V predchádzajúcej kapitole sme si ukázali, že 3D tlač funguje na princípe postupného ukladania materiálu vo vrstvách. Takýto spôsob výroby nazývame aditívna výroba – materiál a dielce sa k objektu pridávajú. Príkladom aditívnej výroby je napríklad stavba domu, šitie šiat, či stavba elektronických zariadení (počítačov, televízorov, …).
Pri subtraktívnej výrobe sa začína s plným kusom materiálu, z ktorého sa postupne odoberá hmota. Typickým príkladom je rezbárstvo alebo tvorba sochy z kameňa. Z pôvodného kusu materiálu sa postupne odoberajú jeho časti, aby sa získal výsledný tvar.
Naznačujú to aj ich názvy odvodené z latinčiny: aditívny – pridávajúci, subtraktívny – uberajúci.
Niektoré technológie majú obojaký charakter. Napríklad známa budova Slovenského rozhlasu v Bratislave má tvar obrátenej pyramídy. Pri jej stavbe bolo treba najprv aditívnym spôsobom vybudovať kompletnú stavbu, pričom časti, ktoré dnes vyčnievajú do strán podopieralo lešenie. Výsledný tvar vznikol na záver odstránením lešenia.
Laik by tlač na 3D tlačiarni zaradil medzi aditívne technológie. A mal by v zásade pravdu – objekt najčastejšie vzniká ukladaním vrstiev materiálu na seba. Úplnou pravdou to však je iba pri predmetoch, ktorých základňa je rovnako veľká prípadne väčšia ako jej vyššie časti. Ak sa však objekt v ktorejkoľvek časti zužuje a zase rozširuje a/alebo presahuje cez základňu, treba zároveň s telesom budovať aj jeho oporné štruktúry. Tie po dokončení odstránime. Vtedy sa postup výroby mení sa subtraktívny. Komu to nie je úplne jasné, nech si znovu pripomenie stavbu „rozhlasovej pyramídy“ – len v tomto prípade budete odstraňovať nadbytočné časti vlastného takmer hotového objektu.
Proces 3D tlače
Tlač 3D objektu pomocou tlačiarne však nastupuje až v závere zložitejšieho systematického plánovania. To pozostáva z viacerých krokov: vytvorenie modelu, export do formátu STL, slicing (rozrezanie modelu na vrstvy), export do formátu G-code, samotná tlač a prípadné úpravy po tlači.
Vytvorenie modelu je matematický (geometrický) proces, počas ktorého vznikne jeho „papierová“ – virtuálna – podoba. Existujú spôsoby, ktoré umožňujú tento proces urýchliť:
- Skladanie výsledného objektu z predefinovaných dielov (kvádrov, ihlanov, valcov, atď.). Tento postup je vhodný pri vytváraní pravidelných predmetov.
- Skenovanie – zosnímanie – už vytvoreného predmetu pomocou vhodného nástroja, napríklad 3D skenera. Tento postup je vhodný, keď chcete získať kópiu už existujúceho predmetu. Napríklad ak potrebujete nahradiť pokazenú súčiastku novou alebo doplniť chýbajúci diel skladačky.
- Stiahnutie hotového modelu z verejnej databázy.
Najnáročnejšou činnosťou je vytvorenie originálneho diela. Vtedy sa bez programu vhodného na modelovanie trojrozmerných geometrických objektov nezaobídete. Budeme sa mu venovať v neskorších kapitolách.
Nástroj na modelovanie umožňuje export výsledku do digitálneho súboru vo formáte STL (STereoLitografia). Ide o štandardizovaný dátový formát, ktorý opisuje geometriu 3D objektu pomocou siete trojuholníkov. Tento formát je podporovaný rôznymi typmi 3D tlačiarní a slúži ako základ pre ďalšie spracovanie modelu. Znamená to, že aj keď nevlastníte 3D tlačiareň, existujú firmy, ktoré vám model vytlačia na zákazku z doručeného súboru.
Slicing [čítaj: slajsing], čiže slicovanie, resp. tvorba vrstiev je záverečným procesom pred samotnou tlačou. Pre používateľa je neviditeľný. Špecializovaný softvér upraví súbor vo formáte STL do série rezov: každý rez predstavuje vrstvu, ktorá je v rovnakej výške od základne a teda je postupne celá vytlačená v tejto výške pohybom trysky tlačovej hlavy. Keď sa tlač danej vrstvy ukončí, tryska sa zdvihne a začne tlačiť nasledujúcu vrstvu.
Tlač objektu sa realizuje vrstva po vrstve. Predchádzajúca vrstva musí medzitým dostatočne stuhnúť/schladnúť, aby sa objekt nedeformoval. Pri bežných domácich a školských tlačiarňach preto tlač postupuje pomerne pomaly.
Základné časti FDM tlačiarne
Najrozšírenejšie školské a domáce tlačiarne pracujú na princípe roztavovania plastového vlákna (filamentu), známom ako FDM (Fused Deposition Modeling). Medzi hlavné časti FDM tlačiarne patria:
- Cievka s filamentom – zásobník, z ktorého sa vlákno filamentu postupne posúva. Farba vlákna určuje výslednú farbu objektu. Existujú tlačiarne, ktoré môžu mať naraz niekoľko cievok.
- Pohybový mechanizmus umožňuje pohyb hlavice, z ktorej sa filament ukladá v trojrozmernom priestore. Pri tlači konkrétnej vrstvy sa pohybuje v rovine, pričom nanáša filament na predchádzajúcu nižšiu vrstvu. Potom sa pohne o úroveň vyššie.
- Vyhrievaná tryska zohrieva filament, aby ho bolo možné v polotekutom stave uložiť na predchádzajúcu vrstvu a aby sa na ňu prilepil.
- Extrudér – mechanizmus, ktorý posúva filament čiže tlačovú strunu do vyhrievanej trysky, čím sa roztavený materiál ukladá na presne určené miesto. Takto postupným nanášaním plastového vlákna vzniká celý objekt.
- Tlačová podložka – vodorovná základňa, na ktorej sa 3D objekt postupne buduje. Jej dĺžkou a šírkou sú určené dva základné rozmery budúceho objektu. Tretí rozmer je určený maximálnou výškou, do ktorej sa dostane tryska tlačovej hlavy.
Otázky na premýšľanie
- V čom je rozdiel medzi subtraktívnou a aditívnou výrobou?
- Prečo je potrebný krok slicing medzi modelom a tlačou?
- Prečo musí mať každá vrstva oporu pod sebou?
- Čo ak potrebujem vytvoriť objekt väčší, ako mi dovoľujú rozmery tlačovej podložky a maximálna výška trysky?