3D tiskárna a její parametry

Velikost stavební komory
Udává se buď v kubických centimetrech nebo v rozměrech X/Y/Z a určuje největší možný tisknutelný model. Malé tiskárny mají stavební komoru od 12x12x12cm (existují i menší), větší pak 25x25x25cm. V profesionální a produkční sféře lze najít i zařízení s tiskovou komorou 100cm a větší.
Velikost stavební komory ovlivní možnost volby geometrické orientace tisknutého modelu. Vhodnou orientací modelu můžete zvýšit jeho požadovanou pevnost (výtisk je nejpevnější ve směru tištěných vláken). Optimální orientací můžete rovněž snížit potřebu tvorby podpěr.
Kapacita stavební komory nemusí vždy garantovat velikost výtisku. Použijete-li teplotně náchylnější materiál – typicky ABS, je nezbytné, aby tiskárna měla vyhřívanou podložku a ještě lépe, celou stavební komoru (viz „Vyhřívaná komora a podložka“). Jinak bude úspěšnost tisku velká loterie.
Nominální kapacita komory se může snížit také při současném tisku více tryskami. U dvou / tří tryskových tiskáren je většinou pro každý případ uvede maximálně možné využití stavebního prostoru.

Přesnost tisku
Přesnost a kvalita vytištěného modelu je ovlivněna mnoha parametry. Nejběžnější chybou v rozhodování při nákupu tiskárny je parametr „výška vrstvy“. Ten sice patří mezi důležité, ale rozhodně ne mezi jediné.

Výška vrstvy
Tím, že 3D tisk tiskne ve vrstvách, určuje výšku vrstvy osy Z (většinou v desetinách milimetru), o kterou se posune tisková podložka pro tisk další vrstvy. Současná technologická hranice výšky vrstvy je cca 0,05mm. SW tiskárny umožní většinou volit vrstvu 0,05 / 0,07 / 0,1 / 0,2 a 0,3mm. Mnohdy údaj 0,05mm (a nižší) nekoresponduje s HW konstrukcí tiskárny a je jen teoretickou možností a nezřídka i jen marketingem výrobce. Drtivé množství výtisků se tiskne s vrstvou 0,1 nebo 0,2mm. Použitím nižší vrstvy může být výtisk přesnější s lepším povrchem. Čas tisku bude však výrazně delší (klidně i násobně) a spotřebuje se i více hmoty. Volba optimální výšky vychází vždy z charakteru požadovaného výtisku, zkušenostmi s HW tiskárny a vlastnostmi tiskového materiálu.
Přesnost tisku XY
Přesnost tisku v ploše je dána kvalitou trysky, tiskového materiálu a hlavně schopností konstrukce komponentů HW tiskárny (řídících prvků, kvalitou materiálů konstrukce jako takové - krokové motory, kluzná ložiska a konstrukce pohybových částí, torze konstrukce apod.). Přesnost vlastně spočívá ve fyzické schopnosti, jak HW tiskárny dokáže přesně interpretovat příkazy a umisťovat požadované množství materiálu na požadovaném místě. Tryska s materiálem musí být vedena tak, aby neovlivnila kvalitu a rozměr již vytištěných částí. U kvalitních tiskáren se pohybuje přesnost X/Y do 0,05mm a Z do 0,02mm. Vzhledem k tomu, že tento parametr je těžko měřitelný, je těžké zjistit, co daná tiskárna opravdu umožní. Nejlépe je, nechat si zhotovit nějaký tvarově komplikovaný testovací výtisk a posoudit jeho kvalitu.
Konstrukce tiskárny
Faktory přesnosti tisku v předchozím odstavci je třeba doplnit o otázku, zda udávaná přesnost je platná i ve vyšších vrstvách. Jak objekt roste v ose Z, mohou se snadno zvyšovat tolerance, které jsou zpravidla zaviněné nižší torzí konstrukce. Zde napoví pohled na celkovou konstrukci tiskárny, způsobu upevnění tiskové sestavy, materiál pohybového ústrojí a způsobu upevnění tiskové desky. U tiskáren s menší stavební komorou (např. 12x12x12cm) nemusí konstrukce hrát až takový prim. U tiskáren s komorou 25x25x25cm a více je dobré se s konstrukcí bedlivě seznámit.
Tiskový materiál
Vytištěný model by měl splňovat podmínky přesnosti, pevnosti, designových vlastností a odolnosti prostředí, kde bude aplikován. Zejména jsou-li vyžadována specifika pro následnou povrchovou úpravu. Volba tiskového materiálu to vše může ovlivňovat. Nabídka tiskových materiálů je na první pohled velmi pestrá. Skýtá však některá úskalí, zejména u tzv. otevřených systémů. I uzavřený systém má své přednosti stejně a svá úskalí.
Otevřený systém: Výrobce umožní, bez jakýchkoli certifikací a omezení, využít ve své tiskárně materiály jiných výrobců. Každý materiál (nehledě na technologii tisku) má své specifické vlastnosti před a po tisku a příslušná tisková technologie musí vždy při tisku tyto vlastnosti brát na zřetel. To stejné platí pro software pro slicování (připravení objektu pro tisk). Mnozí výrobci 3D tiskáren nabízí profily (definice) pro konkrétní materiály (filamenty) a pro svůj SW nebo další SW slicery. Uživatel může volně v otevřeném systému využít i nedefinované materiály. Musí ale řadou testů pokus-omyl otestovat optimální nastavení celé řady parametrů. To může stát hodně času, nepovedených výtisků a v neposlední řadě značné náklady. Také je zde třeba počítat s tím, že alternativní výrobci mohou mít proměnlivou kvalitu své produkce.
Uzavřený systém: Je nepopulární, zejména v komunitě open source. Vytváří obavu podřízenosti a vyšší pořizovací ceny. Ta však může být vyvážena absencí zbytečných nákladů způsobených metodou pokus-omyl. To platí zejména pro systém cartridge s čipem, kdy si systém 3D tiskárny načte typ založeného materiálu a automaticky nastaví veškeré parametry. Uživatel je zcela zbaven nutnosti nastavování parametrů materiál-tiskárna-výtisk.
Specifikace základních tiskových materiálů naleznete zde. Zvláštní kategorií jsou „snadno“ odplavitelné materiály pro tisk podpěr. Ty se využívají ve dvou a více tryskových zařízeních. Jedna tryska tiskne stavební materiál a tisk se střídá s druhou tryskou, která tiskne podpěry z odplavitelného materiálu. Běžně se používá HIPS (odplavitelný roztokem lemonesolu), PVA / Infinity (odplavitelný vlažnou vodou). Někdy lze pro tisk ABS využít podpěry z PLA (odplavitelné hydroxidem sodným). Průměr tiskové trysky
Menší průměry trysek se využívají pro zvýšení kvality tisku (nemusí to vždy být pravda) a větší průměry pro tisk velkých objektů. Obecně lze říci, že menší průměr má za cíl zvýšit přesnost v ploše a větší průměr trysky zvýší rychlost tisku. U malých a středně velkých tiskáren jsou obvyklé trysky s průměrem cca 0,3/0,4mm. U tiskáren, které mají tiskovou komoru 40x40x40 a vyšší se můžete setkat s průměry 0,6/0,8/1mm a více. Důvodem je právě zkrácení potřebného času tisku. Kvalita výtisku může i v těchto případech být skvělá. Záleží vždy na výrobci, jak moc má otestováno a jak moc podléhá svodům marketingu. Velkým benefitem u větších tiskáren je možnost uživatelské výměny trysky. Sami si pak můžete zvolit optimální průměr pro konkrétní případ. U dvou a více tryskových zařízení lze využít menšího průměru pro tisk pláště modelu a většího průměru pro tisk výplně. Tento případ může snížit čas tisku.
Kalibrace tiskové podložky
Správnou geometrii a přesnost výtisku značně ovlivní tisk prvních vrstev. Je to dáno správně nastavenou mezerou mezi hrotem trysky a tiskovou podložkou v celé ploše. Říkáme tomu Z mezera (Z-Gap, někdy zkráceně jen Gap). Řada tiskáren je vybavena funkcí automatické kalibrace a to buď pomocí mechanického, nebo optického čidla. Různé tábory uživatelů preferují optiku, jiní mechaniku - pokud to funguje správně, není způsob důležitý. Podstatné je, zda kalibrace umožní nastavit přesnou kolmost trysky vůči tiskové podložce. To znamená, zda kalibrace umožní vyrovnat desku, nikoli jen softwarové vyrovnání. Levnější zařízení s automatickou kalibrací, zpravidla nastaví Gap a načtou odchylku trysky od tiskové desky v několika bodech. Odchylku během tisku několika vrstev eliminují. Tím může dojít k odchylce v geometrii výtisku. Proto zkušenější uživatelé raději volí ruční kalibraci. Asistovaná kalibrace je případ, kdy tiskárna měří Gap a instruuje uživatele k ručnímu nastavení výšky tiskové desky – zpravidla ve třech bodech tiskové desky.  Nejlepší a nejspolehlivější kalibraci umožňují 3D tiskárny, které mají možnost přímo kalibrovat tiskovou desku pomocí jejího nezávislého ukotvení na Z posunu. Tisková deska se tak dokáže vyrovnat a nastavit Gap v celé tiskové ploše zcela automaticky a velmi přesně.
Kalibrace soutisku více tryskových zařízení
Více trysková zařízení musí zajistit, aby pozice XY byla definičně shodná pro každou trysku. V opačném případě nebude tisk jedné a druhé trysky hladce navazovat. Zpravidla je k dispozici zkušební kalibrační výtisk, který znázorní řady soutiskových linek. Uživatel z nich vybere optimální a příslušné hodnoty zanese do logiky tiskárny. Současně je třeba zajistit, aby výška hrotů trysek byla shodná. Jinak může docházek k „zakopávání“ níže položené trysky o výtisk.

Rychlost tisku
Tento parametr je relativní. Měří rychlost pohybu při tisku trysky v cm/sec (běžně 1-4cm). Parametrem rychlost nelze přesně vypočítat, za jakou dobu bude výtisk zhotoven. Rychlost může značně zpomalit tvar a charakteristika a nastavení parametrů tištěného modelu. Stejně tak můžete tisk zrychlit optimálnější orientací při umístění modelu na tiskovou desku, zvětšením mezer vnitřní výplně nebo zvýšení tiskové vrstvy. Výrobci většinou ve svém dodávaném software dokáží vypočítat dobu tisku konkrétního objektu. Tiskárny vybavené displejem zpravidla zobrazují, kolik času uplynulo a kolik času zbývá. Někdy poskytují i údaj, kolik vrstev z kolika bylo vytištěno. Hodnoty rychlosti uváděná v technickém popisu tiskárny nemusí mít úplnou vypovídající hodnotu. Obecně platí – buďte trpěliví, 3D tisk nepatří mezi nejrychlejší disciplíny

3D tiskárna a její vybavení

Komunikace s počítačem
Některé 3D tiskárny vyžadují stálé připojení prostřednictvím kabelu USB. Tiskárna má jen omezenou kapacitu paměti a příkazová data přijímá postupně. To vyžaduje připojený a zapnutý počítač po celou dobu tisku. Bude-li tisk vyžadovat 8 hodin, musíte zajistit, aby počítač byl 8 hodin připojen (nesmíte jej vypnout, odnést, nesmí usnout atp.). Pokud neexistuje nějaký zvlášť závažný důvod, takovému to připojení se rozhodně vyhněte! Většina současných 3D tiskáren mají dostatečnou vlastní paměť, která během chvíle načte tisková data. Po zahájení tisku můžete počítač odpojit, vypnout, odnést apod. Tisková data tiskárna během tisku získává ze své paměti.
Pro zaslání dat z počítače do tiskárny se využívá běžně USB kabel (méně praktické), nebo lze data do tiskárny přehrát z USB flash disku (mnohem praktičtější). Ideální je připojení Wi-Fi nebo přímo ethernet zásuvkou. Síťové připojení (Wi-Fi / Ethernet) umožní pohodlnou komunikaci a většinou se prostřednictvím sítě dozvíte, co právě tiskárna dělá a jak je s tím daleko.
Některé tiskárny jsou vybavené vnitřním flash diskem, na kterém se udržuje historie tisků. Pokud to jeho kapacita dovolí, nemusíte při opakování tisku data znovu zasílat. Na displeji zvolíte v historii požadovaný soubor a tisk jednoduše zopakujete.

Vyhřívaná komora a podložka
Chladnutí plastu při tisku u některých materiálů může vyvolávat pnutí, které zejména u větších tisků způsobuje odlepování od tiskové podložky, praskání vrstev objektu, zkrátka poškození modelu již během tisku. Budete-li tisknout takovýmto „konfliktním“ materiálem (typicky ABS), je skoro nutností, aby tiskárna měla vyhřívanou tiskovou podložku nebo uzavřenou a ještě lépe vyhřívanou komoru. Pokud je komora „otevřená“, bude velmi obtížné tisknout větší a vyšší objekty. Bez vyhřívání podložky spolehlivě vytisknete takovýmto materiálem maximálně žeton. Pro větší výtisky z teplotně závislého materiálu je skoro nezbytné aby tiskárna disponovala uzavřenou a teplotně řízenou stavební komorou.

Tisk více materiály/barvami současně
Většina tiskáren je vybavena pouze jednou tryskou. Pokud bude třeba tisknout podpůrnou konstrukci, bude tato tištěna stejným materiálem jako model. Podpěry pak snadno či obtížněji odlomíte. Zbydou jizvy, které bude třeba zabrousit. Kritickým bude případ modelu, který bude podpůrnou konstrukci vyžadovat uvnitř v nějaké dutině. Tam se patrně těžko pro odlomení podpěr dostanete. Pro tyto případy jsou tiskárny vybavené dvěma nebo více tryskami. První staví model a druhá vytváří podpory z nějakého materiálu, který lze odplavit. Aby tiskárna umožňovala tisk modelu a podpěr (neboli dva různé materiály) musí mít nejen dvě trysky, ale hlavně výrobce musí umožňovat současný tisk různými materiály. Každý materiál má jiné teplotní a tiskové parametry. Každá tryska bude mít tedy jiné nastavení a nesmí se vzájemně ovlivňovat. Můžete se snadno setkat s tiskárnou se dvěma tryskami, které jsou však určeny pro tisk dvou stejných materiálů např. pro potřebu dvoubarevného tisku. To je sice na pohled hezké, ale vůbec to neřeší hlavní potřebu – řešení stavby snadno odplavitelných podpor. Připravte se na to, že multi materiálový tisk bude časově náročnější. Příslušná část dané vrstvy bude tisknuta materiálem objektu. Po dokončení tisku v dané vrstvě se musí tato tryska ochladit, aby nedocházelo k samovolnému výtoku materiálu. Následně se nahřeje tryska s materiálem podpor. Jakmile ta dokončí svůj úkol v dané vrstvě, ochladí se a bude se nahřívat tryska se stavebním materiálem. A tak dál až do dokončení výtisku. Je to sice zdržení, ale řadu objektů není možné tisknout jinak.

Software jako příslušenství
Ověřte si co je součástí balení tiskárny. Mnohé z nabízených 3D tiskáren neobsahují v základní dodávce software, nebo obsahují open source nebo jinou free licenci. Zde ale pozor, nemusí to být pravda. Mnohý software, který se může tvářit free, může mít specifická omezující licenční ustanovení. Je také pravděpodobné, že informace o updatech software a firmware tiskárny budete muset řešit manuálně. Důležitou součástí software jsou profily materiálů – přednastavení parametrů pro každý materiál. Pokud nejsou tyto profily standardní součástí, čeká vás dlouhý proces zkoušení. Zde si opravdu musíte ověřit, že to co potřebujete, je opravdu to co dostáváte. Jinak vás čeká brouzdání internetem a palčivé řešení problémů.

Co budete tisknout

Požadovaná velikost
To jsme již uvedli výše. Limitací je velikost stavební komory a její použitelnost při užití „konfliktních“ materiálů. Objekt můžete samozřejmě rozdělit na více tisknutelných částí a pak je spojit. To je hodně práce navíc a přesnost může utrpět. Praxe ukazuje, že dvě třetiny typicky požadovaných tisků lze realizovat v prostoru 14x14x14cm nebo podobném. Pokud chcete však být nezávislí na geometrii orientace tisku, budete se muset poohlédnout po větší stavební komoře.

Požadovaná kvalita
FFF tisk je nejjednodušší a nejdostupnější technologií. Většina výtisků je skvělých, jsou ale tvary, kde bude určitá povrchová nedokonalost. Mnoho firem využívajících 3D tisk z plastu má armádu lidí, kteří brousí a tmelí a brousí a tmelí… Zde je opravdu třeba vyzkoušet a domyslet dokončovací práce. Ideální je vidět dotyčnou tiskárnu při tisku a prohlédnout si zkušební výtisk.

Požadavky na materiál
Měli byste poznat rozdíly mezi materiály a vědět, který budete používat nejčastěji a který méně. Ověřte si způsobilost tiskárny pro to, co budete nejvíce potřebovat. Specifikace základních tiskových materiálů naleznete zde.

Náročnost obsluhy
Výše uvádíme, co vše může ovlivnit kvalitu tisku a jaké nástrahy lze očekávat. Je zřejmé, že tiskárna, tiskový materiál a SW musí tvořit homogenní celek, který uvnitř spolupracuje a neklade zbytečné překážky. Omezené možnosti propojení, absence displeje graficky znázorňujícího stav tisku, komplikovaná práce s materiálem, špatný přístup do tiskové komory – to vše zdržuje.

A na závěr

Budete-li si pořizovat 3D tiskárnu, zvažte dodavatele. Gigantické eShopy a překupníci nebudou patrně disponovat zázemím, které vám může na počátku a i vlastně v průběhu soužití s 3D tiskem, poskytnout potřebnou pomoc, podporu a osobní přístup. Na www stránkách potenciálního dodavatele snadno rozpoznáte, zda se 3D tiskem seriózně zabývá. Rozhodně si nechte předvést software a tiskárnu. Požádejte o vytisknutí vašeho zkušebního výtisku vámi preferovaným materiálem. Na něm pravděpodobně uvidíte nejvíce. 3D tiskárna bude umět vytisknout to, co dokážete správně po ní chtít. Vše ostatní bude často končit v koši. Někoho to odradí, někoho to posílí a vytvoří opravdu skvělé a užitečné výtisky. Hodně štěstí – Team Abc3D.