Korábbi bejegyzésekben már érintettem a két leggyakoribb 3D nyomtatási technológiát a blogon, konkrétan az FDM technológiás 3D nyomtatókat és a lézerszinterezéses, úgynevezett SLS eljáráson alapuló 3D nyomtatás technológiáját is górcső alá vettük még tavaly. A mai bejegyzés a harmadik – és talán legfontosabb – eljárást igyekszik majd tárgyalni, amelynek a közeljövőben – ahogy látni fogjuk – egyre nagyobb jelentősége lesz.
B9 Creator open-source DLP 3d nyomtató
Az említett 3D nyomtatási eljárás pedig az SLA technológia, amely a sztereolitográfia elnevezés rövidítéséből ered. Az SLA technológiát a ’80-as években szabadalmaztatta a mai 3D Systems cégóriás műszaki igazgatója, aki a fényérzékeny anyaggal, rétegről rétegre történő eljárás kidolgozásával gyakorlatilag megteremtette a mai fotopolimeres 3D nyomtatók alapjait. Az SLA eljárás lényege, hogy a térbeli modelleket nem lézerrel vagy extruderrel olvasztott műanyagból, de nem is ragasztóval kevert porból, hanem fényre keményedő műgyanta alapanyagból állítja elő, ahogyan azt már megszokhattuk a többi 3D nyomtatási tehnológiánál is, szépen rétegről rétegre. A folyamat során a fotopolimer (UV fényre keményedő műgyanta) rétegenként megszilárdul a levilágítás helyén, majd az egymásra épülő rétegek végül egy egészet alkotnak. Az elkészült darabokat gyakran UV fény alatt még utókezelni kell, hogy végleges szilárdságukat elérjék. Hasonló technológiával dolgoznak például a bélyegzőkészítő gépek is, amelyeket már régóta alkalmaznak a nyomdaiparban.
SLA gép az asztali 3D nyomtatók között
Alapvetően két fajtáját lehet megkülönböztetni a sztereolitográfiás 3D nyomtatásnak: SLA és DLP technológiát használó gépekkel lehet találkozni a piacon. Az Objet technológiáját most kihagyom a felsorolásból, jóllehet az is fényre keményedő műgyantával dolgozik, itt azonban a nyomtatófej adagolja fúvókákon keresztül a fotopolimert, és a technológia összetettsége miatt ennek majd a későbbiekben egy külön blogposztot szeretnék szentelni, miután meginterjúvoltam az Objet technológia szakértőjét és a hazai 3D nyomtatás atyját, Falk György tanár urat, a Varinex Zrt. alapítóját.
Form1 SLA 3d nyomtató
A legnagyobb különbség az SLA és DLP eljárások között a levilágítás módjában van. Amíg az SLA gépek rendszerint valamilyen (általában kék) lézerfénnyel “rajzolják” az egyes layer-eket a fényérzékeny resin-be rétegről rétegre, addig a DLP 3D nyomtatók esetében a rétegek egy egészben, egy projektor által vannak levilágítva. A lézeres eljárás olcsóbb, hiszen nagy fényerejű projektor helyett, amelyben néhány ezer óránként lámpát is cserélni kell, elég egy néhány milliwatt teljesítményű kis lézerdióda, amit akár egy rossz blu-ray lejátszóból is kioperálhatunk. Ezt a lézerdiódát azonban precízen, egy mechanika segítségével pozicionálni is kell tudni, amely sok esetben viszont már drágább és bonyolultabb megoldásokat igényel, mint az áttetsző resin-tartály alját telibevilágító projektorra való beruházás. A DLP eljárást egyébként az amerikai Texas Instruments cég fejlesztette ki, a szegmens vezető 3D nyomtató gyártó (Envisiontec) modelljeibe a mai napig TI fényforrásokat építenek be. A fényérzékeny anyag a kibocsátott megfelelő hullámhosszú fény hatására megkeményedik, ezzel az eljárással pedig sokkal vékonyabb rétegekkel is dolgozhatunk, mint a korábban tárgyalt FDM vagy SLS technológiás 3D nyomtatókkal, melyeknek a maximális felbontása olyan 50-100 mikron körül mozog.
open-source DLP 3d nyomtató
A fotopolimeres 3D nyomtató készülékekkel akár 5-25 mikronos rétegvastagság is elérhető, nem véletlen tehát, hogy előszeretettel alkalmazzák azokon a területeken, ahol ez a precizitás szükséges: leginkább orvosi, fogorvosi és ékszerészeti alkalmazásai ismertek. Az SLA 3D nyomtatók munkaterülete ezért jellemzően kisebb az FDM-es vagy SLS 3D nyomtatókénál, a 10 x 10 x 10 cm-es munkaterület már nagynak számít. Fogászati és ékszerészeti célokra azonban ez a lépték is bőven megfelelő, a lényeg, hogy az elkészült apró modellek teljesen pontosak legyenek, és tökéletesen sima felülettel rendelkezzenek. Az ilyen nagyfelbontású 3D nyomtatás természetesen sokkal tovább is tart, a projektoros DLP 3D nyomtatók esetében körülbelül 3-6 másodperc, amíg egy réteg megkeményedik, az SLA gépek esetében ez a lézerfényt mozgató mechanikától függ. A kis nyomtatási területnek technológiai okai is vannak: amíg Z irányban magasabban is építkezhet a gép, az x – y síkban nagyobb kiterjedéső alkatrészek nyomtatása problémákba ütközhet a fellépő hatalmas felületi feszültségek miatt, amelyek akár el is törhetik a resin áttetsző tartályát. Előfordulhat ugyanis, hogy a műgyanta nem az előző réteghez, hanem a tartály aljához tapad hozzá, főleg, ha már egy nagyobb tömegő darab van a tárgyasztalon. Apropó, tárgyasztal: az SLA és DLP technológiás ékszerészeti 3D nyomtatók szinte kivétel nélkül “fejjel lefelé” nyomtatnak, azaz a tárgyasztal lentről felfelé emelkedik, és a 3D nyomtatott ékszer is fejjel lefelé jelenik meg a munkalapon. Ennek anyagtakarékossági okai vannak: ellenkező esetben olyan mély tartályt kellene megtölteni vízzel, amelybe a nyomtató munkalapja a teljes z tengely magasságában el tud merülni. Ez azt is jelentené, hogy a tartályban folyamatosan nagy mennyiségű fényérzékeny resin-t kellene tárolnunk, amely azonban eléggé drága, ráadásul ha fény éri, könnyen meg is romlik. Még fénytől védett, zárt helyen tárolva sem őrzik meg a minőségüket fél évnél tovább ezek az anyagok.
open-source SLA 3d nyomtató
Azért érdemes kiemelt figyelmet szentelni a technológiának, mert amíg korábban több tízezer Eurót is elkértek egy kisebb masináért, ma már néhány ezerért beszerezhetünk magunknak egyet. Hogy mi ennek az oka? Ugyanaz, mint amit 2009 óta az FDM technológiájú 3D nyomtatók piacán megfigyelhettünk. 2009 előtt, egy 200 mikronos rétegvastagsággal dolgozni képes 3D nyomtató 20 x 20 x 20 cm munkaterülettel – mint amilyen például a GigamaX3D által épített K8200 3D nyomtató – nagyjából 8 – 10 millió Ft-ba került, míg ma ezt netto 170 ezer Ft körüli összegért már megvásárolhatjuk. A drasztikus árcsökkenést és az asztali FDM-es 3D nyomtatók szélesebb körben való elterjedését az okozta, hogy a technológiát védő patentek, amelyek 2009-ig az amerikai Stratasys óriáscég birtokában voltak, lejártak. Onnantól kezdve bárki fejleszthetett műanyagszálas 3D nyomtatót, ez pedig a piaci szereplők számának exponenciális növekedését, majd az árak csökkenését eredményezte. Bár több elektronikai szemét is megjelent a felhígult piacon, a felhasználók mindenképpen jól jártak az open-source megoldásokkal, hiszen olcsó alapanyaghoz és olcsó, saját maguk által megépített 3D nyomatókhoz juthattak egy laptop áráért.
Autodesk SLA 3d nyomtató
Ugyanez várható majd az SLA technológiát használó 3D nyomtatók esetében is, idén tavasszal ugyanis lejártak a 3D System által birtokolt patent-ek, így gombamód jelentek meg – először csak a Kickstarter-en, majd a boltok polcain is – a különböző gyártóktól származó nagyfelbontású, fotopolimeres 3D nyomtatók. Az első open-source DLP nyomtató az amerikai B9 Creator projekt volt, amely egy háztartási házimozi projektorból és open-source elemekből álló szerkezet volt, amely vígan képes volt 30 mikronos felbontásra is, ráadásul mindezt 4000 dollár körüli összegért. Az Instructables oldalon is találunk open-source megoldásokat DLP nyomtatókhoz, valamint a neten körülnézve akad még egy-két barkácsmegoldás, az egyikben a lézerdiódát egész egyszerűen léptetőmotoros-bordásszíjas reprap mechanikával mozgatják, amely azért nem túl pontos az ilyen rétegvastagsághoz. Ha már mozgatni kell a lézert, a Formlabs cég Form1 modelljének a megoldása a profibb, ahol gömbmotorral és tökrökkel irányítják a fénynyalábot a megfelelő helyre. A Form1 volt az első nem open-source SLA 3D nyomtató, amely még a szabadalmak lejárta előtt hihetetlenül sikeres Kickstarter-kampányt zárt. Az MIT egyetemistái remek start-up-ot hoztak össze, sőt, még magyar vonatkozása is van a dolognak: Lakatos Dávid jelenleg a Formlabs cég egyik vezetője. A Formlabs egyébként nemrég rukkolt elő új modelljével, a Form1+ jelűvel, amely az ígéretek szerint még gyorsabb, mint elődje volt, ráadásul egyre többféle alapanyag is kapható a géphez, például a napokban jelentették be a flexibilis illetve a kiégethető változatokat.
ATSmake SLA 3d printer
Nagyjából a Form1 megjelenésével egyidőben megjelentek a kínai modellek is, az egyik legígéretesebb távolkeleti SLA 3D nyomtató az ATS-Make 3D nyomtatója, amely ugyan drágább és csúnyább, mint a Form1, viszont a minősége eléggé meggyőző. Tesztelésként – mivel egy hasonló nyomtató beszerzésén gondolkozom – elküldtem az egyik nehezen nyomtatható modellemet a kínai cégnek, ahol Maggie Liu volt olyan kedves, és ki is nyomtatta nekem, majd elküldte a nagyfelbontású fotókat az elkészült tárgyról. Amint azt láthatjátok (mindössze 4 cm hosszú a spirál) a legfinomabb részletek is jól láthatóak, ráadásul tökéletesen sima a felülete. A nyomat egyébként 30 mikronos rétegvastagsággal és szintén 30 mikronos x-y irányú felbontással készült, különleges, ékszerészeti célokra fejlesztett kiégethető anyagból.
spiral design by parametric | art 3d printed on ATSmake SLA printer by Maggie Liu
És el is érkeztünk a fotopolimeres 3D nyomtatás legnagyobb előnyéhez: speciális anyagokkal salak és korom nélkül alacsony hőfokon kiégethető modellek készíthetőek, amelyek aztán viaszveszejtéses eljáráshoz mesterdarabként szolgálhatnak. A 3D nyomtatással készült mesterdarabot vízüvegből kiöntik, a formát kemencében kiégetik, majd a kiürült negatív formát kiöntik nemesfémmel. Nem véletlen, hogy a digitális fogászat és a 3D-s ékszertervezés már évek óta használja ezeket a gépeket a gyakorlatban, ők azonban még súlyos euró-tízezreket, esetleg százezreket is fizettek ezekért a masinákért.
Soldscape MAX
A leggyakrabban használt gépek az Envisiontec Perfactory és a Solidscape gépei, amelyek képesek viaszból, illetve biokompatibilis anyagokkal is dolgozni, így akár fogászati fúrósablonok, éjszakai fogszabályzók vagy akár ideiglenes fogpótlások is készülhetnek 3D nyomtatással. Az egyik ismerősöm is ezt az eljárást alkalmazta, amikor ajándékot tervezett és gyártatott felesége 30. születésnapjára. A 3D nyomtatás alapját képező modellt úgy generálta, hogy felvette kislányának a hangját, amint azt mondja: szeretlek anya. A hanghullámokat 3D-ben megvastagítva és kiextrudálva, a modellt a Basiliskus cég Solidscape 3D nyomtatóján kinyomtatva a viaszmodellt egy ötvöshöz vitte, aki kiöntötte, majd megcsiszolta és felpolírozta az ékszert. A 3D nyomtatott egyedi aranyékszerről a Gigamax 3D nyomtatás blogon olvashattok.
viaszveszejtéses eljárás 3d nyomtatással
A Form1 pedig lavinát indított el: azóta sorra jelennek meg a Kickstarter-en a különböző olcsóbbnál olcsóbb SLA és DLP gépek, a teljesség igénye nélkül: Különös kedvenceim az apró megoldások, amelyek igazán ötletesek, valamint a tavaly nagy port kavart Peachy projekt, amely g-code helyett a számítógép audiokimenetét használja a nyomtató vezérléséhez. Valószínűleg a fejlődés fel fog gyorsulni, egyre több típus és gyártó jelenik majd meg a piacon, és még lejjebb mennek majd az árak. Ami miatt mégis egy kicsit szkeptikus vagyok az új asztali 3D nyomtató forradalommal kapcsolatban, az pedig az elkészült tárgyak viszonylag szűk felhasználási területe. Amíg ugyanis egy elérhető árú FDM-es 3D nyomtatóval működő, funkcionális műanyagalkatrészeket gyárthatunk magunknak viszonylag olcsón, akár ABS 3D nyomtató filamentből, addig a fotopolimeres eljárással készült 3D nyomtatott tárgyak általában ridegek, törékenyek, és nem funkcionálisak. Ráadásul maga a technológia sem családbarát: az elkészült nyomatokat vegyszeres oldattal kell lemosni, az ilyen laboratóriumi körülmények pedig nem a családi otthonok nappalijaira jellemzőek. Valószínűleg tehát az otthonokba nem fognak betörni a nagyfelbontású viszanyomtatók, viszont a tárgyalkotásban, iparművészetben, digitális fogászatban és ékszerészetben egyre többen kezdik majd el alkalmazni a megfizethetővé vált fotopolimeres 3D nyomtatókat. Magyarországon egyelőre még nem kaphatóak, viszont azt a fülest kaptam, hogy a GigamaX3D kínálatában hamarosan elérhetőek lesznek több gyártótól is SLA és DLP technológiás 3D nyomtató készülékek is speciálisan fogászati és ékszerészeti célokra.
Veloso SLA 3d nyomtató
A Form1, Veloso, B9Creator után gombamód kezdtek el megjelenni az SLA és DLP technológiát használó 3D nyomtatók az Indiegogo és Kickstarter oldalakon, valamint kezdenek megjelenni a távolkeleti kópiák is. Alapvetően az SLA és DLP 3D nyomtatók hardvere még olcsóbb is, mint az FDM 3D nyomtatóknál, a nyomtató fejet itt ugyanis nem kell olyan bonyolult mechanikával és drága léptetőmotorokkal mozgatni. A z tengely precizitása viszont kiemelten fontos, nem véletlen, hogy az egyszerűbb gépekbe is golyósorsó került a korábbi trapézmenetes tengelymeghajtások helyett. A kis start-upok mellett a 3D Systems is piacra dobott egy megfizethető árú ékszerészeti célokra is alkalmas SLA gépet, a ProJet HD 1200-t, majd hamarosan elérhető lesz az Autodesk fejlesztése is, amely szintén ezt az eljárást alkalmazza a nagyobb felbontású 3D nyomtatott modellek előállítására. Tudni kell azonban azt is, hogy az ilyen 3D nyomtatókon készült alkatrészek ritkán funkcionálisak, a fényérzékeny műgyanta alapanyag kifejezetten törékeny és merev.
3D Systems Projet 1200
A parametric | art 3D nyomtatás blogon hamarosan lesz egy külön bejegyzés a professzionális, ékszerészeti és fogászati célokra szolgáló SLA és DLP technológiát használó viasszal dolgozó 3D nyomtatókról is, ott górcső alá lesz véve az Envisiontec, Solidscape, DigitalWax, 3D Systems és Voxeljet gépek által készített, viaszveszejtéses eljárás 3D nyomtatással készült öntőmintáinak felületi minőségéről is. Addig is látogassatok el az említett blogra, hiszen a Halloween 3D nyomtatás nyereményjáték alkalmából megnyerhettek egy 3D nyomtatott szörnyfigurát, amelyet akár ki is festhettek élethűre!
3D Fizz - A 3D nyomtatás világa 