Jeszcze nie tak dawno drukowanie w 3D brzmiało jak science fiction. Tymczasem sama technologia druku przestrzennego powstała już ok. 30 lat temu. Teraz przeżywa swój czas. Wykorzystanie drukarek 3D jest ograniczone chyba tylko wyobraźnią. Na rynku dostępnych jest kilkanaście technik druku 3D, które różnią się od siebie m.in. materiałem do druku, który może mieć postać proszku, cieczy lub tworzywa sztucznego nawiniętego na szpulę. Każda z technologii druku 3D nadaje się do innego wykorzystania. Z proszku np. można wydrukować metalowy element, z cieczy przezroczystą konstrukcję, a z filamentu, czyli cienkiego, nawiniętego na szpulę tworzywa, np. figurkę. Ostatnio polskim naukowcom udało się wydrukować bioniczną trzustkę z całym systemem naczyń krwionośnych, a w Chinach wielkie drukarki drukują już całe domy. Najmniejsze wydruki 3D mieszczą się w uchu igły do szycia i są praktycznie niewidoczne bez powiększenia. Jak to działa i do czego można wykorzystać drukarkę 3D, sprawdziliśmy w Instytucie Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej na Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki Śląskiej.

Krojenie

Na stole w pracowni poruszają się kombajny i mechaniczne protezy dłoni. Obok leżą śrubki, modele serca, przekładnie i inne figurki. To wszystko wydrukowali studenci na drukarkach 3D. Jednak najpierw wszystkie kształty trzeba opracować w komputerze. – A w komputerze potrzebny jest odpowiedni program CAD i tak zwany g-code – tłumaczy Tomasz Machoczek, pracownik politechniki. – To język, którym program przekazuje komunikat do drukarki – dodają naukowcy. Na ekranie monitora widać model łódeczki. Można go obracać i oglądać z każdej strony. Żeby drukarka wiedziała, jak go wydrukować, program musi najpierw pokroić model na warstwy. – Drukowanie odbywa się warstwami. Podobne poziome warstwy tworzy sobie program, by model opisać i przekazać go do drukarki. Najlepiej widać to na przykładzie jajka. Gdy je pokroimy, otrzymamy większe i mniejsze okręgi, figury łatwe do opisania matematycznie – tłumaczy pan Wojciech Danek, pracownik politechniki. – Dzięki temu drukarka wie, że musi w ten sposób wydrukować okręgi jeden na drugim, aż otrzymamy kształt jajka. Wzór przedmiotu na ekran komputera można ściągnąć z internetu, opracować go samemu wcześniej, odpowiednio wymiarując, albo zeskanować. – Kiedyś w czasie Industriady (festiwal zabytków techniki – przyp. red.), gdy prezentowaliśmy laboratorium, pewien pan przyniósł mały plastikowy przedmiot – opowiada pan Tomasz. – Okazało się, że to uszkodzony element z auta i nigdzie nie można go dostać. Szybko go zwymiarowaliśmy i po pół godzinie zamiennik był gotowy.

Drukowanie i czekanie

Drukować można z metalu, za pomocą proszku metalowego i spoiwa, złota, żywicy, czekolady, gipsu, papieru, gumy czy tworzyw sztucznych, jak ABS i PLA, który jest wykonany na bazie kukurydzy. W zwiedzanym przez nas laboratorium są drukarki do druku z tworzywa sztucznego nawiniętego na szpulę, czyli filamentu. Zanim jednak na drukarce powstanie skomplikowany kształt, materiał wy- gląda skromnie. To w przypadku filamentu jakby szpula nici, a przy drukowaniu z żywicy – pojemnik z płynną żywicą. Przy drukowaniu z tworzyw sztucznych pobierany jest filament i w specjalnej dyszy uplastyczniany. Temperatura sięga tam 200 stopni Celsjusza. Ramię drukarki rusza się poziomo, nakładając kolejne warstwy gorącego tworzywa. Stół, na którym leżą gotowe warstwy, obniża się powoli, a drukowany przedmiot rośnie. – Cały proces trwa dość długo – przyznaje pan Wojciech. – Na przykład jedna z figurek powstawała 14 godzin. Przy drukowaniu z żywicy technologia jest inna. Przedmiot jest utwardzany za pomocą światła UV. Pod pojemnikiem znajduje się ekran. Kolejne warstwy są naświetlane, a przedmiot jest jakby wyciągany z żywicy. Dzięki temu można tworzyć bardzo precyzyjne kształty, wyrzeźbić nawet ażurową kulę, w której jest zamknięta druga taka sama. Zwykłymi technikami nie dałoby się tego zrobić.

Podpieranie

Technologia drukowania w 3D jest wykorzystywana również w medycynie. Tworzy się implanty pod konkretnego pacjenta. Na podstawie odpowiednich pomiarów można na przykład odtworzyć serce pacjenta, aby poznać jego budowę przed operacją. Podczas naszej wizyty jedna z drukarek zawzięcie mruczy, tworząc czarny przedmiot. To jeden z kręgów kręgosłupa. Pod wystającymi elementami widać brzydkie podpory. Zostaną one usunięte z gotowego wyrobu. Na razie są potrzebne, ponieważ drukowanie odbywa się warstwowo. Nie można stworzyć czegoś w powietrzu, na przykład wystającej ręki figurki. Jest więc drukowana na podporze, a po usunięciu nie ma po niej śladu. Przy druku warstwowym niemożliwe jest też stworzenie elementu całkowicie pustego w środku, ponieważ warstwy muszą na czymś się opierać. Co ciekawe, w laboratorium Instytutu Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej w Gliwicach jest też drukarka do drukowania… naleśników. Można na niej wydrukować naleśnik o dowolnym kształcie, np. ulubionej postaci z bajki. Naleśniki są jadalne i pyszne :)