Druk przestrzenny
Druk przestrzenny, druk 3D, produkcja addytywna – proces wytwarzania fizycznych trójwymiarowych obiektów na podstawie modelu CAD lub cyfrowego modelu 3D[1][2]. Druk możne być wykonywany w różnych procesach, w których materiał jest osadzany, łączony lub zestalany[3] z dodawanym materiałem (takim jak tworzywa sztuczne lub ciecze), zwykle warstwa po warstwie.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6c/Prusa_i3_-_RepRap_3D_printer_printing.jpg/220px-Prusa_i3_-_RepRap_3D_printer_printing.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ae/Wikipedia_mini_globe.jpg/220px-Wikipedia_mini_globe.jpg)
W latach 80. XX wieku, druk 3D były uważany za użyteczny wyłącznie do produkcji prototypów, a bardziej odpowiednim terminem w tamtym czasie było szybkie prototypowanie[4]. Od 2019 roku precyzja i zakres materiałowy druku 3D wzrosły do tego stopnia, że wykorzystanie druku 3D zostało dostrzeżone również w produkcji przemysłowej[5]. Jedną z kluczowych zalet druku 3D jest możliwość wytwarzania bardzo złożonych kształtów, które byłyby niewykonalne do skonstruowania ręcznie[6].
Historia
edytujPierwsza technika drukowania przestrzennego została opracowana w 1984 roku przez Chucka Hulla i opatentowana w 1986 roku jako stereolitografia (SLA). W tym samym roku Charles Hull założył firmę 3D Systems , która zajęła się komercyjną produkcją pierwszych drukarek 3D[7]. W ramach 3D Systems opracowano stosowany do teraz format pliku STL, który jest używany do utworzenia pliku gcode[8]przekazującego instrukcje drukarkom przestrzennym.
Kolejna technika wydruku – osadzanie topionego materiału (FDM) – została opracowana w 1988 roku przez Scotta Crumpa , który rok później założył firmę Stratasys , chociaż swoją pierwszą maszynę „3D Modeler” zaczęli sprzedawać w 1992 roku. W tym samym roku powstała także pierwsza drukarka stosująca technikę Selective laser sintering. Jest to technika dokładniejsza i dająca większą swobodę niż FDM.
W 2006 roku Adrian Bowyer zbudował pierwszy prototyp drukarki 3D z projektowanym przeznaczeniem dla użytkowników domowych. W ramach zainicjowanego przez niego projektu RepRap tworzone są kolejne modele drukarek 3D, które można złożyć i częściowo wytworzyć w domu. Docelowo drukarki te miałyby się same powielać. W roku 2013 zestaw do samodzielnego montażu drukarki RepRapPro Huxley kosztował ok. 430 USD, a z elementami, które można wydrukować samodzielnie ok. 540 USD.
Na początku XXI wieku rozpoczęły się prace nad zastosowaniem technik podobnych do wydruku 3D w medycynie. Z powodzeniem można już wytwarzać ściśle dopasowane protezy (w tym te wszczepiane w organizm[9]), a nawet tkanki[10], ale wyzwaniem pozostaje drukowanie całych organów[11].
Zastosowania
edytujTę sekcję należy dopracować |
Możliwości wykorzystania drukarek przestrzennych zależą głównie od metody wytwarzania produktu, dostępnych materiałów oraz częściowo kubatury urządzenia. W przypadku FDM na to jakie materiały można wykorzystać wpływa w dużej mierze temperatura do jakiej może się rozgrzać wytłaczarka i od jej budowy. W metodach, w których przedmiot jest cały czas zawieszony w innej substancji (jak w SLA, Selective laser sintering oraz Binder jetting), ograniczeniem jest też to, że nie można tworzyć zamkniętych przestrzeni z pustym wnętrzem. Natomiast na precyzję wykonania wpływa głównie dokładność pozycjonowania elementów sterujących oraz sam materiał, z jakiego wykonywany jest przedmiot.
Rodzaje przedmiotów
edytujZa pomocą różnego rodzaju drukarek 3D można wytworzyć:
- gotowe produkty z tworzywa sztucznego;
- produkty wymagające obróbki (szczególnie w FDM może być konieczne przycięcie łączników i kolumienek oraz wygładzenie powierzchni);
- inne przedmioty z topliwych materiałów w tym z czekolady czy metalu[12];
- elementy innych przedmiotów;
- prototypy i inne produkty koncepcyjne;
- formy do wykonania właściwych elementów lub prototypów;
- w ograniczonej formie także różnego rodzaju tkanki;
- budynki.
Materiały
edytujW domowych drukarkach przestrzennych używa się przede wszystkim tworzyw sztucznych takich jak: PLA, ABS,PET-G, PVA, nylon, Laywood (materiał drewnopodobny, kompozyt plastiku i drewna), Laybrick (kompozyt plastiku i gipsu). Drukarki przemysłowe i mniej typowe modele mogą używać innych materiałów np.: żywic, gumy czy też czekolady lub metalu, a nawet betonu, piasku, papieru czy nawet cukru[13]. Trwają także prace nad możliwością druku 3D z grafenu[14]. W pełni kolorowe modele można uzyskać dzięki technologii CJP (ColorJet Printing), w której materiał proszkowy, oprócz tego, że jest spajany lepiszczem, jest też barwiony tuszami CMYK[13].
Rodzaje druku 3D
edytujObecnie dostępnych jest wiele metod wytwarzania addytywnego, które możemy określić mianem druku 3D. Różnią się one znacząco od siebie, oferują inne możliwości i mają odrębne dziedziny stosowania. Ogólnie ujmując druk 3D można podzielić ze względu na: oferowaną dokładność, materiał, z którego budowane są detale, sposób nakładania materiału (naświetlanie, wyciskanie, stapianie), szybkość wykonywania elementów.
Najpopularniejsze rodzaje druku 3D[15][16]:
- FDM (ang. Fused Deposition Modelling) – termoplastyczny materiał wyciskany przez dysze.
- MJP (ang. Multi Jet Printing) – napylany cienkimi warstwami fotopolimer utwardzany światłem UV.
- CJP (ang. Color Jet Printing) – gipsowy proszek barwiony tuszem (druk 3D w kolorach).
- DLP (ang. Digital Light Processing) – utwardzanie materiałów światłoczułych (fotopolimerów) za pomocą światła projektora.
- SLA (Stereolitografia) – żywice utwardzane są za pomocą lasera.
- SLS (ang. Selective Laser Sintering) – cienkie warstwy proszku budulcowego stapiane laserem.
- DMLS (ang. Direct Metal Laser Sintering) – proszki metali topione laserem dużej mocy. Druk 3D z metalu.
- Binder Jetting – proszki metaliczne lub proszki piasku są łączone za pomocą ciekłego spoiwa.
Aspekty prawne
edytujProdukcja broni palnej
edytujDepartament Bezpieczeństwa Krajowego Stanów Zjednoczonych wraz ze Wspólnym Regionalnym Centrum Wywiadowczym opublikowały notatkę stwierdzającą, że „znaczący postęp w możliwościach druku trójwymiarowego, a także dostępność bezpłatnych plików cyfrowych zawierających komponenty broni palnej przeznaczonych do druku 3D oraz trudności w regulowaniu udostępnienia plików mogą stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa publicznego ze strony niewykwalifikowanych osób, którzy uzyskują dostęp do broni palnej drukowanej w 3D” oraz że „proponowane przepisy zakazujące drukowania broni w 3D mogą zniechęcić do produkcji takiej broni jednak nie zapobiegną jej produkcji.”[17].
Próba ograniczenia w Internecie dystrybucji plików zawierających broń palną została porównana do zapobiegania powszechnej dystrybucji programu DeCSS, który jako pierwszy umożliwił zgrywanie płyt DVD-Video[18][19]. Po tym, jak rząd Stanów Zjednoczonych zobowiązał założyciela Defense Distributed do usunięcia projektu pistoletu Liberator ze strony, plany te nadal były powszechnie dostępne na The Pirate Bay i wielu innych serwisach[20]. Niektórzy amerykańscy politycy zaproponowali regulacje dotyczące drukarek 3D, które mogłyby zapobiec wykorzystywaniu ich do drukowania broni palnej[21][22]. Zwolennicy druku 3D zasugerowali, że takie regulacje byłyby daremne oraz mogłyby sparaliżować branżę druku 3D i oraz naruszać prawo do wolności słowa[23][24].
Urzędnicy w Wielkiej Brytanii zauważyli, że produkcja broni palnej, która miałaby zostać wydrukowana w druku przestrzennym byłaby nielegalna w świetle ich przepisów dotyczących kontroli broni palnej[25]. Europol stwierdził, że przestępcy posiadają dostęp do broni z innych źródeł, jednak zaznaczył, że wraz z rozwojem technologii ryzyko drukowania broni palnej może wzrosnąć[26].
Regulacja lotnicza
edytujW Stanach Zjednoczonych, Federalna Administracja Lotnictwa przewidziała chęć wykorzystania techniki druku przestrzennego w lotnictwie i rozważa, jak najlepiej uregulować ten proces[27]. W grudniu 2016 roku Federalna Administracja Lotnictwa zatwierdziła produkcję drukowanej w 3D dyszy paliwowej do silnika GE LEAP[28].
Zobacz też
edytujPrzypisy
edytuj- ↑ Wei Gao i inni, The status, challenges, and future of additive manufacturing in engineering, „Computer-Aided Design”, 69, 2015, s. 65–89, DOI: 10.1016/j.cad.2015.04.001, ISSN 0010-4485 [dostęp 2024-08-16] .
- ↑ N. Shahrubudin , T.C. Lee , R. Ramlan , An Overview on 3D Printing Technology: Technological, Materials, and Applications, „Procedia Manufacturing”, 35, The 2nd International Conference on Sustainable Materials Processing and Manufacturing, SMPM 2019, 8-10 March 2019, Sun City, South Africa, 2019, s. 1286–1296, DOI: 10.1016/j.promfg.2019.06.089, ISSN 2351-9789 [dostęp 2024-08-16] .
- ↑ Jon Excell , Stuart Nathan , The rise of additive manufacturing [online], theengineer.co.uk, 24 maja 2010 [dostęp 2024-08-16] [zarchiwizowane z adresu 2015-09-19] (ang.).
- ↑ Learning Course: Deep Dive Additive Manufacturing - Deep Dive: Additive Fertigung [online], www.tmg-muenchen.de [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ Hugo K.S. Lam i inni, The impact of 3D printing implementation on stock returns: A contingent dynamic capabilities perspective, „International Journal of Operations & Production Management”, 39 (6/7/8), 2019, s. 935–961, DOI: 10.1108/IJOPM-01-2019-0075, ISSN 0144-3577 [dostęp 2024-08-16] .
- ↑ 3D Printing: All You Need To Know [online], explainedideas.com, 20 sierpnia 2022 [dostęp 2024-08-16] [zarchiwizowane z adresu 2022-08-20] (ang.).
- ↑ The history of 3D printer [online], 3ders.org [dostęp 2016-10-18] [zarchiwizowane z adresu 2016-06-22] .
- ↑ GCODE.
- ↑ Łódź: wszczepili wydrukowany kawałek czaszki – Usługi medyczne [online], rynekzdrowia.pl, 8 września 2013 [dostęp 2016-10-18] .
- ↑ History – Organovo, „Organovo” [dostęp 2016-10-18] [zarchiwizowane z adresu 2016-02-16] (ang.).
- ↑ Steven Leckart , How 3-D Printing Body Parts Will Revolutionize Medicine, „Popular Science”, 6 sierpnia 2013 [dostęp 2016-10-18] (ang.).
- ↑ John Hewitt , 3D printing with metal: The final frontier of additive manufacturing [online], ExtremeTech, 27 grudnia 2012 [dostęp 2016-10-18] .
- ↑ a b Jak działa drukarka 3D? [online], 3D Systems Polska [dostęp 2016-09-30] .
- ↑ Firma Graphene 3D Labs Inc. Źródło: www.lomiko.com.
- ↑ Popularne technologie druku 3D [online], I.J. Paliga Studio [dostęp 2016-10-18] .
- ↑ Dziennik Wschodni , Drukarka 3D w Technologii SLS czy FDM - Którą wybrać? [online], Dziennik Wschodni [dostęp 2022-03-31] (pol.).
- ↑ Jana Winter , Homeland Security bulletin warns 3D-printed guns may be 'impossible' to stop [online], foxnews.com, 23 maja 2015 [dostęp 2024-08-16] [zarchiwizowane z adresu 2015-09-24] (ang.).
- ↑ Controlled by Guns [online], Quiet Babylon [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ State Dept Censors 3D Gun Plans, Citing 'National Security' [online], News From Antiwar.com, 11 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ Natasha Lennard , The Pirate Bay steps in to distribute 3-D gun designs [online], Salon, 10 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ Sen. Leland Yee Proposes Regulating Guns From 3-D Printers - CBS Sacramento [online], www.cbsnews.com, 8 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ Schumer Announces Support For Measure To Make 3D Printed Guns Illegal - CBS New York [online], www.cbsnews.com, 5 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ James Ball , US government attempts to stifle 3D-printer gun designs will ultimately fail, „The Guardian”, 10 maja 2013, ISSN 0261-3077 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ John Biggs , Like It Or Not, 3D Printing Will Probably Be Legislated [online], TechCrunch, 18 stycznia 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ Nadia Gilani , First 3D printer gun fired in US [online], Metro, 6 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ Edward Smith , First 3D Printed Gun 'The Liberator' Successfully Fired [online], ibtimes.co.uk, 7 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] [zarchiwizowane z adresu 2013-10-29] (ang.).
- ↑ Debra Werner , FAA prepares guidance for wave of 3D-printed aerospace parts [online], SpaceNews, 20 października 2017 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
- ↑ Beau Jackson , FAA to launch eight-year additive manufacturing road map [online], 3D Printing Industry, 21 października 2017 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
Linki zewnętrzne
edytuj- Portal technologii przyrostowych i baza Wiki.
- Opis techniki na stronie MIT (ang.).
- Strona oficjalna Fab@Home (ang.).
- Samouczek Fablab. fablab.waag.org. [zarchiwizowane z tego adresu (2013-01-28)]. (ang.)..
- Materiały polimerowe w przemysłowym druku 3D
- Szkła metaliczne: technologie dla technik generatywnych