1. TEHNOLOGIJE
3D ISPISA
Stanje i
perspektive
Dr.sc. Davor Antonić

2. Sadržaj
•
•
•
•
Uvod
Tehnologije 3D ispisa
Projekt RepRap
3D pisač MendelMaxPRO
2

3. UVOD
• Princip rada
• Primjene
• Povijesni razvoj
3

4. Princip rada
• Predmeti se stvaraju principom aditivne
izrade, tj. dodavanjem materijala – ušteda
materijala!
• Vedina klasičnih tehnika obrade temeljeno je
na stvaranju predmeta oduzimanjem
materijala (tokarenje, glodanje, ...)
4

5. Princip rada
• Aditivna izrada omoguduje izradu predmeta
koje nije mogude ostvariti klasičnim
postupcima obrade
• Primjer: kuglični ležaj
5

6. Princip rada
Dizajn
Stvaranje 3D
modela u nekom
od CAD alata
Neovisno o tehnologiji ispisa
Priprema
za ispis
Rastavljanje
modela na slojeve
Ispis
Izrada predmeta
Specifično
6

7. Princip rada
7

8. Primjene
• Industrija - brza izrada prototipova, izrada
alata (kalupi), proizvodnja, prilagodba i
individualizacija proizvoda
CRP Group’s Italian, all-electric “superbike”, Energica
– Printani oklop
http://3dprintingindustry.com/2013/07/22/3d
-printing-gives-electric-superbike-energicamore-power/
8

9. Primjene
• Hobi / kudna upotreba
– Izrada predmeta za osobnu
upotrebu
– Modelarstvo, robotika
http://www.digitaltrends.com/cool-tech/the-worldsfirst-plane-created-entirely-by-3d-printing-takes-flight/
http://www.3ders.org/
articles/20120415young-student-buildshexapod-robot-withdimension-3dprinter.html
http://www.thingiverse.com/thing:32281/
9

10. Primjene
• Hobi / kudna upotreba
– Izrada dijelova za 3D pisače
http://www.mikroelektronika.hr/
10

11. Primjene
• Medicina i stomatologija
– Izrada modela dijelova tijela
temeljem CT /RTG snimke priprema za operacije, protetske
zahvate
– Izrada prilagođenih implantata http://blog.solidconcepts.com/evolution– Izrada stomatoškog otiska iz CT custom-manufacturing/tip-of-the-iceberg/
snimke čeljusti
– Fiksiranje udova
(egzoskelet)
http://www.energyandcapital.com/articles/3d-printing-profits-from-the-health-care-industry/3590
11

12. Primjene
• Biologija i kemija
Stvaranje bakterijskih kultura
http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/10/3d-printing-bacteria-multiple-infections
Ispis katalizatora i reaktanata
12

13. Primjene
• Arhitektura
– Izrada modela građevina
http://solidsmack.com/fabrication/
3dmtp-makes-it-easy-to-3d-printarchitectural-models/
13

14. Primjene
• Dizajn i umjetnost
– 3D reprodukcije kipova, ekvivalent grafikama
– Dorada 3D predmeta
– Ispis matematičkih funkcija
http://www.businessinsider.com/will-3d-printing-gomainstream-2013-1
14

15. Primjene
• Moda
Haljina rađena po mjeri za
Ditu von Teese
– 17 zasebno ispisanih
dijelova
– Korišten pisač s
najlonskim prahom i
laserskom koagulacijom
http://vr-zone.com/articles/3d-printing-crosses-over-to-the-designer-fashionindustry/19201.html?TB_iframe=true&height=650&width=850
15

16. Primjene
• Edukacija
– Pristupačna cijena čini 3D printer dostupnim
obrazovnim ustanovima
– Pruža uvid u proizvodne procese
– Potiče kreativnost
– Uvodi u nove tehnologije
– Omoguduje sticanje znanja iz raznih područja:
• Građa pisača: strojarstvo, elektrotehnika, računarstvo,
mehatronika, robotika,
• Upotreba pisača: 3D dizajn, proizvodni procesi, strojarstvo,
medicina, kemija, arhitektura, umjetnost, ekonomija
16

17. Primjene
• Bududnost
– Printanje bioloških (organi) i kemijskih struktura
(lijekovi)
– Integracija s nanotehnologijom – 3D ispis
postavljanjem pojedinih atoma – novi materijali
Li-ion baterija
– Promjer dizne 30μm
– Širina elektrode 60μm
http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/
06/3d-printed-microbattery-grain-sand
17

18. Povijesni razvoj
Godina
1984.
Charles Hull razvio tehnologiju stvaranja fizičkih 3D objekata iz digitalnih
podataka.
1986.
Charles Hull patentira tehnologiju pod nazivom Stereolitografija. Iste godine
osniva tvrtku 3DSystems i razvija prvi komercijalni 3D pisač.
1988.
Scott Crump otkriva Fused Deposition Modeling (FDM) tehnologiju koja se
koristi u današnjim stolnim pisačima.
1989.
Scott Crump osniva tvrtku Stratasys.
1992.
Stratasys prodaje prvi printer koji koristi FDM tehnologiju i štiti naziv FDM.
1993.
MIT patentira „3D tehnologiju ispisa” baziranu na 2D inkjet tehnologiji
1995.
Studenti i njihov mentor s MIT-a osnivaju tvrtku Z Corporation i dobivaju
ekskluzivnu licencu od MIT-a za korištenje tehnologije. 2012. je tvrtka 3D
Systems preuzela Z Corporation.
1995.-2004. Razvijaju se nove tehnologije ispisa, pojavljuju novi modeli. Cijena uređaja i
dalje >30.000$
2004.
Adrian Bowyer pokrede RepRap projekt
18

19. TEHNOLOGIJE ISPISA
19

20. Pregled tehnologija
Tehnologija
Opis
Materijali
Fused Deposition
Modeling (FDM) ili Fused
Filament Fabrication (FFF)
Istiskivanje (rastaljenog)
materijala kroz ispisnu diznu.
Različite vrste termoplastika
(ABS, PLA), guma, plastelin,
silikon, čokolada, ...
Powder-bed and inkjethead 3D printing
Na sloj praha inkjet glavom
nanosi se vezivo i boja
Različite vrste praha i
materijala za impregnaciju
Direct metal laser
sintering (DMLS) ili
Selective laser melting
(SLM) ili Selective laser
sintering (SLS)
Tanki sloj praha selektivno se
tali laserskom zrakom
Različiti metali i plastike
Electron-beam melting
(EBM)
Slična prethodnoj tehnologiji,
umjesto lasera koristi se snop
elektrona.
Različiti metali i plastike
20

21. Pregled tehnologija
Tehnologija
Opis
Materijali
Electron-Beam Freeform
Fabrication (EBF3)
Materijal se nanosi metalnom Različiti metali
žicom. Spoj žice i prethodnog
sloja tali se elektronskim
snopom (NASA).
Stereolitography (SLA)
Laserska zraka skrutnjava
tekudi foto-polimer.
Polimeri
Laminated-object
manufacturing (LOM)
Tanki listovi materijala
izrezuju se mehaničkim
rezačem ili laserom i
međusobno lijepe
Papir, plastika, metalne folije
• FDM / FFF i EBF3 jedine omoguduju izradu
zatvorenih šupljih struktura.
21

22. Fused Filament Fabrication
(FFF)
22

23. Powder-bed and inkjet-head
3D printing
23

24. Selective laser sintering (SLS)
Electron-beam melting (EBM)
24

25. Electron-Beam Freeform
Fabrication (EBF3)
25

26. Stereolitography (SLA)
26

27. Laminated-object
manufacturing (LOM)
27

28. PROJEKT REPRAP
28

29. • REPlicating RApid Prototyper
• Projekt je 2005. godine pokrenuo Adrian
Bowyer, profesor stojarstva na Sveučilištu Bath u
Engleskoj
• Osnovna ideja projekta je razviti 3D pisač koji može
ispisati vedinu svojih dijelova
• Open source projekt – sve ideje se brzo objavljuju da se
spriječi patentiranje
• Glavni dizajni pisača nazvani po poznatim genetičarima
• Koristi Fused Filament Fabrication (FFF) tehnologiju.
Naziv izmišljen unutar RepRap projekta zbog zaštidenog
imena Fused Deposition Modeling (FDM).
29

30. RepRap Darwin
30

31. RepRap Mendel
31

32. RepRap Prusa Mendel
32

33. RepRap Huxley
33

34. RepRap MendelMax 1.5
34

35. RepRap MendelMax 2.0
35

36. 3D PISAČ
PRO
MENDELMAX
36

37. 37

38. Dizajn
• Razvili smo ga na bazi pisača MendelMax 1.5+
• Unapređenja:
– Poboljšana krutost nosača pogonskih elemenata (redizajn
90% plastičnih dijelova)
– U izvornom dizajnu vodilice i vijci za pogon Z-osi nisu bili
paralelni. Zupčasti remeni nisu bili paralelni s pogonjenom
osi.
– Vijci korišteni za pogon Z-osi zamijenjeni trapeznim
navojnim vretenima
– Navojna vretena fiksirana u gornjoj točki
– Senzori krajnjeg položaja fiksirani na nosače. Senzor Z-osi
omoguduje precizno podešavanje
– Ugradnjom Al profila povedana krutost radnog stola
– Fiksiran na podlogu, što povedava krutost i smanjuje
38
vibracije

39. Tehnički podaci
Radni volumen:
20 x 20 x 16 cm
Vertikalna razlučivost:
0,1 – 0,4 mm
Promjer niti:
3 mm
Promjer dizne:
0,5 mm
Hlađenje sloja:
Aktivno (ventilator s regulacijom brzine vrtnje)
Preciznost pozicioniranja:
XY osi:
Z os:
12,5 mikrona
0,6 mikrona
Brzina rada:
XY os:
Z os:
500 mm/s pozicioniranje, 150 mm/s izrada
5 mm/s
Prosječna potrošnja:
80W (PLA), 120W (ABS)
39

40. Softver
• Dizajn 3D objekta
– Mogude je koristiti bilo koji program za 3D
modeliranje koji dizajn može pohraniti u
standardnom STL formatu
– FreeCAD (http://www.freecadweb.org/)
• Priprema modela za ispis
– Rastavljanje 3D modela na slojeve uz definiranja
parametara izrade sloja
– Slic3r (http://slic3r.org/)
• Kontrola pisača
– Pronterface (http://reprap.org/wiki/Printrun)
40

41. Materijali
• PLA (PoLylactic Acid): biorazgradiv, proizveden
polimerizacijom kukuruznog škroba, osjetljiv
na povišenu temperaturu i vlagu, krut
41

42. Materijali
• ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) – ekološki
manje prihvatljiv od PLA, u odnosu na PLA veda
čvrstoda, elastičnost, bolje podnosi povišenu
temperaturu i vlagu. Kod ispisa zahtijeva više
temperature glave i radnog stola, podložan
deformacijama.
42

43. • Drvo – čestice drva
(40%) pomiješane s
polimernim vezivom.
Ispisani predmet na
izgled, opip i miris
pruža osjedaj drveta.
Temperatura ispisa
određuje boju.
43

44. • Kamen – čestice
kamena pomiješane s
polimernim vezivom.
Ispisani predmet na
izgled, opip i miris
pruža osjedaj kamena.
Temperatura ispisa
određuje finodu
površine.
44

45. •
•
•
•
•
FlexPLA – elastični PLA, svojstva slična gumi
Polistiren
Najlon
BendLay – prozirni materijal sličan pleksiglasu
Thermochrome EcoPLA – iznad 29oC postaje
proziran
...
• Novi materijali pojavljuju se svakodnevno
45

46. ZAKLJUČAK
46

47. • 3D pisači sada su na razini kao kad su se u
području klasičnog 2D ispisa pojavili dostupni
tintni pisači.
• Tako je bilo s vedinom tehnologija koje danas
koristimo: računala, pisači, mobilni telefoni, ...
47

48. Budućnost stolnih pisača
• Pisači s više glava
– Ispis više različitih materijala ili više boja
– Uređaji ved postoje
• Masovna proizvodnja
– Uzrokovati de pad cijene
• Pad cijene i dostupnost nekih od tehnologija
ispisa (kao što je pojavom jeftinih tintnih
pisača s vremenom pala cijena laserskih)
• ??? Vidjeti demo ...
48

49. Korisni linkovi
MendelMaxPRO
• http://www.mikroelektronika.hr
Projekt RepRap
• http://reprap.org/
Korisne informacije
• http://www.3ders.org/
• http://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing
Online usluge 3D ispisa
• http://www.shapeways.com/
• http://i.materialise.com/
49

50. Hvala na pažnji !
50