3D nyomtatás

A 3D nyomtatás egy additív gyártási folyamat, mellyel digitális modellekből, az alapanyag vékony rétegekben történő egymásra építése révén háromdimenziós tárgyak készíthetők.

A 3D nyomtatás az elmúlt években rohamos fejlődésen ment keresztül és ma már magas minőségű végtermékek gyártására is alkalmas.

Alkalmazása új dimenziókat nyitott a termékgyártásban, és egyre szélesebb körben válik a mindennapi tevékenység részévé.

Mivel minden darabot egyetlen 3D modell alapján, egyesével készít el a 3D nyomtató, ezért a technológia kifejezetten alkalmas, egyedi, személyre szabott vagy kisszériás gyártásra.

A technológia jelentőségét mutatja, hogy az Európai Bizottság a 3D nyomtatást az európai ipar egyik pillérének tekinti, mely jelentős mértékben hozzájárulhat annak megújításához.

Egyik kiemelt jellemzője, hogy újszerű, összetett és más módon (pl. öntéssel, CNC marással) nem gyártható geometriák létrehozására képes. Ezen tulajdonsága teszi különösen vonzóvá és aktuálissá alkalmazását az ékszerek, ajándékok készítése terén.

A fenti jellemzők eredményeként a 3D nyomtatás az egyedi termékek gyors és gazdaságos gyártását teszi lehetővé. Ráadásul, az öntéshez képest homogénebb szerkezetű termék készül, a maráshoz képest pedig kevesebb hulladék keletkezik, mivel azzal ellentétben nem egy adott tömbből, a felesleg eltávolításával faragja ki az adott terméket, hanem saját anyagából építi fel azt. 3D nyomtatni már rengeteg anyagot lehet (fém, kerámia, műanyag, műgyanta, stb.),

Az általunk gyártott, forgalmazott termékek alapvetően műanyagból, műgyantából, illetve fémből készülnek. A különböző anyagok pedig különböző technológiák alkalmazását kívánják meg.

Az alábbiakban az általunk is alkalmazott technológiák kerülnek ismertetésre

FÉM TERMÉKEK

A 3D nyomtatás alkalmazható fém termékek – köztük acél, titán, ezüst, sőt arany ékszerek – készítésére is.  Az ékszerek készítése esetén a 3D nyomtatás mind közvetlen, mind pedig közvetett módon kerülhet alkalmazásra.

A fém ékszerek a közvetlen mód esetén fém 3D nyomtatással, azon belül is jellemzően az ún. szelektív lézer szinterezési technológiával készülnek. A közvetett mód esetén a fém ékszerek ún. viaszveszejtéses öntéssel készülnek, amihez az öntőformát műanyag 3D nyomtatással (polimer nyomtatás) gyártják le. A közvetett módszer alkalmazásának az oka, hogy e révén a végtermék sokkal pontosabban készíthető el, illetve a 3D nyomtatásnak köszönhetően olyan komplex formák is készíthetők, melyek kézzel nem vagy csak nagyon nehezen.

Ugyanakkor, szigorúan véve 3D nyomtatott fém terméknek a fém 3D nyomtatással készített termék tekinthető.

Porágyas fúzió (Powder Bed Fusion)

A fém 3D nyomtatók egyik nagy csoportja porrétegekből építi fel a tárgyakat. Az ékszeriparban – pontosságuk miatt – fémpor lézerrel történő összeolvasztásán, fúzióján alapuló eljárások használatosak. A nyomtató gyártók által alkalmazott elnevezések eltérőek (LMF – Lézeres Fém Fúzió, SLM – Szelektív Lézeres Olvasztás, DMLS – Fém Közvetlen Lézeres Fúziója) azonban az eljárások azonos elven működnek.

Az eljárásban alapanyagként nagyon kis, 15 – 50 mikron átmérőjű fémport alkalmaznak. A nyomtatás megkezdése előtt a 3D nyomtató kamráját felfűtik olyan hőmérsékletre, ami éppen csak nem éri el az adott alapanyag olvadáspontját. Ezt követően a nyomtató lefektet egy réteget a porból az ún. építő tálcára (amin a tárgy készül), amelyet egy lézerrel éppen az olvadáspont fölé hevítenek a tárgy adott rétege szerint releváns pontokon (ahol az adott rétegben a tárgynak része van). A tárgy adott rétegének elkészültét követően a folyamat addig ismétlődik, míg a tárgy teljes egészében el nem készül.

A porágyas fúziós eljárással gyakorlatilag öntvény szilárdságú, azonban azoknál homogénebb szerkezetű tárgyak készíthetők.

A gyártható fémek köre magába foglalja a leggyakrabban az iparban leggyakrabban használtakat, és az acéltól, az alumíniumon, titánon át a nemesfémekig (ezüst, arany) terjed.

A gyártáshoz szükséges alapanyag mennyiség csökkentése miatt – melyből a fel nem használt újra hasznosítható – a nemesfém tárgyak gyártására speciális – ékszeripari – nyomtatókat fejlesztettek ki.

A komplex formájú arany, ezüst ékszerek gyártásának egy másik módja a 3D nyomtatás és az öntés kombinálása, azaz a digitális viasz nyomtatás és a viaszveszejtéses öntés alkalmazása.

Digitális viasz nyomtatás és precíziós öntés

A digitális viasz nyomtatás és a viaszveszejtéses öntés kombinálása komplex formájú tárgyak precíz elkészítését teszi lehetővé. Ez a kombinált eljárás előnyösen alkalmazható nemesfém – ezüst és arany – ékszerek készítésére.

A kombinált eljárás ötvözi a két technológia (3D nyomtatás és öntés) előnyeit, azaz összetett formák készíthetők vele, a hagyományos öntési eljárásnál precízebben, azonban az öntésre jellemző alapanyag szükséglettel.

Az öntéshez szükséges viasz alapforma az ismertetett polimerizációs 3D nyomtatással készül, a végső tárgy pedig viaszveszejtéses öntéssel.

A gyártás első lépése a készítendő tárgy modelljének kinyomtatása viaszból vagy kiégethető műgyantából. Ezt követően a kinyomtatott modellt egy vagy több beömlőnyíláshoz rögzítik és gipszbe merítik. A megszilárdult gipszet – fém öntőforma – egy kemencébe teszik, ahol a nyomtatott viasz vagy műgyanta salakanyag nélkül kiolvad. A kihűlést követően az öntő formába , a viasz helyére,  fémet öntenek. A fém lehűlését követően a gipszformát letörik a fémről, hozzáférve így az elkészült fém tárgyhoz.

MŰANYAG TERMÉKEK

A műanyag termékek többféle 3D nyomtatási technológiával is készíthetők. A leggyakrabban alkalmazott technológia a polimerizációs és a szálhúzásos nyomtatás.

A legszebb felületű, legnagyobb részletességű termékek a polimerizációs nyomtatási technológiával hozhatók létre, ezért azon termékek esetén, ahol ezek fontos szempontok (pl. ékszerek) jellemzően ezt alkalmazzák.

A magasabb termék minőséggel összhangban a polimerizációs nyomtatók drágábbak, mint a szálhúzásos gépek.

A szálhúzásos technológia ugyanakkor gyorsabb, költséghatékonyabb termék előállítást tesznek lehetővé.

Polimerizációs 3D nyomtatás

A polimerizációs nyomtatáson belül is többféle eljárás került kifejlesztésre – SLA vagy sztereolitográfia, DLP, PoliyJet – azonban ezek alapvető működési elve, illetve az általuk előállított termékek minősége közel azonos.

A polimerizációs nyomtatás során alapanyagként egy fényre érzékeny és megszilárduló folyékony polimert használnak, melyet egy tartályba töltenek bele. A készítendő tárgy a polimer UV fénnyel történő szelektív megszilárdítása révén, rétegenként épül fel. A polimerrel töltött tartály alján keresztül egy lézer dióda (SLA) vagy egy projektor fénye (DLP) világítja fel a készítendő tárgy adott rétegét, ami az UV fény hatására megszilárdul, míg a meg nem világított részek folyékonyak maradnak. A gyártás során a tárgy fokozatosan – rétegenként – emelkedik ki a polimer folyadékból, míg el nem készül. A megfelelő fizikai tulajdonságok elérése érdekében néhány anyag esetében a nyomtatást követően UV utókezelés lehet szükséges.

Az alkalmazható alapanyagok köre fokozatosan bővül,és az egyszerűbbektől a biokompatibilis, orvosi, illetve fogorvosi alkalmazásra alkalmas anyagokig terjed.

Szálhúzásos 3D nyomtatás

Minden bizonnyal ez a legszélesebb körben ismert technológia, és a 3D nyomtatásról a legtöbb embernek valószínűleg egy szálhúzásos nyomtató jut eszébe.

A szálhúzásos technológián belül is különböző eljárások, illetve elnevezések terjedtek el. Leggyakoribb az FDM, illetve az FFF.

A szálhúzásos nyomtató szintén rétegről rétegre építi fel az elkészítendő tárgyat. A technológia alapanyaga különböző – jellemzően 1,75 vagy 3 mm – átmérőjű műanyaghuzal, ún. nyomtató szál vagy filament, mely tekercselt formában kerül elhelyezésre a nyomtató oldalán vagy belsejében.

A szálhúzásos nyomtató ezt a műanyag szálat olvasztja meg a nyomtatófejben, majd az olvadt anyagot az adott réteg által meghatározott helyeken elhelyezi a nyomtató platformon, ahol az lehűl és megszilárdul. Ebben a technológiában a tárgy elkészítése alulról felfelé történik, így egy adott réteg elkészültét követően a nyomtatófej egy réteggel feljebb (vagy a nyomtató platform lejjebb) mozdul, addig ismételve a folyamatot, míg a tárgy el nem készül.

Ennek a technológiának a legelterjedtebb alapanyaga a PLA, ami egy keményítő alapú, lebomló biopolimer, ami ezáltal környezetbarát is.

A szálhúzásos technológiával készült modelleknek a felülete általában érdesebb, mint a többi technológiával készült tárgynak, jobban láthatók a rétegvonalak.