3D TISK, PRINCIPY, TECHNOLOGIE

Internetová Wikipedie popisuje několik desítek zkratek názvů tiskových technologií, z nichž si jsou mnohé podobné (neřku-li zcela shodné). Podléhají však příslušným právům, patentům a ochranným známkám svého vlastníka a proto si alternativní výrobci musí pro stejný způsob technologie vymyslet jiný název a zkratku.

Klasickým příkladem je technologie tisku pomocí tavené struny (filamentu), kterou vynálezce, společnost Stratasys nazvala FDM (fused depositiong modeling). Většina ostatní výrobců ji označuje jako FFF (fused filament fabrication). Přitom jde o shodný princip a technologii. Abychom neporušili něčí práva, budeme raději říkat FFF. 3D tisk je aditivním způsobem vytváření modelů (aditivní = materiál je v průběhu procesu tvorby modelu přidáván). Konvenčním a opačným způsobem je například obrábění = materiál je při tvorbě modelu odebírán. Aditivní technologie v zásadě využívá čtyř základních principů, kdy je základní dělení určeno způsobem zpracování materiálu modelu:

Princip 1 – materiál je vytlačován tiskovou hlavou (např. FFF)
Princip 2 – tekutý materiál je vytvrzován v definované vrstvě (např. SLA)
Princip 3 – materiál je pojen pomocí lepidla, laseru apod. na podložce (např. SLS)
Princip 4 – oddělování materiálu v každé vrstvě (např. LOM)

Princip 1
Na tiskovou podložku je tiskový materiál nanášen po vrstvách. Vždy po dokončení tisku vrstvy se tisková hlava (nebo podložka) posune a tiskne se další vrstva. Typickým představitelem této technologie je použití tisku tavené struny - filamentu (FDM, FFF apod.). Nespornou výhodou je nízká pořizovací cena 3D tiskárny a nízké náklady na stavební materiál modelu. Také spektrum stavebních materiálů je široké a stále se rozšiřuje. Nevýhodou je dlouhý čas tisku, značný rozptyl v tiskové přesnosti, volbě orientace tisku modelu, způsobu a konstrukci podpěr, limity v geometrii a další.
V profesionální sféře se využívá technologie MJP (Multi Jet Printing). Tiskový materiál tryská pomocí tisíců otvorů tiskové hlavy, která zároveň vytváří voskové podpěry. Každá vrstva je vytvrzena UV světlem. Voskové podpěry se na konci tisku odplaví automaticky pomocí páry. Dokončovací operace jsou minimální nebo žádné. Výtisk má velmi vysokou přesnost detailu a rozměru.

Princip 2
V nádobě s tekutým polymerem (resinem) je umístěna tisková deska, jejíž úroveň proti hladině polymeru určuje výšku požadované tiskové vrstvy. Světelný paprsek (laser) vykreslí požadovaný tvar vrstvy a tím dojde k vytvrzení resinu v příslušném tvaru. Následně se tisková deska posune a světelný paprsek vykreslí a vytvrdí další požadovaný tvar. Typickým příkladem je SLA (stereo litografie) - nejstarší technologie 3D tisku. Vyvinul jí zakladatel společnosti 3D Systems, pan Chuck Hull. Na konci osmdesátých let 20. století spatřila světlo světa první komerční 3D tiskárna právě technologie SLA.

Podobné technologie, kde je zdrojem světla projektor, jsou DLP, LCD a MSLA. Tisk zde probíhá obráceně. Pod nádobou na resin s průhledným dnem je umístěn projektor. Tisková deska je ponořena v resinu ve vzdálenosti ode dna. Vzdálenost mezi deskou a dnem nádoby odpovídá výšce tiskové vrstvy. Projektor prosvítí dno a osvícený resin mezi dnem a deskou se vytvrdí. Deska se poté posune nahoru, osvítí se další vrstva a tak to pokračuje do konce. Na rozdíl od laserového zdroje světla, je díky použití panelu osvětlena celá vrstva najednou. Rychlost tisku tak neovlivňuje velikost tištěného modelu.

Zhotovený výtisk je zapotřebí následně omýt v izopropylalkoholu a dodatečným UV světlem definitivně vytvrdit. Dodnes je SLA jednou z nejpřesnějších technologií s nabídkou stovek různých druhů polymerů různých vlastností včetně dentálních aplikací.

Princip 3
Na tiskové desce je rozprostřen stavební materiál ve formě prášku. Tvar požadované vrstvy modelu je vytvrzen pomocí laseru nebo lepidla. Tisková deska se posune o úroveň definované výšky vrstvy, nanese se další vrstva prášku a laser či lepidlo vytvrdí požadovaný tvar. Tento princip je hojně využíván technologiemi SLS (selective laser sintering), CJP (color jet printing) a DMP (direct metal printing). Stavebním materiálem je dle technologie celá škála plastů, kovů a prášků na bázi sádry. Práškové plasty mají navíc tu výhodu, že jako podpůrný prostředek poslouží nepoužitý prášek mimo model. U kovového prášku by ve vyšších vrstvách hrozilo propadnutí díky hmotnosti. Je zde tedy nutné stavět kovové podpěry společně s modelem. Technologie CJP dokáže vytisknout téměř fotorealistický 3D model.

Princip 4
Je výrobci nejméně aplikován. Technologie LOM (Laminated Object Manufacturing) jako stavební materiál využívá zpravidla papír nebo folii. Tvar vrstvy „tištěného“ modelu je vyříznut z materiálu nožem a následně další vrstva je přilepena na předchozí. Podání nové vrstvy materiálu je zajištěno odvinutím z role nebo podáním ze zásobníku např. formátu A4, A3 apod. Po dotištění / vyříznutí vrstvy ji lze pomocí principu inkoustové hlavy obarvit a dosáhnout tak barevných efektů finálního modelu. Vzhledem k tomu, že model se skutečně netiskne, ale vyřezává, je s podivem hovořit o 3D tisku. Nicméně materiál, v roli nebo v zásobníku papíru, se bezesporu přidává. Tato technologie je rovněž aditivní a má v tomto výčtu své místo.