Co jsou to 3D tiskárny

3D tiskárna zní jako technologie budoucnosti, přitom její princip je starý několik desetiletí a dnes stojí v běžných domácnostech. Podstata je jednoduchá: místo aby se materiál z bloku ubíral, po vrstvách se přidává. Právě z toho plynou všechny její přednosti i omezení. Následující přehled vysvětluje, jak tisk funguje, jaké technologie se používají a k čemu se hodí.

Hlavní body

3D tisk je aditivní výroba, materiál se přidává po vrstvách.
Opakem je obrábění, které materiál z polotovaru ubírá.
Nejrozšířenější domácí technologií je FDM s plastovou strunou.
Pryskyřicové tiskárny dávají jemnější detail, ale vyžadují opatrnější zacházení.
Model se před tiskem převádí na vrstvy programem zvaným slicer.
Převisy se tisknou s podpěrami, které se pak odstraňují.
Doba tisku se počítá spíš v hodinách než v minutách.

Aditivní výroba a v čem je jiná

Klasické obrábění vychází z bloku materiálu, ze kterého se odebírá vše nadbytečné. Výsledný tvar je tedy limitovaný tím, kam se nástroj dostane.

3D tisk pracuje opačně. Materiál se nanáší po tenkých vrstvách přesně tam, kde má být, a předmět postupně roste zdola nahoru.

Z toho plyne hlavní přednost. Vyrobit se dají tvary, které jsou obráběním nemožné, například dutiny uvnitř tělesa nebo pohyblivé díly vytištěné vcelku.

Druhou předností je odpad. Aditivní výroba spotřebuje zhruba tolik materiálu, kolik váží výrobek, zatímco u obrábění končí velká část jako třísky.

Jak vzniká výtisk

Vše začíná digitálním modelem. Ten se buď navrhne v programu pro trojrozměrné modelování, nebo stáhne z veřejné knihovny modelů.

Následuje krok, který lidé mimo obor obvykle neznají. Model se otevře v programu zvaném slicer, který ho rozřeže na vrstvy a vygeneruje instrukce pro tiskárnu.

Právě v sliceru se nastavuje kvalita. Výška vrstvy určuje jemnost povrchu, výplň určuje pevnost a spotřebu materiálu a obojí přímo ovlivňuje dobu tisku.

Poslední rozhodnutí se týká podpěr. Části, které přesahují do prázdna, potřebují dočasnou konstrukci, jinak by se materiál nanášel do vzduchu.

Technologie FDM

Nejrozšířenější metodou pro domácí použití je FDM. Pracuje s plastovou strunou navinutou na cívce, která se protlačuje vyhřívanou tryskou a nanáší po vrstvách.

Materiál po nanesení chladne a tuhne. Rychlost chladnutí ovlivňuje pevnost spoje mezi vrstvami, což je zároveň nejslabší místo každého výtisku.

Nejběžnějším materiálem je PLA, které se dobře tiskne a je vyrobené z obnovitelných surovin. Nesnáší ale teplo, takže se nehodí do auta ani k topení.

Odolnější variantou jsou PETG a ABS. Snesou vyšší teplotu a mechanické namáhání, na oplátku jsou náročnější na nastavení a ABS potřebuje uzavřený prostor.

Pryskyřice a průmyslové metody

Druhou domácí kategorií jsou tiskárny vytvrzující tekutou pryskyřici světlem. Detail je nesrovnatelně jemnější, což se hodí na figurky a drobné modely.

Nevýhodou je manipulace. Nevytvrzená pryskyřice je dráždivá, pracuje se v rukavicích a výtisk se po tisku musí omýt a dodatečně vytvrdit.

V průmyslu se používají metody spékající práškové materiály, včetně kovových. Tam už jde o výrobu funkčních dílů, ne o prototypy.

Právě prototypy jsou ale nejčastějším nasazením. Vyrobit zkušební díl během jednoho dne je něco, co klasická výroba nabídnout nedokáže.

K čemu se to doma hodí

Nejpraktičtějším využitím jsou náhradní díly. Ulomený úchyt, chybějící kolečko od zásuvky nebo držák, který se nikde neprodává, jsou typické případy.

Druhou kategorií je organizace. Držáky, pořadače a vložky do šuplíků na míru konkrétnímu nářadí nebo prostoru.

Třetí jsou hračky, modely a dekorace. Právě tady se nejvíc uplatní veřejné knihovny modelů, ze kterých se dá tisknout bez vlastního navrhování.

Vhodné to naopak není na díly, které nesou zátěž nebo se zahřívají. Vrstvený materiál praská podél vrstev a plast v horku měkne, což je u některých použití bezpečnostní riziko.

Stejně opatrně je namístě zacházet s předměty pro styk s potravinami. Drážky mezi vrstvami se špatně čistí a usazují se v nich bakterie, takže se běžný výtisk k opakovanému použití u jídla nehodí.

S čím počítat před pořízením

Prvním překvapením je čas. I drobný předmět se tiskne desítky minut, běžný díl několik hodin a větší model klidně přes noc.

Druhým je prostředí. Tiskárna je hlučnější, než se čeká, a při tisku některých materiálů je namístě větrat, takže do ložnice se nehodí.

Třetím je údržba. Tryska se ucpává, tiskový podklad potřebuje čistotu a mechanika občas seřízení, takže jde o zařízení, kterému je potřeba rozumět.

Čtvrtým je učení. První výtisky se nepovedou a nastavení sliceru je disciplína sama o sobě, i když se dnes vychází z hotových profilů.

Proč se výtisk nepovede

Nejčastější příčinou neúspěchu je první vrstva. Pokud se nepřichytí k podložce, model se během tisku uvolní a zbytek se nanáší do vzduchu.

Pomáhá čistota podložky a správná vzdálenost trysky. Mastnota z prstů stačí k tomu, aby se materiál v daném místě nepřichytil.

Druhým problémem je kroucení rohů, ke kterému dochází při nerovnoměrném chladnutí. Týká se hlavně větších ploch a materiálů náchylných ke smršťování.

Třetí je ucpaná tryska, obvykle po tisku z různých materiálů nebo z nekvalitní struny. Projeví se chybějícími vrstvami uprostřed tisku.

Jak vytisknout první model

Vyberte model z veřejné knihovny nebo si ho navrhněte.
Otevřete ho v sliceru a zvolte profil pro svou tiskárnu.
Nastavte výšku vrstvy podle požadované kvality.
Zvolte míru výplně podle toho, jak pevný má díl být.
Zkontrolujte, kde vzniknou podpěry, a případně model otočte.
Ověřte čistotu tiskového podkladu a zavedení struny.
Sledujte první vrstvu, tam se pozná většina problémů.
Po dokončení nechte výtisk vychladnout a odstraňte podpěry.

Sedm chyb začátečníků u 3D tisku

Očekávání, že tisk trvá minuty.
Špinavý nebo mastný tiskový podklad.
Nesledovaná první vrstva, na které závisí celý tisk.
Model orientovaný tak, že vyžaduje zbytečně mnoho podpěr.
Vysoká výplň tam, kde nemá díl nést zátěž.
PLA použité na díl, který bude v horku.
Zatížený díl namáhaný ve směru vrstev.

Časté otázky

Co je 3D tiskárna?

Zařízení, které převádí digitální trojrozměrný model na fyzický předmět nanášením materiálu po vrstvách. Jde o takzvanou aditivní výrobu.

Jaký je rozdíl proti obrábění?

Obrábění materiál z bloku ubírá, 3D tisk ho přidává. Díky tomu lze vyrobit i tvary, které se obrobit nedají, a vzniká výrazně méně odpadu.

Co je slicer?

Program, který digitální model rozřeže na jednotlivé vrstvy a vytvoří instrukce pro tiskárnu. Nastavuje se v něm výška vrstvy, výplň a podpěry.

Co je technologie FDM?

Nejrozšířenější metoda pro domácí použití. Plastová struna z cívky se protlačuje vyhřívanou tryskou a nanáší po vrstvách, kde chladne a tuhne.

Jaké materiály se používají?

Nejběžnější je PLA, které se dobře tiskne, ale nesnáší teplo. Odolnější jsou PETG a ABS. U pryskyřicových tiskáren se vytvrzuje tekutá pryskyřice světlem, v průmyslu se spékají i kovové prášky.

Jak dlouho tisk trvá?

Drobný předmět desítky minut, běžný díl několik hodin, větší model i přes noc. Dobu ovlivňuje velikost, výška vrstvy a míra výplně.

Na co se 3D tisk doma nehodí?

Na díly nesoucí velkou zátěž a na součásti vystavené teplu. Vrstvený materiál praská podél vrstev a plast v horku měkne, což může být bezpečnostní riziko.

Je 3D tisk ekologický?

Vzniká při něm výrazně méně odpadu než při obrábění a některé materiály jsou vyrobené z obnovitelných surovin. Celkový dopad ale závisí na použitém materiálu a na tom, co se tiskne.

Není to kouzlo, je to vrstvení

Celý 3D tisk stojí na jediné myšlence: složit předmět z tenkých vrstev místo vyřezání z bloku. Od toho se odvíjí, co umí i co neumí.

Kdo to má na paměti, ví, proč se některé díly tisknou snadno a jiné vůbec, proč je orientace modelu důležitější než výkon tiskárny a proč se výtisk láme právě podél vrstev.