Druk 3D, czyli drukowanie przestrzeni

Zdjęcia, pocztówki czy okładki, na których obraz wydaje się przestrzenny lub zmienia się pod wpływem zmiany kąta patrzenia, są wykonywane techniką druku soczewkowego. Technika ta jest znana od bardzo dawna i ma niewiele wspólnego z komputerami, ale za pomocą komputerów można samodzielnie uzyskać tego typu wydruki nawet na zwykłej drukarce.

Znacznie ciekawsza wizualnie, ale niestety raczej niedostępna w domowych zastosowaniach, jest holografia. W dużym uproszczeniu można przyjąć, że holografia jest fotografią uzupełnioną o rejestrację zmian faz fali świetlnej. Dzięki temu uzyskujemy nie tylko informacje o jasności (luminancji), barwie (długości fali), ale i głębi. Aby pomiar głębi był możliwy, rejestrowana scena musi być oświetlana tzw. światłem spójnym, co w praktyce oznacza omiatanie rejestrowanej sceny promieniami laserowymi. Odrębną kategorię wydruków 3D stanowią maszyny do tzw. szybkiego prototypowania. W tym przypadku na podstawie obiektu wymodelowanego za pomocą odpowiedniego oprogramowania (CAD/CAM, 3D itp.) urządzenie drukujące tworzy rzeczywisty, przestrzenny model.

Efekty widoczne na wydrukach soczewkowych są osiągane w wyniku drukowania obrazu na specjalnym nośniku, tzw. folii lentikularnej (zwanej też soczewkową). Folia jedną stronę ma gładką (i na niej umieszczany jest nadruk), natomiast drugą stronę stanowią wytłoczone soczewki lub pryzmaty liniowe. Innym rozwiązaniem jest wydruk na podłożu, na które następnie folia soczewkowa jest przyklejana.

Chcesz spróbować swoich sił w samodzielnym przygotowaniu wydruków 3D za pomocą zwykłej, domowej, najlepiej kolorowej, drukarki? Nic prostszego. Potrzebujesz: serii zdjęć składowych, które będą tworzyć efekt 3D (np. scena obfotografowana po wycinku koła; można użyć nawet kilkunastu ujęć dla większej płynności efektu), folii soczewkowej o liniaturze 75 lpi lub 60 lpi (koszt to kilkadziesiąt zł za arkusz w formacie A4) oraz odpowiedniego oprogramowania, np. aplikacji o nazwie Triaxes 3DMasterKIT

Wersję próbną programu możesz pobrać z witryny producenta, a szczegółowe wskazówki odnośnie typu folii soczewkowych czy przykładowe projekty znajdziesz na stronie firmy Stamptex.

Ten i inne ciekawe artykuły w najnowszym numerze "PC Format" 04/2012

Interesujące rozwiązania w zakresie holografii oferuje amerykańska firma Zebra Imaging. Za pomocą specjalnej drukarki holograficznej specjaliści z Zebra Imaging tworzą holograficzne plansze, do których oglądania nie są potrzebne żadne dodatkowe okulary. Efekt jest bardzo sugestywny, a sama firma chwali się, że jej technologia jest stosowana również do celów militarnych, które wymagają dokładności większej od zastosowań cywilnych. Technologia nie jest tania. Teoretycznie każdy może zamówić w Zebra Imaging wydrukowany hologram, ale trzeba się liczyć ze sporym wydatkiem. Za największą oferowaną planszę holograficzną, pełnokolorową o rozmiarach ok. 60 x 60 cm, trzeba zapłacić niemal 2000 dolarów. Nawet najtańszy oferowany wydruk holograficzny na monochromatycznej planszy o wymiarach 30x30 cm to koszt 249 dolarów.

W pewnym sensie protoplastą technologii rzeczywistego druku 3D jest znana od dawna technika obróbki skrawaniem, która dziś jest już sterowana komputerowo. Istnieje specjalistyczna aplikacja EdgeCAM wykorzystywana przez działy konstrukcyjno-technologiczne różnych firm używających np. obrabiarek CNC (sterowanych numerycznie). Komputerowo sterowane obrabiarki są jednak wykorzystywane raczej już na liniach produkcyjnych. W procesie projektowania i prototypowania korzysta się z tańszych rozwiązań - z wydruków 3D, które dodatkowo umożliwiają lepsze odwzorowanie wewnętrznej struktury prototypowanego obiektu.

Pierwszą komercyjnie stosowaną technologią tworzenia wydruków 3D była stereolitografia. W procesie tym laser drukarki obrysowuje kolejne przekroje poziome produkowanego obiektu, a cała platforma z drukowanym modelem jest zanurzana w pojemniku z fotopolimerem. Mówiąc prościej: laser sterowany komputerowo naświetla wierzchnią warstwę płynnego fotopolimeru, co powoduje zmianę stanu skupienia naświetlonych obszarów. Po nakreśleniu warstwy cała platforma jest minimalnie zanurzana, po czym laser kreśli kolejną warstwę obiektu. Jaka jest dokładność wykonania?

Drukowanie 3D w praktyce:

Specjaliści z firmy Additive Manufacturing LLC podają, że dla tego procesu możliwe jest konstruowanie modeli z warstw o grubości wynoszącej 0,02 cala (ok. pół milimetra).Inną techniką drukowania przestrzennego jest SLS (Selective Laser Sintering) oraz pokrewny DMLS (Digital Metal Laser Sintering). W tym procesie drukowany model jest spiekany laserowo ze sproszkowanego materiału, którym mogą być różnego typu tworzywa sztuczne, ceramika (w przypadku SLS), jak i sproszkowane metale (w przypadku DMLS). Dokładność jest tu znacznie większa niż w stereolitografii. Na przykład krakowski Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, dysponujący nowoczesną drukarką EOSINT M 250 Xt, gwarantuje uzyskanie dokładności o rząd wielkości większej - na poziomie. +/- 0,05 mm, przy maksymalnym rozmiarze drukowanego obiektu 250 x 250 x 200 mm. Zastosowanie metali pozwala wykorzystywać wydruki 3D również w warunkach, w których tworzywa sztuczne się nie sprawdzają, np. w medycynie. Serwis BBC News-Technology poinformował o przeprowadzonej w 2011 roku udanej operacji wszczepienia wydrukowanej sztucznej żuchwy z tytanu i ceramiki.

Jeszcze inaczej tworzony jest wydruk w technice o nazwie FDM (Fused Deposition Modeling). Drukowany obiekt jest warstwa po warstwie natryskiwany ze stopionego materiału. Z tej metody korzysta projekt RepRap, stanowiący przeniesienie idei open source w świat rzeczywistych urządzeń. Opis modeli, schematy urządzeń są udostępniane za darmo. Więcej informacji można znaleźć na stronie domowej projektu . Ciekawostką jest fakt, że wybudowana drukarka typu reprap jest w istocie samoreplikującym się urządzeniem. Dzięki udostępnianym schematom, mając jednego reprapa można... wydrukować sobie kolejny.

Drukarki 3D są jeszcze zbyt drogie, by opłacalne było ich wykorzystanie w domu. Poza tym ze względu na ich specyfikę raczej trudno byłoby znaleźć zastosowanie dla tego typu urządzeń w domowej codzienności. Usługodawcy oferujący wydruki 3D jednak nie próżnują. Korzystając ze świetnie przygotowanych witryn internetowych i wbudowanych w nie prostych w obsłudze aplikacji, możesz zamówić np. biżuterię wykonaną według własnego projektu czy przestrzenne puzzle.

Jedynym ograniczeniem jest wyobraźnia i... pojemność portfela. Za wydrukowany projekt-prezent zapłacisz od kilku do nawet kilku tysięcy dolarów. Podajemy adresy WWW, pod którymi można obejrzeć galerie, spróbować samodzielnie coś zaprojektować i zamówić.

-----

Urządzenia do szybkiego prototypowania kosztują obecnie bardzo drogo, zbyt drogo dla przeciętnego Kowalskiego. Drukarka 3DTouch firmy Bits from Bytes to jedno z najtańszych urządzeń tego typu na rynku. Najtańsza, jednogłowicowa wersja tej drukarki kosztuje równowartość 2590 euro. Do tego dochodzą koszty przesyłki, które ze względu na wymiary urządzenia (60 cm x 60 cm x 70 cm) i wagę (38 kg) wynoszą około 50 euro.

Na drugim końcu skali cenowej drukarek 3D znajduje się np. urządzenie wykonujące wydruki z tytanu, używane przez firmę i.materialise. Cena? Milion dolarów. Drukarka 3DTouch firmy Bits from Bytes (prezentowana na zdjęciu) wykonuje wydruki głównie z dwóch rodzajów materiałów. Jednym jest ABS, poliakrylonitryl-co butadien-co-styren; amorficzne tworzywo sztuczne o dużej twardości, odporne na zarysowania i obciążenia dynamiczne. Tworzywo to można pokrywać warstwami metalicznymi w procesie obróbki galwanicznej. Drugi materiał to PLA, poliaktyd; w pełni biodegradowalny polimer o właściwościach mechanicznych sztywnego tworzywa termoplastycznego.