3D tisk. LBF/ZUB22 Programové vybavení ordinace zubního lékaře. Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. Palacký University, Olomouc

Transkript

1 3D tisk LBF/ZUB22 Programové vybavení ordinace zubního lékaře Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. Palacký University, Olomouc

2 Výroby trojrozměrných předmětů existuje celá řada metod široké využití Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 1 / 25

3 Aditivní vs. substraktivní proces additivní proces additivní proces = materiál se přidává 3D tisk substraktivní proces substraktivní proces = materiál se odebírá z celistvého bloku materiál odebírá, až zbyde jen požadovaný tvar obráběcí stroje Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 2 / 25

4 3D tisk proces, při kterém se z digitální předlohy (3D model) vytváří fyzický model additivní proces = materiál se přidává 3D tisk nenahradí klasické výrobní zařízení, ale doplňuje ho Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 3 / 25

5 Historie 1986 Charles W. Hull zakládá společnost 3D systems a vyvíjí první skutečnou 3D tiskárnu nazývanou stereolitografický aparát SLA D systems přinášejí veřejnosti první verzi 3D tiskárny s názvem SLA Použití 3D tisku při výrobě a testování prototypů součástek v automobilovém a leteckém průmyslu Vytvoření částí orgánu potažené pacientovými vlastními buňkami Byla vytištěna první miniaturní funkční ledvina, která byla úspěšně použita při transplantaci pro nemocné zvíře Vědci na Cornell University oznamují začátek vývoje 3D tiskáren na výrobu jídla. Shapeways ve spolupráci s Continuum Fashion prezentují první vytištěné bikiny. Univerzita Brunel ve spolupráci s Univerzitou Exeter vyrábějí první 3D tiskárnu na čokoládu. Inženýři z Univerzity v Southamptonu sestrojili pomocí 3D tisku první bezpilotní letadlo. Společnost i.materlialise nabízí jako první 3D tisk ze 14 ti karátového zlata a stříbra. Vídeňská Technická Univerzita prezentuje nejmenší 3D tiskárnu, která váží 1,5 kg a její cena se pohybuje kolem 1200 EUR Lékaři v Nizozemsku si od společnosti LayerWise nechávají vytvořit novou spodní čelist pro 83 letou pacientku, kterou jí následné úspěšně implantují. Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 4 / 25

6 Technologie FDM - fusion deposition modeling postupné nanášení taveniny po velmi tenkých vrstvách pomocí řízené tiskové hlavy SLA - stereolytografie model vzniká působením ultrafialového laserového paprsku na tekutou fotopolymerickou pryskyřici pryskyřice je působením laseru ztvrzována ve vrstvách výhody: velké modely s dobrými fyzikálními vlastnostmi, dají se dále obrábět nevýhody: vysoká cena zařízení i materiálu SLS - selective laser sintering (selektivní spékání laserem, sintrování ) model vzniká tavením práškového materiálu (např. plast, kov, keramika nebo sklo) ten je po tenkých vrstvách spékán v ploše řezů vysoce výkonným laserem DMLS - direct metal laser sintering energie laseru taví kovový materiál v podobě jemného prášku pouze v oblasti geometrie dílu vrstvu po vrstvě Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 5 / 25

7 FDM jednou z nejrozšířenějších metod profesionálního 3D tisku na konci osmdesátých let dvacátého století vyvinul a v roce 1989 patentoval S. Scott Crump Princip: tavení plastu nebo kovu ve formě vlákna uvnitř extruzní hlavy hlava taveninu vytlačuje na podložku a svým pohybem ve dvou osách postupně nanáší velmi tenkou vrstvu materiálu v rovině horizontálního průřezu budoucího výrobku po nanesení celé vrstvy se podložka sníží o tloušt ku vrstvy ve vertikální ose a postupné nanášení pokračuje nanovo Materiály: termoplasty ABS a PLA, polykarbonáty nebo speciální termoplasty typu Ultem Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 6 / 25

8 ABS akrylonitrilbutadienstyren hustota kg/m 3 výhody: tuhost, odolnost proti nízkým i vysokým teplotám a chemikálíım (kyseliny, uhlovodíky, oleje) a zdravotní nezávadnost ABS je možné lepit rozpouštědlovými a polyakrylátovými lepidly nevýhody: kvalita povrchu modelů je hrubší a občas ušpiněná, ve srovnání s jinými materiály, při tisku lehce kroutí Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 7 / 25

9 PLA je získáván z obnovitelných zdrojů (např. z kukuřičného nebo bramborového škrobu) a je biologicky odbouratelný je snadněji a rychleji zpracovatelný při stejných výchozích podmínkách (ve srovnání s ABS) výrazně méně odolný vůči vyšším teplotám není tolik náchylný k deformacím a vadám vlivem chladnutí vytištěného materiálu (nevyžaduje použití vyhřívané podložky) výrobky z PLA oproti ABS méně pružné a mají vyšší lesk Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 8 / 25

10 PET-G polyethylentereftalát (PET) je nejvíce běžně používaný plast na světě PET-G je upravená verze PET ( G znamená modifikovaný glykol ) PETG je vysoce odolný proti nárazu na rozdíl od PET kombinuje vlastnosti materiálů ABS (silnější, odolnější teplotám, odolnější) a PLA (snadný tisk) adheze mezi vrstvami je obvykle vynikající nízké riziko zkroucení nebo výrazného smrštění lze jej recyklovat Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 9 / 25

11 Materiály PLA ABS PET-G Teplota trysky C C C Teplota podložky C C C Tisková podložka Nepovinná Povinná Povinná Přilnutí první vrstvy Dobré Drobné problémy Drobné problémy Výpary Skoro žádné Silné Silné Absorbce vlhkosti Ano Ano Ano Pružnost (GPa) 3,5 2,4 2,2 Pevnost v ohybu (MPa) Pevnost v tahu (MPa) Deformace při teplotě ( C) Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 10 / 25

12 Jiné materiály dřevo - dřevěné piliny z javoru, borovice a pekanového ořechu výrobek vzniká nanášením tenkých vrstev dřevěných pilin s příměsí látky, která po nanesení vodního aerosolu vrstvu zpevní sůl beton - budoucí využití k vytištění domů, které budou mít mnohem lepší vlastnosti než běžně stavěné domy alumid - směs nylonového (polyamid) a hliníkového prášku sklo - skleněný prášek, který se vyrábí recyklací ze starého skla. Při tisku skleněných modelů se používá speciální spojovací materiál. čokoláda - čokoláda se dá snadno působením tepla přivést do pastovitého stavu a chová se tak podobně jako plastické hmoty používané při běžném 3D tisku organický materiál Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 11 / 25

13 3D tiskárna a) filament b) vyhřívaná pohyblivá hlava (extruder) c) tisknutý model d) dočasné podpěry e) pohyblivá podložka (vyhřívaná) f) stavěcí komora (vymezuje maximální možné rozměry modelu) Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 12 / 25

14 Postup tisku 1 Tvorba modelu 2 Převod modelu do g.code 3 3D Tisk 4 Dokončovací operace Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 13 / 25

15 Tvorba modelu virtua lnı poc ı tac ovy model vytvor eny v graficke m 3D software (napr. CAD) datovy forma t - STL vlastnı na vrh - CAD, TinkerCad ( 3D Builder, FreeCAD,... hotove modely: Mgr. Marke ta Trnec kova, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 14 / 25

16 Převod modelu do g. code převod z formátu (.obj,.stl) do formátu g.code, kterému rozumí 3D tiskárna v tomto souboru jsou uloženy souřadnice, podle kterých tryska pojede, a informace, kolik materiálu bude tiskárna potřebovat na výtisk výsledného objektu programy Slic3r, KisSlicer,... zde se nastavují parametry tisku - materiál, kvalita tisku, rychlost tisku, tvorba podpěr,... Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 15 / 25

17 Nastavení rozlišení - jeho přesnost, zejména ve vertikálním směru, která je dána nejnižší možnou výškou vrstvy (dle použité 3D tiskárny a materiálu). Rozlišení se udává v bodech na palec (DPI), nebo v mikrometrech. výplň: hustota a tvar výplně modelu podpěry: některé modely vyžadují budování dočasných podpor pro zajištění stability a tvaru budovaného modelu ve stavební komoře (převis, most), zvyšují čas tisku, je potřeba je odstranit, horší kvalita povrchu Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 16 / 25

18 Podpěry Most and převis Ne všechny převisy potřebují podpěry - pravidlo 45 stupňů Ne všechny mosty potřebují podpěry - pravidlo 5 mm Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 17 / 25

19 3D tisk přesuneme g. code do tiskárny nahřejeme podložku a trysku je potřeba hĺıdat, zda není ucpaná tryska, zda materiál správně přilnul k podložce, případně vyčistit trysku a upravit teplotu stringing - vytváření nežádoucích vláken materiálu při přejezdech tiskové trysky během tisku výrobku - úprava nastavením retrakce, rychlosti tisku, teplota extruderu Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 18 / 25

20 Dokončovací operace anglicky finishing procesy, které podstupuje již hotový 3D model vytvořený na 3D tiskárně odstranění dočasných podpor aplikace povrchových vrstev, např. barvení, nebo lakování broušení za účelem zjemnění povrchu Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 19 / 25

21 Mýty o 3D tisku 3D tisk čehokoliv - 3D tiskárny zatím nejsou na takové technologické úrovni, aby zvládly vytisknout cokoliv Funkční zbraň z 3D tiskárny - můžete vytisknout plastovou náhradu, ale stejně musíte používat klasické náboje (kovová celovytisknutá zbraň, metodou DMLS, výroba stojí jako malé rodinné auto) 3D tisk nenabízí praktické využití 3D tisk je jednoduchý a je pro každého 3D tisk je záležitost několika posledních let Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 20 / 25

22 Prusa i3 MK3 pracovní prostor 11,025 cm 3 (25 x 21 x 21 cm) integrované LCD, tisk z SD karty (8 GB v balení) nebo z počítače přes USB 0,4 mm tryska (jednoduše vyměnitelná) pro 1,75 mm tiskovou strunu plně automatická kalibrace tiskové plochy vyhřívaná podložka s kompenzací studených rohů podporované materiály PLA, ABS, PET, HIPS, Flex PP, Ninjaflex, Laywood, Laybrick, Nylon, Bamboofill, Bronzefill, ASA, T-Glase, filamenty s uhĺıkovým vláknem, polykarbonát... Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 21 / 25

23 Tisk zubu model z (Silviu Bleoca) originální velikost: 50x50x60mm množství materiálu: 27gr materiál: PET-G výplň: 20% tloušt ka vrstvy: 0,25 mm podpory: do výšky 2 mm teplota: trysky (1. vrstva 230, ostatní 240), podložky (105) Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 22 / 25

24 Tisk na 3D tiskárně 1 Vložíme SD kartu s modelem 2 Předehřejeme trysky 3 V případě potřeby - zavedeme filament 4 Tisk: kalibrace samotný tisk Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 23 / 25

25 TinkerCad online, zdarma (nutná registrace) Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 24 / 25

26 Úkol podívejte se na již hotové modely např. na zkuse vytvořit jednoduchý model v TinkerCad = sněhuláka Mgr. Markéta Trnečková, Ph.D. (UPOL) 3D tisk 25 / 25