3D tisk, také známý jako aditivní výroba (AM), je pokročilý výrobní proces, který vytváří trojrozměrné objekty ukládáním materiálů vrstvu po vrstvě. Na rozdíl od tradiční subtraktivní výroby (jako je obrábění) může 3D tisk přímo vyrábět složité díly založené na digitálních modelech, což nabízí výhody, jako je vysoká přesnost, flexibilita a vysoké využití materiálu. S neustálým vývojem technologie 3D tisku se objevily různé klasifikační metody, které pokrývají různé principy formování, typy materiálů a aplikační scénáře. Tento článek bude systematicky klasifikovat a analyzovat technologii 3D tisku ze tří hledisek: technické principy, vlastnosti materiálů a průmyslové aplikace.
I. Klasifikace podle principu formování
Jádro technologie 3D tisku spočívá v metodě lisování. Současná mainstreamová klasifikace je založena na mezinárodní normě ISO/ASTM 52900:2015, která rozděluje procesy aditivní výroby do sedmi hlavních kategorií:
1. Vytlačování materiálu
Vytlačování materiálů je jednou z nejrozšířenějších technologií 3D tisku, pro kterou je typické tavené modelování depozice (FDM). Tato technologie využívá vyhřívanou trysku k roztavení termoplastického materiálu (jako je PLA nebo ABS) a vytlačuje jej vrstvu po vrstvě, přičemž po ochlazení ztuhne. FDM je široce používán ve vzdělávání, prototypování a spotřebitelské výrobě díky nízkým nákladům na vybavení a jednoduché obsluze.
2. Fotopolymerizace
Fotopolymerizace využívá UV světlo nebo jiné světelné zdroje k vytvrzení kapalných fotosenzitivních pryskyřic. Používají se především stereolitografie (SLA) a digitální zpracování světla (DLP). SLA využívá laserové skenování k vytvrzení pryskyřice bod po bodu, zatímco DLP využívá projektor k exponování celého povrchu, čímž se zvyšuje rychlost tisku. Tyto technologie jsou vhodné pro výrobu dílů vyžadujících vysokou přesnost a kvalitu povrchu, jako jsou šperky, dentální modely a mikrostrukturovaná zařízení.
3. Powder Bed Fusion (PBF)
Fúze v práškovém loži využívá laserový nebo elektronový paprsek k selektivnímu roztavení kovového nebo plastového prášku a jeho spékání vrstvu po vrstvě za vzniku pevného předmětu. Selektivní laserové slinování (SLS) je vhodné pro termoplastické materiály, jako je nylon, zatímco selektivní laserové tavení (SLM) a tavení elektronovým paprskem (EBM) se primárně používají pro výrobu kovových dílů, jako jsou slitiny titanu a nerezová ocel. Technologie PBF je široce používána v náročných aplikacích, jako jsou letecké a lékařské implantáty.
4. Tryskání materiálu
Otryskávání materiálů je podobné tradičnímu inkoustovému tisku, ale používá tekuté materiály na bázi fotocitlivé pryskyřice nebo vosku-, které se následně vytvrzují vrstvu po vrstvě pomocí UV světla. Tato technologie umožňuje více-materiálový a více{3}}barevný tisk a je vhodná pro vysoce-precizní prototypy a malo{5}}sériovou výrobu, jako jsou lékařské modely a mikro-mechanické součásti.
5. Tryskání pojiva
Tryskání pojiva používá selektivně nastříkané pojivo tryskou k lepení práškových materiálů, jako je kov, keramika nebo písek. Materiál je poté zpevněn následným-zpracováním, jako je slinování nebo infiltrace. Tato technologie je vhodná pro rychlé odlévání, výrobu pískových forem a velkosériovou-výrobu kovových dílů.
6. řízená depozice energie (DED)
Směrované nanášení energie (DED) využívá laser nebo oblouk k roztavení kovového prášku nebo drátu a jeho ukládání vrstvu po vrstvě. Běžně se používá pro opravy dílů a hybridní výrobu, kombinující aditivní a subtraktivní procesy (např. hybridní zpracování). Tato technologie je vhodná pro opravy a zpevňování velkých kovových součástí a má důležité aplikace v energetice a leteckém průmyslu.
7. Laminování listů
Laminování plechů zahrnuje lepení nebo svařování tenkých listů materiálu (jako je papír, kovová fólie nebo polymer) a následné formování konečného tvaru řezáním nebo frézováním. Tato technologie je relativně levná-, ale nabízí omezenou přesnost a kvalitu povrchu, takže je vhodná pro specifické aplikace, jako jsou obaly a architektonické modely.
II. Klasifikace podle typu materiálu
Rozmanitost materiálů pro 3D tisk dále rozšířila rozsah použití. Primárně je lze rozdělit do následujících kategorií:
1. Termoplasty
Tyto materiály, jako je PLA, ABS a PETG, jsou vhodné pro technologii FDM a jsou široce používány při prototypování, vzdělávání a výrobě spotřebních produktů.
2. Fotosenzitivní pryskyřice
Používají se v technologii SLA/DLP a nabízejí vysoce přesné a hladké povrchy, díky čemuž jsou vhodné pro klenotnictví, stomatologii a mikro-stroje.
3. Kovové materiály
Patří sem titanové slitiny, hliníkové slitiny, nerezová ocel a vysokoteplotní-slitiny. Používají se především v technologiích PBF a DED a používají se v letectví, automobilovém průmyslu a lékařských implantátech.
4. Keramické materiály
Jsou vytištěny pomocí technologie pojiva nebo technologie SLA a jsou vhodné pro elektronická zařízení, biomedicínská zařízení a komponenty používané ve vysokoteplotních-prostředích.
5. Kompozitní materiály
Tyto materiály, jako jsou plasty vyztužené uhlíkovými vlákny a kompozity s kovovou matricí, kombinují výhody několika materiálů a používají se k výrobě vysoce-výkonných konstrukčních dílů.
III. Klasifikace podle průmyslové aplikace
Technologie 3D tisku lze také kategorizovat na základě scénářů jejich průmyslové aplikace:
1. Rychlé prototypování
Technologie jako FDM a SLA jsou široce používány v raných fázích vývoje produktu k rychlému ověření proveditelnosti návrhu a zkrácení cyklů výzkumu a vývoje.
2. Přímá digitální výroba (DDM)
Technologie Metal PBF a DED se používají k přímé výrobě funkčních dílů, jako jsou lopatky leteckých motorů, formy a složité mechanické součásti.
3. Zdravotní péče (biomedicínské aplikace)
Fototvrditelná pryskyřice a kovový 3D tisk se používají pro zakázkovou protetiku, zubní náhrady a lešení tkáňového inženýrství.
4. Architektura a umění
K vytváření architektonických modelů, soch a kulturních a kreativních produktů se používají rozsáhlé-technologie FDM a pojiva.
Technologie 3D tisku může být kategorizována různými způsoby a vykazuje bohatou rozmanitost od principů lisování, typů materiálů až po průmyslové aplikace. S neustálým pokrokem ve vědě o materiálech, softwarových algoritmech a hardwarovém vybavení se 3D tisk postupně přesouvá od prototypování k velko-průmyslové výrobě a hraje klíčovou roli v oborech, jako je zdravotnictví, letecký průmysl a automobilový průmysl. V budoucnu bude 3D tisk s rozvojem více{5}}materiálových a více{6}}procesních integračních technologií dále podporovat transformaci zpracovatelského průmyslu směrem k inteligentní a personalizované výrobě.
