SHRNUTÍ

Proces vytlačování při 3D tisku převádí digitální 3D model na hotový fyzický díl tím, že taví termoplastický materiál, obvykle filament, a nanáší jej vrstvu po vrstvě prostřednictvím ohřívané trysky. Tato metoda aditivní výroby, známá také jako Fused Deposition Modeling (FDM), zahrnuje přípravu digitálního souboru, nastavení tiskárny, samotný automatizovaný proces tisku a nakonec dodatečné zpracování za účelem dokonalé úpravy dílu.

Porozumění procesu vytlačování materiálu

Material Extrusion je základní technologie ve světě 3D tisku, která je známá svou dostupností a univerzálností. V podstatě funguje jako robotická horkokapková pistole. Pevný termoplastický materiál, obvykle ve formě dlouhého filamentu navinutého na cívce, je veden do ohřívané tiskové hlavy. Tam se roztaví do polotekutého stavu a je vytlačován – extrudován – skrz jemnou trysku. Pohyb této trysky řídí počítač, který „kreslí“ tvar každé vrstvy objektu na stavební platformu.

Jakmile je jedna vrstva dokončena, sestavovací platforma se mírně sníží a tisková hlava začne nanášet další vrstvu na předchozí. Každá roztavená vrstva se při ochlazování a tuhnutí spojí s tou pod ní. Tento postupný proces nanášení vrstev pokračuje, dokud není celý objekt postavený odspodu nahoru. Tato metoda formálně patří mezi sedm hlavních kategorií aditivní výroby a je široce známá pod chráněným názvem Fused Deposition Modeling (FDM), který poprvé komerčně uvedla společnost Stratasys.

Zatímco tento proces je nejčastěji spojován s plasty, jako je PLA a ABS, pro rychlé prototypování a použití nadšenci, specializované formy extruze materiálů se používají i u jiných materiálů, včetně kovů. V náročných oborech, jako je automobilový průmysl, se používá jiný výrobní proces zvaný hliníková extruze k výrobě pevných, lehkých dílů. Společnosti jako Shaoyi Metal Technology specializují na toto oblasti a nabízejí komplexní služby od prototypování po plnou výrobu v rámci přísných systémů kvality, jako je IATF 16949.

Základní součásti systému extruze 3D tisku

Aby bylo možné úspěšně převést digitální soubor na fyzický objekt, spoléhá se 3D tiskárna s extruzí na několik klíčových součástí, které pracují ve shodě. Porozumění jejich roli je klíčem k pochopení fungování celého systému. Tyto části řídí všechno od přívodu materiálu až po jeho roztavení a přesné umístění.

Srdcem systému je extruder , která je zodpovědná za přívod filamentu do tiskárny. Skládá se z „studeného konce“ s motorem a ozubeným mechanismem, který upíná filament a posouvá ho vpřed, a „horkého konce“, kde dochází k roztavení. hotend sám obsahuje topný blok a termistor pro udržování přesné teploty, čímž zajišťuje rovnoměrné roztavení filamentu pro hladký tok tryskou. Kvalita hotendu je rozhodující pro prevenci ucpaní a dosažení vysoce kvalitních tisků.

Další fází je tryska , malý hrot, skrz který je tavená plastová hmota vytlačována. Průměr trysky je kritickým parametrem, protože určuje rozlišení tisku. Menší tryska dokáže vytvořit jemnější detaily, zatímco větší umožňuje rychlejší tisk, ale s menší podrobností. Prvek filament je samotná surovina. Jedná se o termoplast, dodávaný na cívce, a je k dispozici v různých typech, jako například PLA (snadno tisknutelný), ABS (odolný a tepelně odolný) a PETG (vyvážená kombinace pevnosti a snadného použití). Nakonec stavební platforma je rovná plocha, na které je objekt tištěn. U mnoha strojů je tato platforma vyhřívaná, aby se zlepšila adheze první vrstvy a zabránilo se deformaci dílu při chladnutí.

Pracovní postup: Od digitálního návrhu k fyzickému objektu

Cesta od 3D modelu na obrazovce k hmatatelnému hotovému dílu probíhá jasným a systematickým pracovním postupem. Tento proces propojuje mezeru mezi digitálním návrhem a fyzickou realitou prostřednictvím několika výrazných fází.

1. příprava 3D modelu a řezání: Proces začíná 3D digitálním modelem, který lze vytvořit pomocí softwaru CAD nebo stáhnout z online repozitáře. Tento model, obvykle ve formátu souboru STL, je následně importován do specializovaného programu nazývaného 'slicer'. Software slicer převede 3D model na stovky nebo tisíce tenkých vodorovných vrstev a vygeneruje soubor s instrukcemi pro stroj, známý jako G-kód. Tento kód určuje každý pohyb tiskárny, od dráhy trysky po rychlost extruze a teplotu.
2. Nastavení tiskárny a vložení materiálu: Než může být zahájen tisk, musí být tiskárna připravena. To zahrnuje vložení cívky filamentu do extrudéru, ověření, že je podložka čistá a rovná, a předehřátí trysky i podložky na správné teploty pro konkrétní použitý materiál. Správné nastavení je klíčové pro úspěšný tisk, protože problémy jako nerovná podložka mohou způsobit selhání první vrstvy a tím zkázu celého tisku.
3. Probíhající proces tisku: Po načtení G-kódu a připravené tiskárně začne tisk. Tiskárna pečlivě sleduje instrukce, pohybuje extruzní hlavou po osách X a Y a nanáší roztavený filament. Po dokončení každé vrstvy se tisková hlava posune nahoru nebo stavební podložka posune dolů po ose Z, aby vzniklo místo pro další vrstvu. Tento aditivní proces se opakuje vrstva po vrstvě, dokud není objekt plně vytvořen. Tato fáze je z velké části automatizovaná a může trvat od několika minut až po mnoho hodin, v závislosti na velikosti a složitosti objektu.
4. Chlazení a odstranění dílu: Jakmile je nanesena poslední vrstva, topná tělesa tiskárny se vypnou a objekt musí vychladnout. Je důležité, aby díl i stavební podložka pomalu vychladly, aby nedošlo k deformaci nebo praskání způsobeným tepelným napětím. Po ochlazení na pokojovou teplotu lze hotový díl opatrně odstranit ze stavební podložky, často s pomocí špachtle nebo stěrky.

Dokončování: Úprava hotového dílu

Běžným omylem ohledně 3D tisku je, že díl je plně dokončen ve chvíli, kdy opustí stavěcí desku. Ve skutečnosti většina tištěných dílů vyžaduje určitou formu dodatečné úpravy, aby se z hrubého objektu stal dokončený a funkční díl. Tato konečná fáze je rozhodující pro dosažení požadovaného vzhledu, pevnosti a rozměrové přesnosti. Kroky mohou zahrnovat jednoduché čištění i složitější dokončovací techniky.

Nejjednodušším krokem dodatečné úpravy je odstranění podpěr . U návrhů s komplexními převisy nebo mosty tiskárna vytváří dočasné podpěrné struktury, které brání roztavenému plastu ve prosedání během tisku. Tyto podpěry je nutné opatrně odlomit nebo odstřihnout od hlavního dílu. U tiskáren, které používají jiný, ve vodě rozpustný materiál pro podpěry, může být tento proces tak jednoduchý jako jejich rozpuštění ve vodě. U standardních podpěr vyrobených ze stejného materiálu jako díl však může jejich odstranění zanechat malé stopy, které vyžadují další úpravy.

Pro zlepšení povrchové úpravy a odstranění viditelných stop vrstev charakteristických pro tisk FDM šlištění a vyhlazování jsou běžné techniky. Použití brusného papíru s hrubší zrnností a postupný přechod k jemnějšímu zrnění může vytvořit hladký, rovnoměrný povrch. U určitých plastů, jako je ABS, lze použít proces známý jako vyrovnání parou, při kterém se díl vystaví parám rozpouštědla, čímž se mírně roztaví vnější vrstva a vznikne lesklý vzhled podobný výstřikům z vstřikovacích forem. Mezi další dokončovací techniky aditivní výroby patří natírání, nanesení epoxidového povlaku pro zvýšení pevnosti a utěsnění dílu nebo dokonce svařování více tištěných dílů dohromady za účelem vytvoření větších sestav.

Nejčastější dotazy

1. Co je proces extruze v 3D tisku?

Proces extruze při 3D tisku zahrnuje protahování tuhého materiálu, obvykle plastového filamentu, horkou tryskou, aby se roztavil. Tento roztavený materiál je následně nanášen po kontrolované dráze vrstvu po vrstvě na tiskovou platformu. Každá vrstva se při chladnutí spojí s vrstvou pod ní a postupně tak vzniká trojrozměrný objekt na základě digitálního modelu.

2. Co dělat, když je 3D tisk dokončen?

Když je 3D tisk dokončen, prvním krokem je nechat vychladnout jak vytisknutou součást, tak tiskovou desku tiskárny na pokojovou teplotu, aby nedošlo ke zkroucení. Jakmile vychladne, lze objekt opatrně odstranit z platformy. Po odstranění jsou často nutné kroky dodatečné úpravy, například odstranění podpůrných struktur, broušení povrchu za účelem vyhlazení stopy vrstev nebo natírání z estetických důvodů.

3. Je 3D tisk považován za extruzi?

Ne všechny typy 3D tisku jsou extruzní, ale materiálová extruze je jednou z nejčastějších forem technologie 3D tisku. Termín 3D tisk, nebo také aditivní výroba, zahrnuje několik různých procesů. Materiálová extruze, nejlépe známá jako Fused Deposition Modeling (FDM), je specifickou kategorií v rámci 3D tisku, při které se materiál vtlačuje tryskou pro vytvoření dílu.