Hogyan működik egy 3D nyomtató: alapvető 3D nyomtatási technológia

19. 12. 2022

Bár a 3D nyomtatási technológia már több mint 30 éve velünk van, csak napjainkban kezd lassan, de biztosan az érdeklődés központjába kerülni a hétköznapi emberek körében is. Ennek oroszlánrésze a nyomtatók folyamatosan csökkenő árának és rendkívül széleskörű alkalmazhatóságának köszönhető, melynek köszönhetően szinte bármit létrehozhat, amit csak el tud képzelni, sőt számos trükkös otthoni és munkahelyi probléma viszonylag olcsón megoldható segítségükkel, hiszen a beszerzési árat leszámítva a 3D nyomtató üzemeltetése igen olcsó mulatság. Ha ez a technológia elnyerte tetszését, a következő sorokban röviden elmagyarázzuk, hogyan is működik valójában egy 3D nyomtató, és miben különböznek egymástól a különböző modellek.

uvod

Tartalomjegyzék:

  • Hogyan működik a 3D nyomtatás
  • 3D nyomtatási technológia
  • Honnan származnak a 3D nyomtatáshoz szükséges modellek?
  • Melyik típust válassza?
  • Hogyan működik a 3D nyomtatás

    Amint a név is jelzi, ezek a nyomtatók olyan eszközök, amelyek képesek háromdimenziós tárgyakat nyomtatni a számítógépen speciális programokban létrehozott speciális sablonok alapján. A nyomtatott tárgyak sablonjai önállóan is elkészíthetők, vagy letölthetők az internetről, amit a cikk későbbi részében tárgyalunk. Ami a nyomtatási folyamatot illeti, nagyon leegyszerűsítve azt mondhatjuk, hogy a 3D-s tárgy létrehozása több réteg anyag egymásra rétegzésével történik, amelyek a megszilárdulás után megtartják a kívánt formát, és a felhasznált anyagra jellemző tulajdonságokkal rendelkeznek, ami lehet filament vagy gyanta. A piacon különféle filamentek és gyanták vannak forgalomban, amelyek különböző tulajdonságokkal rendelkező tárgyak létrehozására használhatók, a különböző színektől kezdve a szilárdulás sebességén át a rugalmasságig vagy keménységig. Ha a lehető legegyszerűbben összefoglalnánk a 3D nyomtatási folyamatot, akkor azt "belülről kifelé megmunkálásnak" neveznénk, hiszen az anyagot nem az adott termék elkészítése céljából távolítják el, hanem rétegezik.

    Tipp: A 3D nyomtatás korántsem csak a barkácsolók vagy a számítógép rajongók számára remek időtöltés. Valójában a modern világ egyre inkább bizonyítja, hogy rendkívüli jövőt lát ebben a technológiában, sőt, bizonyos területeken még a világ alapvető megváltoztatásának lehetőségét is magában hordozza. Elvégre a médiában viszonylag gyakran említik például a házak 3D nyomtatását, amely a jövőben forradalmasíthatja az építőipart a gyorsaságának és alacsony költségének köszönhetően. A COVID-19 járvány kitörése idején néhány csehországi ember 3D nyomtatóval arcvédő pajzsokat nyomtatott az egészségügyi intézmények számára, ami a maga nemében szintén egy kis forradalomnak tekinthető - elvégre addig sokan csak időtöltésnek tekintették a 3D nyomtatókat. A 3D nyomtatók mai felhasználási területeit lásd korábbi cikkünkben: Ipar, űrhajózás és orvostudomány: mire használják a 3D nyomtatást?

    3D nyomtatási technológia

    Bár a 3D nyomtatás több mint 30 évvel ezelőtti megszületése óta rengeteg különböző technológiai eljárás jelent meg a világban, mivel minden feltaláló kezdetben titokban tartotta a sajátját annak egyedisége miatt, idővel a 3D nyomtatási technológiák - legalábbis a közhasználat szempontjából - mindössze két olyan típusra kristályosodtak ki, amelyek megfizethetőek és hazai, legfeljebb mérsékelten fejlett körülmények között is használhatóak. Valójában a 3D nyomtatók gyártói az utóbbi években leginkább a hétköznapi felhasználókat célozták meg, mivel ez a legérdekesebb és szuverén módon a legszélesebb szegmens, amelyet el tudnak érni. Vessünk tehát egy pillantást néhány kulcsfontosságú 3D nyomtatási technológiára.

    FDM/FFF

    A messze legelterjedtebb 3D nyomtatási technológia az úgynevezett FDM (Fused Depositon Modeling), de amióta a Stratasys bejegyeztette a védjegyet erre a megnevezésre, azóta (nem csak) kereskedelmi célokra az FFF (Fused Filament Fabrication) kifejezés is meghonosodott. Mindkét esetben azonban egy és ugyanazon működési elvről van szó, és ha asztali 3D nyomtatókról beszélünk, akkor a túlnyomó többségük ezt a technológiát használja modellezésre.

    Az FDM/FFF nyomtatási technológia a nyomtatóhoz leggyakrabban műanyag szál, az úgynevezett filament formájában szállított anyag összeolvasztásának elvén működik. Ez egy orsóra kerül a 3D nyomtató tálcájába, ahonnan a nyomtató fokozatosan letekeri az anyagot, és "beszívja" a nyomtatófejbe, ahol az megolvad. A 3D nyomtató nyomtatófeje ezután rétegről rétegre halmozza a szálakat egy fizikai 3D modellé, amelyet a számítógépről, memóriakártyáról, alkalmazásból stb. vesz át. Ez a 3D nyomtatási technológia elvileg nagyon hasonlít a tintasugaras nyomtatókéhoz. Ahogy a nyomtatófej egy nagyon kis mennyiségű tintát fecskendez a papírra, úgy a 3D nyomtató nyomtatófeje rétegről rétegre helyezi az olvadt anyagot a hordozóra, így létrehozva egy fizikai modellt.

    Az FDM/FFF 3D nyomtatási technológia a legolcsóbb 3D nyomtatási technológia, ami a fő oka annak, hogy ilyen széles körben elterjedt. Egy otthoni használatra szánt FDM/FFF asztali 3D nyomtatót 150 ezer forint alatt gond nélkül beszerezhet. Egy másik viszonylag nagy pozitívum, hogy a szálak túlnyomó többsége, illetve azok olvadása nem, vagy csak minimális szagot termel, így a nyomtató normál használata során nem okoz gondot a szellőzetlen helyiségben való használat - persze csak akkor, ha nem zavarja Önt a zaj.

    E technológia hátrányai a hosszú nyomtatási idő, a nyomtatási minőség nagy szórása, amely a nyomtató modelljétől és a felhasznált anyagtól függ, valamint a különböző tervezési korlátok (pl. az olvadt anyagnak előbb ki kell keményednie, összetettebb modellek esetén figyelembe kell venni a támaszok nyomtatását stb.). Ezenkívül a nyomtatás során időről időre előfordulhatnak hibák, például amikor a nyomtató pontatlan beállításai miatt az egyes rétegek helytelenül rétegződnek, ami teljesen tönkreteszi a végső nyomatot. Így sok órányi munka veszhet kárba. 

    Tipp: Már régóta nem él az a feltételezés, hogy csak egyetlen típusú filament áll rendelkezésre a piacon, amely abszolút mindent kinyomtat. A folyamatos technológiai fejlődésnek köszönhetően, amely természetesen a 3D nyomtatókra is hatással van, ma már szó szerint rendkívül sok különböző típusú filament közül választhatunk, amelyek mindegyike nem csak tulajdonságaikban különbözik egymástól. Rendkívül kemény és rugalmas darabokat egyaránt kaphat, valamint alacsony olvadási hőmérsékletű, gyermekek számára is alkalmas filamenteket stb. Röviden, csak Önön múlik, hogy milyen típusú filamentet választ, vagy hogy melyik alkalmas a projektjeihez. Korábbi cikkünkben már tárgyaltuk, hogyan válassza ki a megfelelő nyomtatószálakat a 3D nyomtatójához. A különböző típusú filamentumokat a 3D toll: útmutató kezdőknek című cikkünkben is részletesen tárgyaltuk, bár itt a klasszikus nyomtatófilamentumok mellett a toll utántöltőire is összpontosítunk.

    istock-629461782.jpg

    SLA

    A második, és ennek következtében az utolsó, jelenleg elterjedt 3D nyomtatási típus az SLA. A rövidítés mögött a sztereolitográfia áll, amely a polimergyanta LED-ek vagy UV-fény segítségével történő, meghatározott alakúvá keményítését jelenti. Ennek a 3D nyomtatási technológiának a fő területe a rendkívüli pontosság, amely messze meghaladja az FDM/FFF nyomtatók nyomtatási felbontását. A pontosságért azonban viszonylag magas árat kell fizetni. Az első kétségtelenül az ár, amely abszolút összehasonlíthatatlan az FDM/FFF-hez képest olyan modellek esetében, amelyek már a maximális nyomtatási méretek tekintetében is megérik - természetesen negatív értelemben. A második fő probléma az, hogy a gyanta gerendák általi kikeményedése mérgező gázokat szabadít fel, amelyeket el kell szívni, mivel ellenkező esetben a mérgezés veszélye is fennállhat. Éppen ezért az SLA nyomtatók mind méretigényesek, mind pedig zárt nyomtatási felülettel rendelkeznek, amely (legalábbis a nagyobb modelleknél, ahol a mérgezés veszélye már valós kockázatot jelent) egy kipufogóhoz csatlakozik. Minden túlzás nélkül, ezért egy nagyobb teljesítményű SLA nyomtató beszerzése esetén figyelembe kell venni annak a helyiségnek a szerkezeti módosításait, amelyben a nyomtatót elhelyezik.

    A sztereolitográfiás technológiával történő 3D nyomtatás bemutatása egy Carbon 3D nyomtatón.

    Tipp: Nem csak 3D nyomtatókkal lehet 3D-s tárgyakat készítenie. Erre a célra speciális 3D tollakat is használhat, amelyek nagyon hasonlóan működnek, mint az FDM/FFF nyomtatók, de tisztán kézzel vezérelheti őket. Ebben a cikkben további információkat készítettünk róluk.

    Honnan származnak a 3D nyomtatáshoz szükséges modellek?

    A 3D nyomtatáshoz szükséges digitális modelleket 3D modellező programokban, például az AutoCAD, a Blender és hasonló programokban készítik. Azonban ugyanezzel a lélegzetvétellel hozzá kell tenni, hogy ezeknek a programoknak a megtanulása nem egyszerű dolog - különösen, ha autodidakta módon tanul, és például "csak" az interneten található videókat és így tovább használja a készségei fejlesztéséhez.

    Éppen ezért nagy valószínűséggel elsősorban a 3D nyomtató gyártók és a tapasztalt felhasználók által az interneten elérhetővé tett előre elkészített 3D modellekre fog támaszkodni, legalábbis a 3D nyomtatási karrierje kezdetén. Ennek oka, hogy az interneten számos adatbázis található kész 3D modellekből, amelyek gyakran ingyenes licencek alatt állnak rendelkezésre, és - legalábbis nem kereskedelmi célú felhasználás esetén - szabadon letölthetők és felhasználhatók. Felhívjuk azonban a figyelmet arra, hogy ezek általában egyszerűbb tárgyak, amelyek megalkotása nem vesz túl sok időt igénybe. A nagyobb projekteket (például különböző videojáték-karaktereket vagy térbeli tárgyakat) általában meg kell vásárolni. Az áruk pár dollárnál kezdődik, és általában több tíz dollárban vagy euróban végződik.

    istock-675189884-nahled2.jpg

    A 3D modelleket 3D modellező szoftverben modellezik. A legtöbb asztali 3D nyomtató által preferált formátum az STL.

    Ellenőrzött adatbázisok kiváló minőségű 3D modellekkel letöltésre:

    Az utolsó módja annak, hogy egy 3D modellt kinyomtassunk, a fizikai tárgy 3D szkennerrel történő beolvasása. Ezek olyan eszközök, amelyek képesek egy háromdimenziós tárgy alakját és felületét beolvasni és digitális formára alakítani. Ebben az esetben azonban figyelembe kell venni, hogy ezeknek a szkenneléseknek a pontossága nem pontosan 100%-os, ezért az így kapott nyomtatás nem hasonlítható össze egy digitális - programozott - modellen alapuló nyomtatással. Ha azonban egyszerűbb 3D-s objektumokat szeretne másolni, ez egy 3D-s szkenneléssel is megoldható. Manapság különböző mobilalkalmazásokat is használhat a létrehozásukhoz. Csak győződjön meg róla, hogy a telefonok ideális esetben LiDAR típusú lézeres érzékelőkkel rendelkeznek.

    Melyik típust válassza?

    Ha az előző sorok elolvasása után sem tudja, hogy melyik 3D nyomtató a legjobb az Ön számára, válaszoljon néhány alapvető kérdésre. Az első az, hogy mennyi pénzt tett félre a 3D nyomtatóra. A második kérdés, amit fel kell tennie magának, hogy mekkora 3D-s tárgyat szeretne nyomtatni, a harmadik pedig az, hogy milyen pontosnak kell lennie a nyomtatásnak. Általánosságban elmondható, hogy ha egy olcsó nyomtatót keres nagyon jó átviteli sebességgel és viszonylag nagyméretű nyomatok támogatásával, akkor az FDM/FFF modell teljesen ideális az Ön számára, mivel tökéletesen megfelel az Ön igényeinek. Ha nem okoz gondot a nyomtatóba való nagyobb befektetés, a kisebb méretek, de ami a legfontosabb, hogy tökéletesen pontos nyomatokat szeretne, keresse az SLA modelleket. Még ezek is viszonylag elfogadható (bár lényegesen magasabb) összegekért találhatók az FDM/FFF-hez képest. Kezdők számára azonban egy FDM/FFF nyomtatónak valóban több értelme van, ezért ezt ajánljuk, így legalább "rá lehet érezni" a műveletre, és a későbbiekben tapasztaltabbak lehetünk.

    Hasonló cikkek

    2 perces olvasmány

    Útmutató a 3D szkennerekhez: Mik az előnyei és hátrányai?

    Néhány évvel ezelőtt a sci-fi könyvekből származó technológia még elképzelhetetlen dolog volt, manapság pedig számos iparágban már mindennapos és gyakran használják. A 3D szkennelés pótolhatatlan helyet foglal el a régészetben, az orvostudományban, de a videojátékok fejlesztésében vagy a térképészetben is. Most átalakítjuk okostelefonunkat 3D szkennerré. Tudjon meg többet a cikkből.

    Teljes cikk »
    2 perces olvasmány

    Ipar, űrhajózás és orvostudomány: mire használják a 3D nyomtatást?

    A 3D nyomtatóknak már régóta nem csak a technológia iránt rajongók polcán van helye. A háromdimenziós nyomtatás az iparba és az orvostudományba is robbanásszerűen tört be, és milliárd dolláros üzletággá vált. A 3D nyomtatók képesek visszaadni az egészséget a betegeknek, olcsóbbá és gyorsabbá teszik a gyártást - és létfontosságú szerepet fognak játszani a Hold és a Mars kolonizálásában is.

    Teljes cikk »