja a programot, ami jellemzően egy G-kód fájl. A szeletelőszoftver a modellt és az Ön által megadott építési konfigurációt utasítássorozattá alakítja. A 3D nyomtató ezt követve építi meg az alkatrészt.
• A programot SD-kártya, USB vagy Wi-Fi segítségével továbbítsa a 3D nyomtatóra.
• Nyomtassa ki a modellt a 3D nyomtatón.

A 3D nyomtatógépek egyéb típusai

Az FDM nyomtatókon kívül a 3D nyomtatási módszerek közé tartozik még a sztereolitográfia (SLA), a digitális fényfeldolgozás (DLP), a szelektív lézersinterezés (SLS), a szelektív lézerolvasztás (SLM), a laminált tárgyak gyártása (LOM) és a digitális sugárolvasztás (EBM).

Az SLA a legrégebbi 3D nyomtatási technológia, amelyet ma is használnak. A DLP világítást, valamint polimereket használ, míg az SLS lézert használ áramforrásként az erős 3D-nyomtatott tárgyak létrehozásához. Az SLM, a LOM és az EBM nagyrészt kiesett a népszerűségből.

A 3D nyomtatás jövője

Vajon a 3D nyomtatás az igény szerinti, személyre szabott termékek jövőjébe vezet, amelyek azonnal a pontos specifikációink szerint készülnek? Bár ez egyelőre nem világos, a 3D nyomtatási technológia gyorsan növekszik, és számos területen alkalmazzák.

A házak, testszervek, például vesék és végtagok 3D nyomtatása és más fejlesztések képesek arra, hogy világszerte számtalan ember életét javítsák.