Drukowanie przestrzenne (ang. 3D printing) – proces wytwarzania trójwymiarowych, fizycznych obiektów na podstawie komputerowego modelu. Początkowo była to jedynie jedna z metod szybkiego prototypowania używana zarówno do budowania form jak i samych prototypów. Wraz z postępami dokładności wykonania obiektów przez drukarki 3D, stała się także metodą wykonywania gotowych obiektów, w tym zabawek, ubrań, czekoladek^[1], a nawet protez.

Historia

Pierwsza technika drukowania przestrzennego została opracowana w 1984 roku przez Charlesa Hulla i opatentowana w 1986 roku jako Stereolitografia (SLA). W tym samym roku Charles Hull założył firmę 3D Systems, która zajęła się komercyjną produkcją pierwszych drukarek 3D^[2]. W ramach 3D Systems opracowano stosowany do dziś format pliku STL, który jest używany do przekazywania instrukcji drukarkom przestrzennym.

Kolejna technika wydruku – osadzanie topionego materiału (FDM) – została opracowana w 1988 roku przez Scotta Crumpa, który rok później założył firmę Stratasys, 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^[3]), a nawet tkanki^[4], ale wyzwaniem pozostaje drukowanie całych organów^[5].

Zastosowania

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 oraz Selective laser sintering), 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

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^[6];
• elementy innych przedmiotów;
• prototypy i inne produkty koncepcyjne;
• formy do wykonania właściwych elementów lub prototypów;
• w ograniczonej formie także różnego rodzaju tkanki.

Materiały

W domowych drukarkach przestrzennych używa się przed wszystkim tworzyw sztucznych takich jak: PLA, ABS, 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, papieru czy nawet cukru^[7]. Trwają także prace nad możliwością druku 3D z grafenu^[8]. 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^[7].

Rodzaje druku 3D

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^[9]:

• 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).
• 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.

Zagrożenia

W doniesieniach prasowych pojawiły się spekulacje, że drukowanie przestrzenne mogłoby służyć do produkcji broni poza kontrolą prawa^[10]. Udaną próbę zbudowania broni z części powstałych poprzez drukowanie przestrzenne dokonała grupa Defense Distributed^[11]. Jednak drukarki dostępne dla użytkowników domowych nie pozwalają na drukowanie metalowych elementów, a tańsze urządzenia do obróbki metalu są dostępne od dawna. Wytwarzanie broni palnej bez zezwolenia jest nielegalne w większości krajów – niezależnie od narzędzi jakimi je wykonano. Ponadto urządzenia domowe wciąż są dalekie od wysokiej precyzji wykonania.

Zobacz też

• Druk