Typy tiskáren a rozdíly mezi nimi

Tento článek je také dostupný v následujících jazycích: 

3D tisk je automatizovaný aditivní výrobní proces, kde 3D tiskárny vytvářejí fyzické modely na základě digitálních dat (3D objekty). Všechny typy 3D tiskáren jsou založeny na stejném principu: vytváření objektů pomocí přidávání jednotlivých vrstev nad (nebo pod) již existující vrtvy. V tuto chvíli neexistuje technologie 3D tisku, která by byla zcela univerzální a vhodná pro všechny účely. Proto je důležité si rozmyslet, jak a za jakým účelem budete tiskárnu používat Vy. 

• FFF tiskárny
  • Kartézské tiskárny
  • Tiskárny CoreXY
  • Tiskárny Delta
  • Tiskárny Polar
• SLA (Stereolithografie)
  • Maskovaná Stereolitografie (MSLA)
  • Stereolitografie (SLA)
  • Direct/digital Light Processing (DLP)
• Selektivní laserové spékání SLS (Selective Laser Sintering)

FDM/FFF tiskárny

FDM je zkratkou pro Fused Deposition Modeling (název je vlastnictvím společnosti Stratasys) a FFF je zkratkou pro Fused Filament Fabrication (open source). Obojí odkazuje na stejnou technologii. Ta zahrnuje všechny 3D tiskárny, které pracují na bázi zahřívání/tavení polymerů a následném protlačování skrze trysku/extruder/tiskovou hlavu na tiskovou plochu, na které je model vytvářen. Materiál pro tisk je ve formě filamentu navinutého na cívkách o průměru filamentu 1,75 mm nebo ojediněle až 2,85 mm. Rozdíly v typech tiskáren spočívají v tom, jak se pohybuje extruder a tisková platforma, aby vytvořily model. 

Kartézské tiskárny

Charakteristické pro Kartézské tiskárny je, že mají alespoň 3 motory pohybující částmi tiskárny podél os kartézského souřadnicového systému: Y (dozadu a dopředu), X (doleva a doprava), a Z (nahoru a dolů). Většina domácích 3D tiskáren jsou tohoto typu, jelikož jsou to nejčastěji používané a nejlevnější 3D tiskárny.

Před samotným tiskem je potřeba nejprve model rozřezat na vrstvy. Osa Y a osa X definuje souřadnice pro tisk jedné vrstvy, jakmile je vrstva připravena, osa Z zajistí přechod trysky o vrstvu výš - a to buď pohybem tiskové podložky nebo pohybem extruderu. Pokud má model převisy, lze pod ně přidat podpěry.

Největší výhodou Kartézských tiskáren je to, jak moc jsou rozšířené. Na internetu se tak nachází spousta tipů, triků a řešení různých problémů. Je také snadné pro ně sehnat náhradní díly.

Nevýhodou Kartézských tiskáren je to, že při rychlém tisku se snižuje kvalita výtisků kvůli větší hmotnosti os. Při tisku potřebuje kvůli pohybu os tiskárna mnohem víc místa než když je složená a vypnutá.

Tiskárny CoreXY

Stejně jako v případě Kartézských tiskáren má systém CoreXY tiskáren podélné a příčné souřadnice se dvěma motory a rozvodovými řemeny na osách Y a X, výška tisku je určena osou Z. Rozdíl spočívá v tom, že zde pohyb os X a Y je na sobě navzájem závislý, což je dáno velmi specifickým designem řemenů. V tomto případě se pohybuje tisková plocha směrem k extruderu. Všimněte si, že pohyblivá tisková plocha není jediným rozlišujícím znakem tiskáren CoreXY. Charakteristickým znakem pro tento typ tiskáren je design řemenu os X a Y a jejich způsob pohybu.

Jelikož osy X a Y jsou o dost lehčí, rychlejší tisk nebude způsobovat problémy tak, jako se může stát u Kartézského typu tiskáren. Tento systém také umožňuje výrazné zvětšení pracovní plochy ve vztahu k celkovým rozměrům tiskárny, jelikož není potřeba pohybovat s tiskovou plochou do stran.

Řemeny používané u tiskáren CoreXY jsou o mnoho delší, což je problematičtější oproti tiskárnám Kartézským. Jejich komplikovaná konfigurace také ztěžuje možnost opravy. Kromě toho, musí být rám tiskárny mnohem stabilnější a perfektně čtvercový (kolmý), jinak by byla rozměrová přesnost nižší.

Delta tiskárny

U tiskáren Delta se tisková plocha nepohybuje a tři motory spolupracují, setkají se u hotendu a pohybují s ním po podélných a příčných souřadnicích, stejně tak jako souřadnici svislé. Tyto motory ovládají tři sloupy, které jsou spojeny s extruderem pomocí ramen, které pohybují s hotendem. Název tiskárny pochází z ramen držících hotend uspořádaných do tvaru trojúhelníku (delta = Δ). Tento typ tiskárny byl vyvinut pro rychlý tisk.

Extruder u tiskárny Delta je velice lehký. Takto v kombinaci s 3 motory, které jej ovládají, získáme tiskárnu ideální pro rychlý tisk. Kvůli složitým výpočtům potřebným k provedení pohybů byl u těchto tiskáren brzy osvojen 32-bitový systém. Je velice zajímavé pozorovat tiskárnu při tisku. 

Tiskárny typu delta mají poměrně malou a kulatou tiskovou plochu, což značně omezuje oblast tisku. Vysoká rychlost tiskárny způsobuje. že jsou výtisky méně rozměrově přesné. Také se zřídka používají jako stolní domácí tiskárny, jelikož jakýkoliv problém s tiskárnou je velice obtížné řešit, ne jen kvůli složitosti tiskárny a nedostatku informací, ale také celkovému nedostatku a ceně náhradních dílů. Aby byl extruder lehký, potřebuje tiskárna pracovat s Bowdenovým extruderem, což limituje množství filamentů, které můžete použít.

Tiskárny Polar

Tyto tiskárny pracují v polárním souřadnicovém systému, což znamená, že jsou založeny na bodech umístěných na oblouku a nikoliv v pravoúhlém souřadnicovém systému, jako je tomu u Kartézských tiskáren. Pracovní plocha se pohybuje nejen do stran, ale také se otáčí. Toto umožňuje extruderu pohybovat se pouze nahoru a dolů a také to umožňuje mít velkou tisknoucí plochu. Tyto tiskárny mívají velice lehký rám.

Tato technologie se stále vyvíjí. Kvůli tomu jsou tiskárny nákladné, náhradní díly a technická podpora se těžko shání, což komplikuje řešení problémů.

SLA

(Stereolithografie)

Základním principem tisku je polymerace jednotlivých vrstev fotosenzitivní kapalné pryskyřice (resinu) ve vaničce pomocí zdroje tepla.

Tištěné objekty jsou téměř perfektně hladké, extrémně detailní a jednotlivé vrstvy nejsou skoro viditelné lidským okem, jelikož mohou dosahovat výšky okolo 25 – 100 mikronů. Největší nevýhodou této technologie je menší tisková plocha a toxicita kapalných pryskyřic. Je potřeba zabránit styku pryskyřic s pokožkou a také inhalování pryskyřičných výparů.

Tištěné objekty nejsou ihned po vytištění k použití, protože můžou být měkké a lepkavé - to je způsobeno zbylou nezpevněnou pryskyřicí na povrchu objektu. Doporučuje se omýt tištěný objekt v isopropylalkoholu a dále ho vytvrdit pomocí UV světla.

Maskovaná Stereolithografie (MSLA)

Tvar každé vrstvy je u MSLA tiskárny zobrazen na displeji LCD obrazovky jako poloprůhledná maska a osvit je zajištěn vysoce výkonným UV LED světelným zdrojem. UV světlo prochází pouze skrze bílé pixely na displeji. Díky pevnému rozlišení LCD displeje mají tištěné objekty také pevné rozlišení v osách XY. Tato metoda umožňuje ozáření celé vrstvy najednou, což znamená, že nezáleží na množství objektů na tiskové ploše.

Stereolitografie (SLA)

Ozařování se provádí pomocí UV laserového paprsku. Paprsek je usměrňován pomocí dvou zrcadel a "kreslí" každou vrstvu postupně. Čas potřebný na vytvrzení každé vrstvy záleží na velikosti povrchu. Stručně řečeno - čím více objektů na platformě, tím delší doba tisku.

Direct/digital Light Processing (DLP)

Celá vrstva se vytvrdí najednou díky digitálnímu projektoru. Povrch, který je vystaven osvitu z projektoru, je vytvrzen. Výhoda této metody je zřejmá - každá vrstva je ozařována stejnou dobu, bez ohledu na množství objektů na tiskové platformě.

SLS

Selektivní Laserové Spékání (Selective Laser Sintering)

Dalším typem 3D tiskové technologie je SLS a DMLS, které jsou založeny na procesu zvaném spékání. Obecně se vždy nanese nová tenká vrstva pomocí válečku, který ji rozprostře na platformu, která je poté sintrována laserem do požadovaného tvaru. Když je tisk dokončen, celý model je pokryt tiskovým práškem. Princip této metody vyžaduje, aby tištěný objekt měl v sobě otvory, kterými bude možné vysypat přebytečný prášek. Nespečený materiál lze znovu použít pro další tisk, což znamená, že pouze velmi malá část je zbylý odpad. Další výhodou je fakt, že vrstvy jsou téměř neviditelné. Tyto tiskárny nejsou příliš rozšířené mezi veřejnost. Kvůli jejich především průmyslovém využití jsou ceny těchto tiskáren významně vyšší - nejlevnější stroje stojí okolo 6000 USD.

Existují ještě další technologie 3D tisku, jako je například "Jetting" nebo tiskárny, které tisknou z betonu či kovu za pomoci různých metod. Vzhledem k jejich převážně průmyslovému využití (kvůli ceně a patentům) se jim v tomto článku věnovat nebudeme.