11 minut

Porównanie metod druku 3D

Porównanie metod druku 3D

Najpopularniejsze metody druku 3D – która będzie dla Ciebie najlepsza?

Druk 3D to fenomenalna technologia pozwalająca na realizację nawet najbardziej skomplikowanych projektów. Jednak różnorodność dostępnych metod druku 3D potrafi przyprawić o prawdziwy zawrót głowy. Jak się w tym wszystkim nie pogubić? Przygotowaliśmy dla Ciebie krótki przewodnik, dzięki któremu poznasz wszystkie najpopularniejsze systemy drukarek 3D oraz zdecydujesz, który z nich będzie najlepszy dla Twoich zastosowań!

Drukarka drukarce nierówna, czyli metody druku 3D

Druk 3D to złożone zagadnienie, które tak naprawdę składa się z kilku różnych technologii. Ich wspólnym mianownikiem jest fizyczne odtwarzanie kształtów z przygotowanych wcześniej modeli 3D metodą przyrostową.

W dużym uproszczeniu możemy powiedzieć, że drukarka 3D „robi coś z niczego” – w zależności od wybranej metody gotowe wydruki mogą powstawać między innymi z:

  • tworzyw sztucznych,
  • żywicy światłoutwardzalnej,
  • sproszkowanych stopów metali,
  • ceramiki.

W zależności od wybranej technologii druku 3D oraz wykorzystanego materiału uzyskiwane są wydruki o różnych właściwościach technicznych.

Nie można jednoznacznie odpowiedzieć na pytanie, która metoda druku 3D jest najlepsza – każda z nich nadaje się do innych zastosowań. Poniżej zaprezentujemy Ci najczęściej stosowane systemy druku 3D i podpowiemy, w jakich branżach sprawdzą się one najlepiej. 

Druk 3D FFF/FDM

Technologia Fused Filament Fabrication (FFF) występująca również pod nazwą Fused Deposition Modeling (FDM) to pierwsze, co kojarzy się z drukowaniem w 3D. Jest to zdecydowanie najbardziej rozpowszechniona metoda druku 3D, z której korzystają już dziesiątki tysięcy dużych przedsiębiorstw i małych firm w całej Polsce.

W tym momencie należy doprecyzować pewną kwestię – tak naprawdę technologia FFF i FDM, to praktycznie to samo, a różnice w nazewnictwie wynikają z zastrzeżenia terminu FFF przez firmę Stratasys. Obie metody do drukowania wykorzystują filament z tworzywa sztucznego, który jest roztapiany w głowicy drukarki. Tak przygotowany materiał jest następnie wyciskany i równomiernie nakładany na łoże drukarki, warstwa po warstwie, przestrzegając jednocześnie geometrii przygotowanego wcześniej modelu 3D.

Drukowanie w technologii FFF/FDM możliwe jest z tworzyw sztucznych takich jak:

  • ABS, PLA, PET-G, Nylon PA12,
  • TPU – to materiał, który pozwala drukować elastyczne elementy lub części o właściwościach amortyzacyjnych,
  • PVA oraz HIPS – to tworzywa sztuczne, które można całkowicie rozpuścić w roztworze wodnym lub specjalnym rozpuszczalniku,
  • polipropylen – to materiał niezwykle wytrzymały na wysokie temperatury, obciążenia mechaniczne, zginanie, a także działanie wielu agresywnych środków chemicznych.

Oprócz tego technologia FFF/FDM umożliwia również wykorzystanie specjalistycznych kompozytowych tworzyw sztucznych, zawierających w sobie domieszkę włókien szklanych lub innych dodatków uszlachetniających. Możesz również spotkać się z drukiem przy pomocy ozdobnych filamentów imitujących drewno, metal, ceramikę, a nawet zmieniających swój kolor pod wpływem temperatury.

Wady i zalety technologii FFF/FDM

Podstawową zaletą oferowaną przez tę metodę druku 3D jest relatywnie niska cena i bardzo szybki czas realizacji całego projektu. FFF/FDM to zdecydowanie najtańszy sposób na wydrukowanie interesującego Cię elementu.

Co ciekawe, wcale nie oznacza to oszczędzania na jego jakości – profesjonalne drukarki 3D FFF/FDM oferują tolerancję wymiaru wynoszącą nawet +/- 0,2 mm. Umożliwia to seryjną i w pełni powtarzalną produkcję elementów, a także wszelkiego rodzaju form i matryc [KLIK].

FFF/FDM doskonale sprawdzi się również jako narzędzie do szybkiego prototypowania, pozwalając tym samym na rzetelną ocenę wstępnego projektu danego elementu.

Klienci korzystający z usług druku 3D oferowanych przez platformę LaserTrade w technologii FFF/FDM chwalą sobie również możliwość wytwarzania elementów o stosunkowo dużych wymiarach. Chociaż standardem jest pole robocze oscylujące w okolicach 350 x 350 x 300 mm, to największe profesjonalne drukarki 3D oferują powierzchnię roboczą przekraczającą 1000 x 1000 x 1000 milimetrów, pozwalając tym samym realizować naprawdę ogromne projekty, bez konieczności dzielenia ich na osobne części.

Technologia druku 3D FFF/FDM nie jest jednak idealna. Największą jej wadą jest wspomniana wcześniej dokładność, która – chociaż bardzo wysoka – ma też pewne ograniczenia. Jest to w szczególności widoczne podczas drukowania małych elementów o wielkości nieprzekraczającej kilku centymetrów lub drobnych podzespołów składowych większego mechanizmu.

Kolejnym problemem trapiącym druk FFF/FDM są trudności z drukowaniem modeli o bardzo skomplikowanej geometrii. W szczególności mamy tutaj na myśli różnego rodzaju zwisy lub ostre łuki. Drukarka będzie mieć również problem z wydrukowaniem długich, poziomych linii wiszących całkowicie w powietrzu, tak jak ma to miejsce w przypadku liter „C” oraz „Z”. Można jednak poradzić sobie z tą niedogodnością poprzez zmianę orientacji modelu w oprogramowaniu drukarki 3D lub poprzez zastosowanie wsporników, które są bezinwazyjnie usuwane po wydrukowaniu modelu.   

Druk 3D SLA/MSLA oraz DLP

Technologie SLA, MSLA oraz DLP do produkcji wydruków wykorzystują proces zwany stereolitografią. Pozwala to uzyskać wydruki o bardzo skomplikowanej geometrii oraz gigantycznej dokładności wyrażanej w mikronach. Profesjonalne drukarki żywiczne są w stanie zapewnić rozdzielczość (grubość pojedynczej warstwy) mniejszą niż 2 mikrony w osi Z oraz 13 mikronów w osiach X oraz Y. Dla porównania ludzki włos przeciętnie posiada grubość „aż” 75 mikronów.

Zasada działania drukarki 3D zasilanej żywicą światłoutwardzalną wydaje się stosunkowo prosta, chociaż po bliższym zapoznaniu się z tą technologią okazuje się, że są to jedne z bardziej skomplikowanych maszyn na rynku. W dużym uproszczeniu polega on na naświetlaniu łoża drukarki 3D oraz znajdującej się na nim żywicy światłoutwardzalnej skondensowaną wiązką światła. Najczęściej jest to pasmo ultrafioletowe (UV). Poszczególne technologie drukarek żywicznych nieznacznie się od siebie różnią, ale w praktyce oferują bardzo podobną jakość wydruków.

Drukarki 3D SLA/MSLA oraz DLP umożliwiają stosowanie szeregu różnych żywic. Większość z nich różni się od siebie głównie kolorem, ale warto tutaj wyróżnić kilka nieco bardziej specyficznych materiałów. Należą do nich przede wszystkim żywice:

  • do zastosowań medycznych,
  • o właściwościach pozwalających osiągnąć największą możliwą precyzję wydruku,
  • umożliwiające drukowanie elastycznych części lub przedmiotów przypominających swoją fakturą gumę,
  • biodegradowalne,
  • oferujące możliwość oczyszczania wydruku przy pomocy wody destylowanej.

Ciekawostką są również żywice wykorzystywane do celów jubilerskich, pozwalające na odlewanie metodą wosku traconego [KLIK].

Wady i zalety technologii SLA/MSLA oraz DLP

Największym atutem drukarek żywicznych jest ich ogromna dokładność. Pozwalają one na uzyskanie wydruków niemal idealnie odzwierciedlającym model 3D. Co więcej, drukowane przedmioty mogą posiadać bardzo skomplikowaną geometrię, której odwzorowanie nie będzie stanowić większego wyzwania dla profesjonalnej drukarki żywicznej.

Dodatkowo sprzęty tego rodzaju oferują bardzo wysoką szybkość drukowania, z którą praktycznie nie mogą równać się inne technologie druku 3D, a gotowe wydruki są bardzo wytrzymałe mechanicznie.

Drukowanie z żywicy ma też szereg wad, z których zdecydowanie największą są szkodliwe opary wydzielane podczas drukowania. Dlatego też wszystkie drukarki SLA/MSLA oraz DLP powinny być używane w dobrze wentylowanych pomieszczeniach, a obsługujące je osoby muszą zakładać maski, okulary oraz rękawice ochronne.

Kolejnym problemem jest sama żywica, a konkretnie jej właściwości. Materiał ten jest niezwykle lepki i brudzący, a jego usuwanie wymaga sporych ilości alkoholu izopropylowego. Co gorsza, działa on drażniąco na ludzką skórę.

Ostatnią wadą jest wysoki stopień trudności obsługi drukarki żywicznej oraz nakład pracy wymaganej na obróbkę gotowego elementu. Planując wydruk 3D, niezbędne jest odpowiednie rozmieszczenie wsporników w kluczowych miejscach. Następnie, gdy już interesujące nas elementy zostaną wydrukowane, konieczne jest oczyszczenie wydruku z resztek żywicy, usunięcie wsporników, a w niektórych przypadkach dodatkowe ich utwardzenie w specjalnej maszynie.

To właśnie dlatego ze względu na poziom skomplikowania zaleca się, by druk 3D z żywicy powierzyć doświadczonym profesjonalistom, którzy posiadają odpowiednie zaplecze techniczne oraz potrafią obchodzić się z niebezpiecznymi materiałami.

Kolorowy druk 3D

Dzięki postępowi technologicznemu możliwe jest także drukowanie 3D w kolorze. W zależności od Twoich potrzeb do wyboru masz kilka różnych metod:

  • Druk FFF/FDM przy pomocy drukarek wyposażonych w układ kilku ekstruderów. Jest to najprostsza metoda, która pozwala uzyskać wielokolorowe wydruki. Są one jednak mocno ograniczone, dając możliwość uzyskania prostych przejść kolorystycznych.
  • Druk FFF/FDM przy pomocy drukarek z inteligentnym ekstruderem, który „w locie” docina i miesza filamenty o kilku różnych kolorach. Patent ten stosowany jest w maszynach marki Palette.
  • Druk FFF/FDM wykorzystujący specjalny filament absorbujący barwniki. Rozwiązanie to jest sercem drukarek marki XYZ serii da Vinci. Po każdej wydrukowanej warstwie specjalna głowica natryskuje kolorową farbę, która zastyga wraz z filamentem. Dzięki temu możliwe staje się uzyskanie barw z palety CMYK.
  • Druk 3D w technologii SLS, czyli spiekania proszków. Technologia ta stosowana jest głównie przez firmę HP w drukarkach z serii Jet Fusion. Umożliwia ona drukowanie z Nylonu PA 12 w palecie kolorów CMYK.
  • Druk żywiczny przy pomocy rozbudowanych drukarek 3D. Potentatem w tej dziedzinie jest japońska firma Mimaki, a jej drukarki oferują innowacyjne podejście polegające na drukowaniu przy pomocy kolorowych żywic światłoutwardzalnych. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie praktycznie dowolnego koloru z palety ponad 10 milionów barw.

Warto też dodać, że branża kolorowego druku 3D rozwija się bardzo dynamicznie, dzięki czemu być może już w najbliższych latach możliwe będzie drukowanie w pełnej palecie RGB.

Druk 3D SLM/DMLS

Ostatnią prezentowaną przez nas formą druku 3D są technologie SLM (Selective Laser Melting) oraz DMLS (Direct Metal Laser Sintering), które pozwalają na drukowanie elementów ze stopów sproszkowanych metali. W efekcie otrzymywany jest produkt o właściwościach odpowiadających tradycyjnym metodom odlewniczym, który jednocześnie posiada tolerancję wymiarów porównywalną z częściami uzyskanymi przy pomocy obróbki skrawanej.

Zasada działania obu technologii jest do siebie bardzo podobna, a różnice widoczne są dopiero na poziomie molekularnym. W przypadku metody SLM cząsteczki metalu są ze sobą całkowicie stapiane, podczas gdy w przypadku techniki DMLS metalowy proszek jest ze sobą tylko spiekany. Druk 3D następuje warstwa po warstwie, do momentu osiągnięcia pożądanego kształtu.

Obie technologie możliwe są dzięki urządzeniom wyposażonym w przemysłowe lasery o dużej mocy, które odpowiadają za podgrzanie materiału do odpowiedniej temperatury umożliwiającej nawiązanie się trwałych połączeń pomiędzy poszczególnymi cząstkami proszku.

Swoistą wariacją metody DMLS jest technika SLS (Selective Laser Sintering), która umożliwia drukowanie z poliamidów, takich jak między innymi Nylon PA 12.

Wady i zalety technologii SLM/DMLS

Zdecydowanie największą zaletą druku 3D z metalu jest niespotykana do tej pory dowolność tworzenia w pełni funkcjonalnych metalowych części. Profesjonalne drukarki 3D oferują gigantyczną swobodę dotyczącą kształtów oraz złożoności geometrii modelu, która przebija nawet najlepsze obrabiarki CNC. Wynika to faktu, że technologie SLM/DMLS drukują model warstwa po warstwie, odtwarzając każdy szczegół, podczas gdy głowice frezarek wymagają fizycznego dostępu do obrabianego materiału, co nie zawsze jest możliwe.

Drukowanie z metalu pozwala także uprościć cały proces produkcyjny – to, co powstałoby z kilku osobnych części wykonanych metodą skrawaną, możliwe jest do wydrukowania w 3D jako jeden element.

Druk 3D z metalu pozwala także ograniczyć straty materiału – niezużyty proszek może w łatwy sposób zostać ponownie wykorzystany przy kolejnym projekcie, podczas gdy resztki metalowych wiór wymagają kosztownej obróbki hutniczej.

Przejdźmy jednak do wad związanych z drukiem 3D z metalu. Tak naprawdę możemy wyróżnić tylko dwie – cena oraz czas oczekiwania. Technologie SLM oraz DMLS wymagają niezwykle skomplikowanych i kosztownych sprzętów, przez co firmy świadczące usługi druku 3D muszą w pewnym stopniu przerzucić je na klienta końcowego.

Jednak w zestawieniu z wynajęciem lub zakupem własnej obrabiarki CNC (oraz zatrudnieniem odpowiednio wykwalifikowanego pracownika do jej obsługi) koszt druku 3D z metalu zaczyna być relatywnie przystępny.

Reklama

Drukując coś z metalu, należy się także uzbroić w cierpliwość – ze względu na ogromne zainteresowanie tą technologią ze strony polskich przedsiębiorstw, czas oczekiwania na gotowy wydruk może być stosunkowo długi. 

Nie wiesz, jaką metodę druku 3D wybrać – zapytaj naszych ekspertów

Jak sam widzisz, druk 3D to wyjątkowo złożone zagadnienie, a szereg technologii dostępnych na rynku potrafi przyprawić o zawrót głowy. Dlatego też, jeśli nadal nie jesteś pewien, jaka metoda druku 3D będzie najlepsza dla Twoich potrzeb, to nie bój się poprosić o poradę naszych ekspertów z platformy LaserTrade.

Udzielą Ci oni szczegółowych porad dotyczących każdego zagadnienia związanego z drukiem 3D oraz doradzą, jakie rozwiązania będą dla Ciebie najlepszym wyborem. Pamiętaj – kto pyta, nie błądzi!

Sponsorzy generalni

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *