Térben nyomva
2013/10/14 08:00
1039 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.

A precíz megmunkálású, egyedi darab készítését igénylő gyártási feladatok a szükséges megmunkáló eszközök és az egyedi szerelések miatt igencsak költségesek lehetnek. A 3D nyomtatás elterjedésének köszönhetően egyszerűbbé, könnyebbé és gyorsabbá válhat a speciális prototípusok, egyedi darabok elkészítése.

3D nyomtatás elve

Képzeljük el, hogy vékony átlátszó celofánlapra nyomtatjuk egy hagyományos, azaz síkfelületre dolgozó, szakszóval 2D-s tintasugaras nyomtatóval egy test egymás utáni keresztmetszeteit. A tintacseppek egymás mellé kerülnek a celofánlapon és együtt kirajzolják a test egy metszetének képét. A lapokon tehát a test egy-egy rétege látszik, ezeket egymásra téve a lapokon lévő pontok a térbeli formát is kiadják.

Lényegében a 3D nyomtatás is így működik, csak nem tintából építi fel a háromdimenziós testeket, hanem modellanyagból. Ennek köszönhetően nincs szükség a rétegvastagság biztosításához külön lapra, maga a modellanyag kerül adott rétegvastagságban a tárgyasztalra, illetve az előző réteg alapanyagra.

3D nyomtatáskor ahhoz, hogy áthidalásokat, furatokat is ki lehessen alakítani, a testet felépítő modellanyagon kívül szükség van támaszanyagra is, hiszen a modellanyag cseppek nem állnak meg a levegőben alátámasztás nélkül. Ennek érdekében a szükséges helyekre támaszanyag kerül, amely a nyomtatás folyamán biztosítja a modellanyag alátámasztását, a nyomtatás végeztével pedig eltávolítható. Ennek köszönhetően viszont összeszerelt, mozgó szerkezetek is készíthetőek egy menetben, akár egy teljes óraszerkezet is, hiszen például nem igényel más megoldást egy furat kialakítása mint azt, hogy a furaton belül egy tengely is áthaladjon.

3dnyomtatas

Az első megoldás: SLA

Az első változatok a sztereolitografikus, röviden SLA módszert alkalmazták. Ennek az alapanyaga UV fényre térhálósodó polyakril, vagy közérthetőbben megfogalmazva egyfajta műanyag. A modellanyag és a támaszanyag egyaránt zárt patronokban kerül a 3D nyomtatóba. A nyomtatás folyamán a precízen szabályozott nyomtatófejeken keresztül jutnak a nyomtatási térbe, ahol az UV lámpa fényének köszönhetően elkezdenek térhálósodni.

A 3D nyomtatás során, mielőtt még a következő réteg a legutóbb kinyomtatott anyagrétegre kerülne, a térhálósodás körülbelül 70%-osan lezajlik. Egy réteg vastagsága bizonyos határok között megválasztható, minimum 0,016 mm is lehet, ami nagyon finom kidolgozást biztosít, de ennél vastagabb rétegekkel persze gyorsabb dolgozni. Mire a harmadik réteg is az előzőekre kerülne, az előbbi 70%-os térhálósodása eléri a 90%-ot. A nyomtatás záró szakaszában a nyomtatófejek már nem terítenek le újabb rétegeket, csupán az UV lámpa biztosítja a megfelelő fényt, hogy a kész prototípus anyaga szinte tökéletesen elérje a 100%-os térhálósodottsági szintet.

A 3D nyomtatás során felhasznált anyagok tulajdonságaiban legjelentősebb eltérés, hogy a támaszanyag mechanikai tulajdonságai a könnyű eltávolíthatóságot szolgálják. Tehát míg a modellanyag erős, rugalmas anyag, addig a támaszanyag könnyen morzsolható. Szintén az elkészült prototípus könnyű tisztíthatóságát szolgálja, hogy a támaszanyag például nátrium-hidroxid oldatban oldódik, míg a modellanyag nem. Így a kinyomtatott prototípus finom tisztítását oldatban való áztatással lehet elvégezni.

Annak köszönhetően, hogy a modern nyomtatók akár 0,1 mm pontossággal is tudnak pozícionálni, egy nagyjából egy tizenhatod vagy egy nyolcad köbméteres nyomtatási térfogatban. Ez azt jelenti, hogy egy irányban nagyjából fél méteres modellek is készíthetőek. A nagy pontosság miatt akár 0,6 mm falvastagságig is nagy biztonsággal képesek modellt készíteni és jó minőségű sima felületet is elő tudnak állítani.

Huzalrakás és porhintés

Az 1980-as első próbálkozások a támaszanyag kiküszöbölésére 1990 végére hozott létre csak piacképes terméket. Egy ilyen megoldás az olvasztott huzalrakásos eljárás, röviden FDM. Ekkor a nyomtató felforrósított műanyag huzalokat rak egymásra, amelyek kihűlve maguktól megszilárdulnak. A kész modell olcsóbb előállítású, de a felbontása is rosszabb.

A szelektív lézerszintézis megnevezés, röviden SLM, elsőre igen rémisztő lehet. Ez a módszer műanyag vagy fémporból építi fel a réteget, amit lézer olvaszt össze. Az anyagszemcsék 0,05-0,1 mm átmérőjűek, ami finomabb felbontást tesz lehetővé.

Mi az ára?

A 3D nyomtatás költségei között hatalmas különbségek vannak, ami viszont szinte minden esetben a kapott minőségben és szolgáltatásban is nagy különbséget takar. Először döntenünk kell, hogy melyikre van szükségünk technikai szempontból, és aztán csak az azonos technikai szinten lévők árait hasonlíthatjuk össze a legjobb vétel érdekében. Ahogy a Ferrari árát sem szokás összehasonlítani a Trabanttal, noha mindkettő gurul, úgy nem lehet egy huzalelolvasztásos technológiát egy poros eljárású 3D nyomtatás technológiával egy kalap alá venni, ahogy nem lehet a jelenlegi technikai csúcsot képviselő SLA technológiájú 3D nyomtatással egy lapon kezelni az előbbieket.

Mikor használjuk?

A fő alkalmazási terület már most is a gyógyászat, ahol kifejezetten egyedi darabokat kell készíteni. Egy precíziós implantátumot igénylő műtéthez ma már elegendő a CT-felvétel, ami alapján vagy az öntőminta vagy maga a beépítendő implantátum elkészíthet. E területen a 3D nyomtatás versenyképes az árban is, hisz a hagyományos legyártás folyamán a szükséges megmunkáló eszközök is igen borsos árúak lehetnek.

A másik nagy terület az ipar, ahol a sorozatgyártás előtt a mintadarabok elkészítéséhez ideális a módszer. Nyilván nem arra való, hogy a fröccsöntéses sorozatgyártást kiváltsa, mert a legolcsóbb nyomtató is 100 ezer Ft körüli, egy precíziós nyomtató viszont 10 millió Ft-ba is kerülhet.

Végül egy érdekes alkalmazást is kifejlesztettek az építőipar számára. A festékanyag helyett gyorsan kötő betont használva kisebb épületeket lehet „kinyomtatni”, azaz egy lakóházat akár egy nap alatt fel lehet így építeni.

További érdekes oldalak

Rozgonyi-Borus Ferenc cikke