Druk 3D jest wszechstronny, ale ludzie zastanawiają się, czy drukarki 3D drukują tylko plastik. W tym artykule przyjrzymy się, z jakich materiałów mogą korzystać drukarki 3D.

Konsumenckie drukarki 3D używają głównie tworzyw sztucznych takich jak PLA, ABS czy PETG, które są znane jako termoplasty, ponieważ miękną i twardnieją w zależności od temperatury. Istnieje wiele innych materiałów, które można drukować 3D za pomocą różnych technologii druku 3D, takich jak SLS czy DMLS dla metali. Można nawet drukować 3D beton i wosk.

Jest jeszcze kilka przydatnych informacji, które umieściłem w tym artykule na temat materiałów, które są wykorzystywane w druku 3D, więc czytaj dalej po więcej.

Czego drukarki 3D używają jako atramentu?

Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się nad tym, czego drukarki 3D używają do tuszu, oto prosta odpowiedź. Drukarki 3D używają trzech podstawowych rodzajów materiałów do tuszu, którymi są mianowicie;

• Tworzywa termoplastyczne (włókno)
• Żywica
• Proszki

Materiały te wykorzystują do drukowania różne rodzaje drukarek 3D, a my w miarę postępu prac przyjrzymy się każdemu z tych materiałów.

Tworzywa termoplastyczne (włókno)

Termoplasty są rodzajem polimeru, który staje się elastyczny lub formowalny po podgrzaniu do określonej temperatury i twardnieje po ochłodzeniu.

Jeśli chodzi o druk 3D, filamenty lub tworzywa termoplastyczne są tym, czego drukarki 3D używają jako "atramentu" lub materiału do tworzenia obiektów 3D. Jest on używany w technologii zwanej Fused Deposition Modeling lub FDM 3D printing.

Jest to prawdopodobnie najprostszy rodzaj druku 3D, ponieważ nie wymaga skomplikowanego procesu, a raczej tylko podgrzania filamentu.

Najpopularniejszym filamentem, którego większość ludzi używa jest PLA lub Polylactic Acid. Kolejne kilka najbardziej popularnych filamentów to ABS, PETG, TPU & Nylon.

Możesz uzyskać wszelkiego rodzaju typy filamentów, jak również różne hybrydy i kolory, więc naprawdę istnieje szeroki zakres termoplastów, z których możesz drukować 3D.

Przykładem może być ten SainSmart Black ePA-CF Carbon Fiber Filled Nylon Filament z Amazon.

Niektóre filamenty są trudniejsze do drukowania niż inne i mają bardzo różne właściwości, które można wybrać w zależności od projektu.

Druk 3D z filamentów termoplastycznych polega na tym, że materiał jest podawany przez rurkę mechanicznie za pomocą ekstrudera, który następnie trafia do komory grzewczej zwanej hotendem.

Hotend jest podgrzewany do temperatury, w której filament mięknie i może być wytłaczany przez mały otwór w dyszy, zwykle o średnicy 0,4 mm.

Twoja drukarka 3D działa na podstawie instrukcji zwanych plikiem G-Code, który mówi drukarce 3D dokładnie, jaka ma być temperatura, gdzie przesuwać głowicę drukującą, na jakim poziomie powinny być wentylatory chłodzące i każda inna instrukcja, która sprawia, że drukarka 3D robi rzeczy.

Pliki G-Code powstają poprzez obróbkę pliku STL, który można łatwo pobrać ze strony internetowej takiej jak Thingiverse. Oprogramowanie do obróbki nazywane jest slicerem, najpopularniejszym dla druku FDM jest Cura.

Oto krótki film, który pokazuje proces druku 3D z filamentu od początku do końca.

Właściwie napisałem cały post o nazwie Ultimate 3D Printing Filament & Materials Guide, który prowadzi przez kilka rodzajów filamentów i materiałów do druku 3D.

Żywica

Kolejnym zestawem "tuszu", który wykorzystują drukarki 3D jest materiał zwany żywicą fotopolimerową, czyli termoutwardzalną cieczą, która jest wrażliwa na światło i zestala się pod wpływem określonych długości fal światła UV (405nm).

Żywice te różnią się od żywic epoksydowych, które są zwykle używane do rzemiosła hobbystycznego i podobnych projektów.

Żywice do druku 3D są wykorzystywane w technologii druku 3D zwanej SLA lub Stereolitografią. Metoda ta zapewnia użytkownikom znacznie wyższy poziom szczegółowości i rozdzielczości ze względu na sposób tworzenia każdej warstwy.

Popularne żywice do druku 3D to: żywica standardowa, żywica szybka, żywica podobna do ABS, żywica elastyczna, żywica zmywalna wodą i żywica twarda.

Napisałem bardziej dogłębny post o tym, jakie rodzaje żywicy są do druku 3D? Najlepsze marki & typy, więc nie krępuj się sprawdzić tego po więcej szczegółów.

Oto proces, w jaki sposób działają drukarki 3D SLA:

• Po złożeniu drukarki 3D, wlewasz żywicę do kadzi z żywicą - pojemnika, w którym trzymasz swoją żywicę nad ekranem LCD.
• Płyta konstrukcyjna opuszcza się do kadzi z żywicą i tworzy połączenie z warstwą folii w kadzi z żywicą.
• Tworzony plik do druku 3D będzie wysyłał instrukcje naświetlania konkretnego obrazu, który będzie tworzył warstwę
• Ta warstwa światła utwardzi żywicę
• Następnie płyta konstrukcyjna podnosi się i wytwarza ciśnienie ssące, które powoduje odklejenie utworzonej warstwy od folii kadzi z żywicą i przyklejenie jej do płyty konstrukcyjnej.
• Będzie kontynuować tworzenie każdej warstwy poprzez naświetlanie obrazu świetlnego, aż do utworzenia obiektu 3D.

Zasadniczo wydruki SLA 3D są tworzone do góry nogami.

Drukarki 3D SLA mogą tworzyć niesamowite detale dzięki możliwości uzyskania rozdzielczości do 0,01 mm lub 10 mikronów, ale standardowa rozdzielczość to zazwyczaj 0,05 mm lub 50 mikronów.

Drukarki 3D FDM mają zwykle standardową rozdzielczość 0,2 mm, ale niektóre wysokiej klasy maszyny mogą osiągnąć 0,05 mm.

Bezpieczeństwo jest ważne, jeśli chodzi o żywicę, ponieważ ma toksyczność, gdy wchodzi w kontakt ze skórą. Powinieneś używać rękawic nitrylowych podczas obsługi żywicy, aby uniknąć kontaktu ze skórą.

Druk 3D z żywicy ma dłuższy proces ze względu na konieczny post-processing. Trzeba zmyć nieutwardzoną żywicę, oczyścić podpory, które są wymagane do druku 3D modeli z żywicy, a następnie utwardzić część za pomocą zewnętrznej lampy UV, aby utwardzić wydrukowany obiekt 3D.

Proszki

Mniej popularną, ale rozwijającą się branżą w druku 3D jest wykorzystywanie proszków jako "tuszu".

Proszki używane w druku 3D mogą być polimerami lub nawet metalami, które są zredukowane do drobnych cząstek. Właściwości użytego proszku metalowego oraz proces drukowania określają wynik wydruku.

Istnieje kilka rodzajów proszków, które mogą być wykorzystywane w druku 3D, takich jak nylon, stal nierdzewna, aluminium, żelazo, tytan, chrom kobaltowy, wśród wielu innych.

Strona internetowa o nazwie Inoxia sprzedaje wiele rodzajów proszków metalowych.

Istnieją również różne techniki, które mogą być stosowane w druku 3D z proszku, takie jak SLS (Selective Laser Sintering), EBM (Electron Beam Melting), Binder Jetting & BPE (Bound Powder Extrusion).

Najpopularniejsza jest technika spiekania znana jako SLS (Selective Laser Sintering).

Proces Selektywnego Spiekania Laserowego odbywa się poprzez:

• Zbiornik proszku jest wypełniony proszkiem termoplastycznym, zwykle nylonowym (okrągłe i gładkie cząstki).
• Rozsiewacz proszku (łopatka lub wałek) rozprowadza proszek, aby stworzyć cienką i jednolitą warstwę na platformie montażowej.
• Laser selektywnie nagrzewa części obszaru budowy, aby stopić proszek w określony sposób.
• Płyta konstrukcyjna przesuwa się w dół z każdą warstwą, gdzie proszek jest ponownie rozprowadzany w celu kolejnego spiekania z lasera.
• Proces ten jest powtarzany do momentu, gdy Twoja część zostanie ukończona
• Twoja ostateczna odbitka będzie zamknięta w nylonowo-pudrowej powłoce, którą można usunąć za pomocą pędzla.
• Następnie można użyć specjalnego systemu, który wykorzystuje coś takiego jak powietrze o dużej mocy, aby oczyścić resztę.

Oto szybki filmik jak wygląda proces SLS.

Proces odbywa się poprzez spiekanie proszku, aby utworzyć stałe części, które są bardziej porowate niż temperatura topnienia. Oznacza to, że cząstki proszku są ogrzewane tak, że powierzchnie spawają się ze sobą. Jedną z zalet jest możliwość łączenia materiałów z tworzywami sztucznymi w celu wytworzenia wydruków 3D.

Możesz drukować 3D z proszków metali przy użyciu technologii takich jak DMLS, SLM & EBM.

Czy drukarki 3D mogą drukować tylko plastik?

Choć plastik jest najczęstszym materiałem wykorzystywanym w druku 3D, drukarki 3D mogą drukować materiały inne niż plastik.

Inne materiały, które mogą być wykorzystywane w druku 3D to:

• Żywica
• Proszek (polimery & metale)
• Grafit
• Włókno węglowe
• Tytan
• Aluminium
• Srebro i złoto
• Czekolada
• Komórki macierzyste
• Iron
• Drewno
• Wosk
• Beton

W przypadku drukarek FDM, tylko niektóre z tych materiałów można podgrzać i zmiękczyć, a nie spalić, tak aby można je było wypchnąć z hotendu. Istnieje wiele technologii druku 3D, które rozszerzają możliwości materiałowe tego, co ludzie mogą stworzyć.

Głównym z nich są drukarki 3D SLS, które wykorzystują proszek z techniką spiekania laserowego do tworzenia wydruków 3D.

Drukarki 3D z żywicy są również powszechnie stosowane do celów domowych i komercyjnych. Polega to na wykorzystaniu procesu fotopolimeryzacji do zestalenia płynnej żywicy za pomocą światła UV, która następnie przechodzi przez postprocessing w celu uzyskania wysokiej jakości wykończenia.

Drukarki 3D mogą drukować nie tylko plastik, ale mogą drukować inne materiały w zależności od rodzaju danej drukarki 3D. Jeśli chcesz drukować któryś z innych wymienionych powyżej materiałów, powinieneś zaopatrzyć się w odpowiednią technologię druku 3D.

Czy drukarki 3D mogą wydrukować każdy materiał?

Materiały, które mogą być zmiękczone i wytłaczane przez dyszę, lub sproszkowane metale mogą być łączone ze sobą w celu utworzenia obiektu. Tak długo jak materiał może być układany warstwowo lub na sobie, może być drukowany 3D, ale wiele obiektów nie pasuje do tych cech. Beton może być drukowany 3D, ponieważ zaczyna się od miękkości.

Domy drukowane w 3D powstają z betonu, który zostaje wymieszany i wytłoczony przez bardzo dużą dyszę, a po jakimś czasie twardnieje.

Z czasem druk 3D wprowadził mnóstwo nowych materiałów, takich jak beton, wosk, czekolada, a nawet materia biologiczna, jak komórki macierzyste.

Oto jak wygląda dom wydrukowany w 3D.

Czy można w 3D drukować pieniądze?

Nie, nie można drukować 3D pieniędzy ze względu na proces produkcyjny druku 3D, a także wbudowane oznaczenia na pieniądzach, które sprawiają, że są one antyfałszywe. Drukarki 3D tworzą głównie obiekty z tworzyw sztucznych przy użyciu materiałów takich jak PLA lub ABS, a zdecydowanie nie można drukować 3D przy użyciu papieru. Możliwe jest drukowanie 3D monet z metalu rekwizytów.

Pieniądze są wykonane z wieloma oznaczeniami i osadzonymi nitkami, których drukarka 3D może nie być w stanie dokładnie odtworzyć. Nawet jeśli drukarka 3D może być w stanie wyprodukować to, co wygląda jak pieniądze, wydruki nie mogą być używane jako pieniądze, ponieważ nie mają unikalnych cech, które składają się na banknot.

Pieniądze są drukowane na papierze, a większość wydruków 3D jest drukowana w plastiku, czyli zestalonej żywicy. Te materiały nie mogą funkcjonować tak jak papier i nie można się z nimi obchodzić tak, jak z pieniędzmi.

Badania pokazują, że współczesne waluty większości krajów świata mają wbudowane co najmniej 6 różnych technologii. Żadna drukarka 3D nie będzie w stanie obsłużyć więcej niż jedną lub dwie z tych metod, które są wymagane do dokładnego wydrukowania banknotu.

Większość krajów, w szczególności USA, buduje banknoty, które zawierają najnowsze, zaawansowane technologicznie zabezpieczenia przed fałszerstwami, co utrudni drukarce 3D ich wydrukowanie. Może to być możliwe tylko wtedy, gdy drukarka 3D posiada wymaganą technologię do wydrukowania danego banknotu.

Drukarka 3D może jedynie próbować wydrukować podobiznę pieniądza i nie posiada odpowiedniej technologii ani materiałów do drukowania pieniędzy.

Wiele osób tworzy monety rekwizyty używając plastikowego materiału jak PLA, a następnie malując go metaliczną farbą w sprayu.

Inni wspominają o technice, w której można stworzyć formę 3D i użyć glinek z metali szlachetnych. Prasowałbyś glinę do formy, a następnie wypalał ją w metalu.

Oto YouTuber, który stworzył monetę D&D, która ma "Tak" & "Nie" na każdym końcu. Wykonał prosty projekt w programie CAD, a następnie stworzył skrypt, w którym wydrukowana w 3D moneta zatrzymuje się, aby mógł włożyć podkładkę do środka, aby uczynić ją cięższą, a następnie wykańcza resztę monety.

Oto przykładowy plik 3D Printed Bitcoin z Thingiverse, który możesz pobrać i wydrukować 3D samodzielnie.