Przejdź do zawartości

Druk przestrzenny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Wytwarzanie trójwymiarowego obiektu na drukarce 3D
Globus Wikipedii wydrukowany za pomocą druku 3D

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.

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

[edytuj | edytuj kod]

Pierwsza technika drukowania przestrzennego została opracowana w 1984 roku przez Chucka Hulla(inne języki) i opatentowana w 1986 roku jako stereolitografia (SLA). W tym samym roku Charles Hull założył firmę 3D Systems(inne języki), 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(inne języki), który rok później założył firmę Stratasys(inne języki), 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

[edytuj | edytuj kod]
Sztuczne serce wydrukowane za pomocą technologii druku przestrzennego
Pierwszy w Polsce pomnik wykonany z materiałów polimerowych i grafenu w technologii druku przestrzennego. Odsłonięty 26 czerwca 2018 na terenie Akademii Techiczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej. Przedstawia poetkę Kazimierę Alberti
Most Stoofbrug w Amsterdamie wybudowany z elementów drukowanych

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

[edytuj | edytuj kod]

Za 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

[edytuj | edytuj kod]

W 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

[edytuj | edytuj kod]

Obecnie 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

[edytuj | edytuj kod]

Produkcja broni palnej

[edytuj | edytuj kod]

Departament 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

[edytuj | edytuj kod]

W 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

[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

[edytuj | edytuj kod]
  1. ↑ 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].
  2. ↑ 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].
  3. ↑ 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.).
  4. ↑ Learning Course: Deep Dive Additive Manufacturing - Deep Dive: Additive Fertigung [online], www.tmg-muenchen.de [dostęp 2024-08-16] (ang.).
  5. ↑ 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].
  6. ↑ 3D Printing: All You Need To Know [online], explainedideas.com, 20 sierpnia 2022 [dostęp 2024-08-16] [zarchiwizowane z adresu 2022-08-20] (ang.).
  7. ↑ The history of 3D printer [online], 3ders.org [dostęp 2016-10-18] [zarchiwizowane z adresu 2016-06-22].
  8. ↑ GCODE.
  9. ↑ Łódź: wszczepili wydrukowany kawałek czaszki – Usługi medyczne [online], rynekzdrowia.pl, 8 września 2013 [dostęp 2016-10-18].
  10. ↑ History – Organovo, „Organovo” [dostęp 2016-10-18] [zarchiwizowane z adresu 2016-02-16] (ang.).
  11. ↑ Steven Leckart, How 3-D Printing Body Parts Will Revolutionize Medicine, „Popular Science”, 6 sierpnia 2013 [dostęp 2016-10-18] (ang.).
  12. ↑ John Hewitt, 3D printing with metal: The final frontier of additive manufacturing [online], ExtremeTech, 27 grudnia 2012 [dostęp 2016-10-18].
  13. ↑ a b Jak działa drukarka 3D? [online], 3D Systems Polska [dostęp 2016-09-30].
  14. ↑ Firma Graphene 3D Labs Inc. Źródło: www.lomiko.com.
  15. ↑ Popularne technologie druku 3D [online], I.J. Paliga Studio [dostęp 2016-10-18].
  16. ↑ Dziennik Wschodni, Drukarka 3D w Technologii SLS czy FDM - Którą wybrać? [online], Dziennik Wschodni [dostęp 2022-03-31] (pol.).
  17. ↑ 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.).
  18. ↑ Controlled by Guns [online], Quiet Babylon [dostęp 2024-08-16] (ang.).
  19. ↑ State Dept Censors 3D Gun Plans, Citing 'National Security' [online], News From Antiwar.com, 11 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
  20. ↑ Natasha Lennard, The Pirate Bay steps in to distribute 3-D gun designs [online], Salon, 10 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
  21. ↑ Sen. Leland Yee Proposes Regulating Guns From 3-D Printers - CBS Sacramento [online], www.cbsnews.com, 8 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
  22. ↑ 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.).
  23. ↑ 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.).
  24. ↑ John Biggs, Like It Or Not, 3D Printing Will Probably Be Legislated [online], TechCrunch, 18 stycznia 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
  25. ↑ Nadia Gilani, First 3D printer gun fired in US [online], Metro, 6 maja 2013 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
  26. ↑ 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.).
  27. ↑ Debra Werner, FAA prepares guidance for wave of 3D-printed aerospace parts [online], SpaceNews, 20 października 2017 [dostęp 2024-08-16] (ang.).
  28. ↑ 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 | edytuj kod]
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Druk_przestrzenny&oldid=74555693”