3D nyomtatás - additív gyártástechnológiák
Napjainkban a 3D nyomtatás egyre nagyobb teret hódít, köszönhetően annak, hogy az egyes technológiákhoz már elérhető áron férhetünk hozzá.
A 3D nyomtatás fogalma 1955-ből ered. Jim Bredt és Tim Anderson úgy alakítottak át egy tintasugaras nyomtatót, hogy a tinta fecskendezése helyett különböző rétegeket olvasztott egymásra a gép. A rétegről rétegre felépített objektum így térbeli formát öltött. 1980-ban több szabadalom is született, az egyik irány a Stereolithography (SLA), vagyis sztereolitográfia, ami Dr. Carl Deckard nevéhez fűződik, a másik az olvasztásos technológia, angol nevén Fused deposition modeling (FDM). Gyors prototípusgyártáshoz még a szelektív lézer szinteres (SLS) technológiát szokás alkalmazni, ez a technológia képes fémet is nyomtatni (DMLS -Direct Metal Laser Sintering). A rétegről rétegre felépített fémport nagy energiájú lézernyalábbal olvasztják egymáshoz.
3D nyomtatási technológiák
Az additív gyártástechnológiák (FDM, EBF, DMLS, EBM, SHS, SLS, PP, LOM, SLA, DLP) eltérő módon, ám lényegében hasonló eljárással készítik el a térbeli formát. A gép rétegről rétegre építi fel a térbeli tárgyat. A kiindulás mindig egy virtuális modell, melyet a célszoftver nyomtatás előtt értelmezhető utasításokra alakít át. Főként a gyors prototípusgyártásban (Rapid prototyping) használják ezeket a technológiákat, mivel az előállítási idő hetekről akár 1-2 napra is le tud csökkeni. A prototípus gyors elkészítésnek köszönhetően hamar lezárulhat a fejlesztési szakasz, így következhet a szerszám készítése a sorozatgyártáshoz vagy akár a szerszám is elkészíthető 3D nyomtatással. Egyre gyakrabban használják a 3D nyomtatást kis szériás vagy egyedi tárgyakhoz a produktum végső elkészítéshez.
Rapid prototyping - forrás: google.com
A 3D nyomtatás fejlődésével bővült a nyomtatható anyagok köre is. Ám még jelenleg is a fém nyomtatás költséges eljárás, ezért létrejöttek alternatívák: egyes nyomtatók olcsón, egyszerűen tudnak viaszt nyomtatni, amiből később viaszveszejtéses eljárással fém tárgy készíthető. Egyes műgyanta nyomatokat (pl.: Objet) fel lehet használni elvesző mintának precíziós öntéseknél. A kéregképzés után a mintát el kell párologtatni az öntőformából, az így kialakult negatív térbe önthető a folyékony fém.
Kutatásaim
Villanykörte 3D nyomtatott armatúrája
Kutatásaim során PolyJet és FDM nyomtatókat használtam. Az olvasztásos FDM technológia nagy előnye, hogy nagy szilárdságú műanyagot használ (ABS, PLA), hátránya a többi technológiával szemben, hogy az olvasztás következtében a kezdő és végpont találkozásánál több anyag keletkezik, így némi felületi eltérés mutatkozik. A többi nyomtatási eljáráshoz képest talán itt mutatkozik meg legjobban a réteges felépítés (általában 100 mikronos rétegvastagság).
A PolyJet technológiát használó Objet nyomtatók jobb felbontásra képesek (akár 16 mikron), valamint a támaszanyag könnyen kimosható a tárgy körül sima vízzel, így nem károsodik a tárgy a támaszanyag leválasztásánál. Hátránya viszont a műgyanta anyag fizikai korlátaiból erednek. Jóval gyengébb és nagyságrendekkel kevésbé hőálló, mint egy ABS vagy PLA műanyag.
A CAM (Computer Aided Manufacturing) vagyis a számítógéppel segített gyártás leegyszerűsíti a tárgy gyárthatóságának vizsgálatát és előkészítését a végleges gyártáshoz. A virtuális térben megszerkesztett majd kiexportált fájlt a 3D nyomtató leképezi a valós térben és elkészül a fizikai objektum. Egy példával szemléltetem az eljárást: épületfotózáshoz használt tilt-shift lencse nagy hátránya, hogy nehéz szűrőt használni hozzá. A frontlencse kialakítása nem teszi lehetővé a gyakran használt szűrő rögzítését, beépített szűrőtartóról pedig nem gondoskodtak a tervezők. Mi a teendő? A tilt-shift lencséhez használt extender gyűrű méretvétele után elkészítettem a virtuális modellt, majd FDM technológia segítségével valós alakot öltött. Így most már használható a lencse szűrővel együtt is.
Virtuális modell és a 3D nyomtatással előállított kész tárgy
A 3D nyomtatás nem csak közvetve segíti a tárgy létrejöttét (prototípus elkészítésénél), hanem közvetlenül kész produktum is készíthető. Mi sem szemlélteti jobban ezt, mint a Shapeways, a világ legnagyobb 3D nyomtatással foglalkozó cége. A honlapon a felhasználók feltölthetik az általuk kitalált tárgyakat, majd egy másik felhasználó megrendelheti annak gyártását vagy letölti és legyártja maga. A közeljövő még sok érdekes dolgot rejt a 3D nyomtatás területén.
„A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.”
Mátételki Ákos
