Jak funguje 3D tiskárna

Možnost vyrobit si jakýkoliv předmět má nezměrný potenciál. Právě od toho je tu 3D tisk, který s nadšením využívá nejen průmysl, medicína, techničtí projektanti a další profesionálové, ale i domácí kutilové, umělci nebo fanoušci příležitostného vyrábění různorodých předmětů. 3D tiskárny si nachází mnoho příznivců ve všech oblastech. Co je ale vlastně 3D tiskárna a jak funguje?

Při 3D tisku technologií FFF nebo FDM skrze trysku prochází filamenty (vlákna) z umělé hmoty, které jsou skládány na sebe. | Foto: ZMorph3D | Zdroj: Pixabay.com

Krátká historie 3D tisku

Za prvního neoficiálního průkopníka 3D tisku je považován japonec Hideo Kodama, který se pokoušel polymerizovat pryskyřici vrstvu po vrstvě UV světlem (z tekuté pryskyřice vytvrdit požadovaný 3D model). Proč neoficiálního? Nepodařilo se mu totiž získat patent, stejně jako třem francouzským vědcům o pár let později. 

První patent získal až Američan Charles Hull, který tuto technologii nazval stereolitografie (viz níže), založil společnost 3D Systems Corporation a začal tento typ 3D tiskáren komerčně prodávat. Jen asi o 2 roky později vynalezl Carl Deckard technologii SLS, která místo pryskyřice používá prášek, a přibližně ve stejnou dobu vznikla i známá technologie FDM, která staví 3D objekty pomocí filamentů (o ní se také dočtete). Na trhu ale dlouho dominovala firma 3D Systems s technologií SLA.

Nástup 3D tisku byl pomalý. Jeho provoz byl drahý, složitý a zdlouhavý - vytisknout primitivní objekty trvalo mnohdy celé dny. Tiskárny byly o mnoho větší než dnes a byly postupně miniaturizovány. 

V 90. letech existovala celá řada startupů a společností, které se snažily přicházet s různými technologiemi 3D tisku, ale revoluce nastala až v novém tisíciletí. V roce 2009 všechny patenty vydané v 80. letech přešly do veřejné sféry, což odstartovalo velké úsilí o inovace a podpořilo vznik konkurence. Tyto skutečnosti stlačily ceny 3D tiskáren dolů a zvýšily kvalitu a jednoduchost užívání.

Mezitím se veřejnost čím dál více dozvídala o úspěchu 3D tisku, který tak vstupoval do obecného povědomí. Na poli medicíny se jednalo o úspěchy jako zhotovení močového měchýře v roce 1999, který pacientovo tělo neodmítlo, nebo protetické nohy v roce 2008 (od té doby se protézy tiskly běžně). V roce 2011 inženýři z University of South Hampton vytiskli letadlo.

A v roce 2009 se začal prodávat první kit s názvem BfB RapMan 3D, který si člověk mohl koupit domů a sestavit si vlastní 3D tiskárnu. Od té doby se tiskárny přizpůsobily běžnému uživateli, začaly se prodávat zkompletované, za nižší cenu a jednoduše ovladatelné.

Tip: O tom, jak se do 3D tisku pustit, píšeme v článku Začínáme s 3D tiskem. Uvádíme zde první kroky a nezbytné potřeby a programy pro tisk. Samotnému výběru tiskárny jsme věnovali pak samostatný článek Jak vybrat 3D tiskárnu.

Princip 3D tisku

Tak jako při klasickém tisknutí potřebujete mít v počítači předlohu toho, co chcete tisknout (dokument, fotografii atd.), potřebujete i předlohu pro 3D tisk. Tím je třídimenzionální model vytvořený v jednom z programů, jako jsou například Freecad, Fusion 360, AutoQ3D, Blender, SketchUp a jiné. Jakmile je model hotový (lze je však i stahovat z internetu), stačí ho jen vytisknout.

Tip: Pokud vás zajímají tiskové technologie, přečtěte si i články princip laserové tiskárny, princip inkoustové tiskárny a princip LED tiskárny.

FFF/FDM 3D tiskárna

Narozdíl od tzv. substraktivně fungujících obráběcích strojů, které ořezávají a “ukrajují” z polotovarů tak dlouho, dokud nedosáhnou konečného výsledku, funguje 3D tisk přesně opačně, tzn. aditivně. 

FDM tiskárna skrze trysku skládá jednotlivé vrstvy na sebe a následně je vytvrzuje pomocí UV záření nebo lepidla. | Foto: moreno.soppelsa | Zdroj: Depositphotos.com

V případě technologie FFF nebo FDM skrze trysku prochází filamenty (vlákna) z umělé hmoty, které pokládá na sebe, přičemž se řídí 3D předlohou. Vlákna mohou být natavená, čímž se přilepí k sobě, nebo se spékají a případně vytvrzují pomocí UV záření nebo lepidla. Postupně z vláken vymodeluje celý produkt. V principu je to opravdu takto jednoduché. Možnosti tvarování jsou neomezené (více o tom, co vše lze na 3D tiskárně vytisknout) a narozdíl od obrábění nezbude žádný odpadní materiál.

Tato technologie 3D tisku má dva názvy: FDM, nebo FFF (Fused Deposition Modeling nebo Fused Filament Fabrication). FDM je ochranná známka, kdežto FFF je volně používaný název. Jedná se ale o tutéž technologii.

Při tisku tvarově složitých objektů si tiskárna vytvoří i tzv. “podpory”, neboli pomocné konstrukce podpírající jednotlivé části produktu, dokud není hotový. Potom se buď ručně odstraní, nebo se vyplaví ve speciální lázni. U domácích tiskáren je častější manuální odstraňování, u dražších a profesionálních tiskáren pak druhá možnost.

Materiály na 3D tisk

FFF 3D tiskárnu pořídíte už cca od 5 000 Kč a filamenty z různých materiálů a barev, takže i provoz vyjde poměrně levně. Materiály na 3D tisk mohou být měkké a poddajné, jiné tvrdé, křehké, ohebné, svítící ve tmě, vodivé, atd. Tomuto tématu jsme se věnovali v samostatném článku Jak vybrat materiál pro 3D tisk.

Tiskárna vyžaduje minimální údržbu (čištění tryskové hlavy pomocí čistícího filamentu, občasná obměna některých součástek). S její pomocí lze vytvářet dekorativní předměty, funkční součástky, prototypy a spoustu dalších věcí.

Open source, nebo komerční řešení?

Další výhoda FDM tiskáren je existence tzv. open source řešení. Buď můžete tiskárnu koupit jako zkompletovaný komerční stroj, nebo si ji sestavit podle návodu z jednotlivých součástek. 

Není to tak těžké, jak se zdá, nevýhodou je však kromě nutné technické zdatnosti i manuální nastavení tisku. Možná vám nějakou chvíli potrvá, než vyladíte nastavení tak, aby konečný produkt odpovídal kvalitou vašim představám. Komerční řešení je dražší, ale přizpůsobené laickému uživateli. Vše si totiž tiskárna optimalizuje a nastavuje automaticky sama.

SLA 3D tiskárna

Nejstarší typ 3D tiskárny má název SLA (stereolitografie). Ačkoliv i typ SLA je povahou aditivní, jedná se o zcela jiný technologický princip. SLA 3D tiskárna obsahuje nádobu s tekutou pryskyřicí, jejíž horní vrstvu osvětluje zespodu světelný paprsek. 

Bod zasažený světlem ztvrdne a přichytí se k tiskové platformě nad ním, která celý výrobek drží svrchu. Jakmile je osvětlena celá vrstva, platforma se zvedne o její tloušťku směrem vzhůru a začne se vytvářet další vrstva. Takto se postupně zkompletuje celý produkt.

SLA 3D tiskárny jsou celkově pomalejší než typ FFF, ale mají několik vylepšených podvariant, které rychlost tisku zvyšují:

  • SLA - základní typ, který používá jediný laserový paprsek. Výrobní proces je velice zdlouhavý.
  • DLP SLA - namísto paprsku laseru je tu projektor, který osvěcuje celou vrstvu najednou, což tisk významně urychluje.
  • MSLA - dnes nejvyspělejší typ, který k osvětlování používá LCD displej s maskou, která tvaruje obraz displeje do formy aktuálně tištěné vrstvy.
SLA DLP tiskárny fungují rychleji díky tomu, že projektor osvěcuje celou vrstvu najednou. | Foto: moreno.soppelsa | Zdroj: Depositphotos.com

Hlavní výhodou tiskáren SLA je fakt, že světelný paprsek je nesrovnatelně přesnější než filamenty FFF, čímž dokáže vytvořit mnohem jemnější detaily a hladší povrch. Nevýhodou je cena tiskárny i tisku (fotoreaktivní pryskyřice je drahá) a omezení druhů materiálů k tisku na jeden jediný, kterým je právě pryskyřice. Každý výrobek bude mít tedy ty stejné materiálové vlastnosti.

SLS 3D tiskárna

Třetím typem je SLS, neboli Selective Laser Sintering, která funguje stejně, jako SLA, jen místo pryskyřice používá prášek, který stroj nanese na podložku a po zásahu laserovým paprskem ztvrdne.

Objekt vytištěný z kovového prášku v 3D tiskárně na kov. | Foto: Marina1408 | Zdroj: Depositphotos.com

Tiskárna je materiálově omezená, povětšinou se používají nylon nebo polystyren obohacené o sklo, uhlíková vlákna nebo hliník. Materiál nelze změnit, aniž by se perfektně vyčistila celá tiskárna. Tyto tiskárny se nepoužívají v domácnostech a stojí v řádu statisíců a až milionů.

chcete s 3D tiskem poradit?

Pokud vás zajímá, jak zvolit 3D tiskárnu vhodnou pro vaše potřeby, není nic jednoduššího, než se na nás obrátit.​​ 

Kam dál

Návod na tisk do PDF: Word, Excel a fotky
před 5 dny, 26.9.2022

Návod na tisk do PDF: Word, Excel a fotky

Určitě se vám někdy stalo, že jste chtěli otevřít dokument ve Wordu nebo Excelu, a objevilo se vám okénko upozorňující na problém s kompatibilitou. Pokud míváte tento problém, bude vás zajímat tisk do PDF. Číst celý článek

clanek-kategorie-Jen Tisk
Zkušební tisk a test barev tiskárny
před 5 dny, 26.9.2022

Zkušební tisk a test barev tiskárny

Určitě se vám někdy stalo, že tiskárna tiskla nevýrazné barvy, šmouhy nebo tiskla neostře. Zkušební stránka slouží jako test, podle kterého lze poznat, co v tiskárně funguje a nefunguje. Jak vytisknout zkušební stránku a co z ní lze vyčíst? Číst celý článek

clanek-kategorie-Jen Tisk
Jak a kdy řešit skartaci dokumentů
před 6 dny, 25.9.2022

Jak a kdy řešit skartaci dokumentů

Údaje o zaměstnancích a klientech, účetní záznamy, výroční zprávy, know-how a další citlivá data se musí správně archivovat, ale i likvidovat. A to nejde bez pochopení základních pojmů jako jsou skartační znaky, úrovně utajení a další. Číst celý článek

clanek-kategorie-IT Bezpečnost
Jak naskenovat dokumenty a fotografie
před 7 dny, 25.9.2022

Jak naskenovat dokumenty a fotografie

Určitě si říkáte, že naskenovat dokument do počítače není nic těžkého. Víte ale, co znamenají jednotlivé parametry v nastavení skenování a jaké jsou rozdíly mezi skenováním dokumentů a fotografií? Číst celý článek

clanek-kategorie-Hardware
Využití 3D tisku - co vše lze vytisknout na 3D tiskárně
před 1 měsícem, 23.8.2022

Využití 3D tisku - co vše lze vytisknout na 3D tiskárně

Není to tak dávno, co jsme psali o tom, jak vybrat 3D tiskárnu. Pokud se chystáte tiskárnu pořídit, nebo ji již máte, může vás zajímat, co vše lze na ní vlastně vytisknout a na co ji použít. Číst celý článek

clanek-kategorie-3D tisk
Jak bezpečně smazat data z disku
před 1 měsícem, 22.8.2022

Jak bezpečně smazat data z disku

Jak bezpečně vymazat citlivá data před vyhozením nebo odprodáním disku? A to samozřejmě aniž by se disk poškodil nebo se snížila jeho životnost? Přinášíme jasný a detailní návod všech alternativ. Číst celý článek

clanek-kategorie-IT Bezpečnost