Dacă ne uităm puțin în urmă, printarea 3D părea a fi ceva din domeniul SF care nu se va transforma în realitate foarte curând.

Totuși, în zilele noastre, această tehnologie inovatoare este într-o continuă dezvoltare, iar industriile care aleg să adopte soluțiile oferite de printarea 3D sunt din ce în ce mai multe.

Acum, când pare să fi devenit parte integrantă a vieților noastre, e important să înțelegem ce stă la baza printării 3D, care sunt avantajele și limitările pe care această tehnologie le are, ce materiale și softwares folosim și mai ales ce putem printa.

De ce este important? Pentru că o astfel de soluție poate fi răspunsul la o situație legată de producție pe care nu o puteai rezolva folosind tehnologii clasice sau o oportunitate de inovare.

1. BASICS

Ce este printarea 3D?

Printarea 3D este foarte populară în zilele noastre și asta pentru că  acoperă o serie de procese destinate producerii de piese sau ansambluri din diferite tipuri de materiale. Practic, printarea 3D transformă un design tridimensional într-un obiect fizic. Toate tehnologiile folosite pentru a printa 3D au în comun felul în care sunt produse aceste piese - mai exact prin suprapunerea de straturi de material care duc spre forma finală a obiectului printat. Printarea 3D este văzută ca fiind una dintre soluțiile care va avea un impact major asupra vieților noastre și ne va ușura și îmbunătăți totodată viața. E asemănată cu invenția becului sau a avioanelor din punct de vedere al impactului. Spre deosebire de orice alt proces de producție, prin intermediul printării 3D se pot adăuga straturi la o scară milimetrică. Acest aspect transformă printarea 3D într-o tehnologie care lasă loc inovației și permite reduceri de costuri de producție și a timpului de lucru.

Cum funcționează printarea 3D?

Procesul de printare 3D începe întotdeauna prin crearea unui model digital 3D, care reprezintă baza produsului ce urmează să fie printat.

În funcție de cât de complex este obiectul și de experiența celor care creează designul, există programe folosite pentru o complexitate ridicată, precum 3D CAD care e unul dintre cele mai folosite. La capătul opus sunt programe mai simple, ușor de folosit inclusiv pentru cei care experimentează pentru prima oară printarea 3D, poate chiar de acasă. Odată ce designul este pregătit, el va fi împărțit pe straturi, pentru a fi citit apoi de către imprimantă. Ulterior, are loc printarea folosind materialul ales și așezându-l strat cu strat conform modelului inițial. Diferența dintre tehnologiile folosite pentru a printa 3D provine atât din tipurile de materiale cât și modalitățile prin care acestea sunt procesate pentru a obține rezultatul final.

Cât de greu este să printezi 3d?

În ceea ce privește ușurința cu care se poate printa 3D, aceasta depinde de mai mulți factori. Unul dintre acești factori este, bineînțeles, complexitatea piesei care va fi printată printr-un astfel de proces. Există pixuri pentru imprimare 3D destinate copiilor, cu care aceștia pot să creeze diferite obiecte, într-un mod foarte simplu și sigur, fie folosind șabloane sau desenând liber. Totodată există și imprimante 3D foarte avansate care pot procesa modele complexe, chiar și de dimensiuni mari.

Un alt factor care influențează ușurința printării 3D o reprezintă și materialul folosit pentru a crea obiectul dorit. Se pot folosi fie materiale plastice, fie diferite tipuri de rășini care sunt topite pentru a fi ulterior așezate în straturi, dar și alte materiale pentru care procesul de printare diferă.

Ce este important de reținut e faptul că nu există imprimante universale, care să poată prelucra toate tipurile de materiale, ci imprimante dedicare anumitor tipuri de print. În plus, procesul premergător imprimării propriu-zise poate fi de multe ori destul de complicat, mai ales în partea de convertire a designului pentru a fi citit de către imprimantă.

Istoria printării 3d: Cine a inventat printarea 3d?

Printarea 3D a prins contur la finalul anilor ‘80 sub numele de prototipare rapidă pentru că așa era văzută la momentul respectiv - o modalitate rapidă de a obține prototipuri.

De-a lungul timpului, în dezvoltarea a ceea ce cunoaștem astăzi ca fiind printarea 3D au avut loc câteva evenimente de impact:

1. 1964 - Arthur C. Clarke - Prima menționare a funcționalității unei astfel de imprimante.

2. 1980 - Dr. Kodama - Prima aplicare pentru un patent pe partea de prototipare rapidă. Deoarece acțiunile necesare nu au fost finalizate în timp util, Dr. Kodama a pierdut patentul.

3. 1987 - Chuck Hull - Prima lansare a unei imprimante 3D bazată pe procesul de stereolitografie.

4. Anii ‘90 și 2000 - Apar o serie de tehnologii pentru printare 3D, precum FDM (Focused Deposit Modelling) sau SLS (Selective Laser Sintering), iar imprimantele folosite sunt foarte scumpe și destinate prototipării industriale.

5. 2009 - ASTM - A fost publicat primul standard cu privire la terminologia producției prin adiție. Asta transformă printarea 3D într-o adevărată industrie.

6. 2009 - RepRap Project - Este lansată prima imprimantă 3D la un preț accesibil.

Industria este într-o continuă dezvoltare și printarea 3D devine tot mai populară în rândul diferitelor industrii care produc materiale sau creează prototipuri, însă și în rândul celor care fac asta acasă, ca pe un hobby.

Printare 3d - Avantaje

Printarea 3D vine cu o serie de avantaje majore față de modalitățile clasice de fabricație în anumite industrii, chiar dacă nu le poate înlocui pe toate. Printre cele mai relevante avantaje ale printării 3D se numără:

Costuri reduse

Folosirea unei imprimante 3D pentru producția de piese poate aduce o eficientizare a costurile din mai multe perspective. În primul rând este vorba de reducerea costurilor cu forța de muncă - de cele mai multe ori, operarea unei imprimante 3D presupune apăsarea unui buton, asta dacă excludem partea de pregătire și postprocesarea. Totodată, atunci când vine vorba de prototipare, este mult mai convenabil să folosești o imprimantă 3D decât să o mașină CNC, de exemplu. O altă reducere de costuri apare și atunci când vorbim de costurile aduse de operarea și mentenanța imprimantelor 3D. Ele au un consum aproape la fel de redus ca cel al unui laptop, comparativ cu alte tehnologii unde consumul de energie este unul foarte ridicat.

Viteză de producție crescută

Comparativ cu variantele tradiționale de producție, prin printare 3D putem transforma un design în realitate în doar câteva ore. Există și proiecte care necesită un timp mai îndelungat, într-adevăr, însă atunci când este vorba de volume mici sau medii, printarea 3D este cu siguranță o soluție mult mai rapidă.

O mai mare libertate în zona de design

Când vine vorba de fabricare aditivă, modelele noi și inovative pot fi create cu o mai mare ușurință decât prin procedeele clasice de fabricare. Dispar limitările venite din cauza unghiurilor foarte înguste care necesitau instrumente speciale atunci când este folosită printarea 3D, datorită straturilor care pot fi așezate ușor unul peste altul, indiferent de formă.

Printare 3d - Limitari

Există și limitări pe care le are printarea 3D, chiar dacă mult mai puține decât alte procedee. Una dintre ele este faptul că piesele produse prin printare 3D au o rezistență mai scăzută din cauza stratificării. O altă limitare apare atunci când este vorba de cantități mari de produse printate 3D deoarece costul de producție crește foarte mult comparativ cu alte metode folosite. Acuratețea produselor printate 3D poate fi scăzută în cazul în care designul nu a fost suficient de bine calibrat pe imprimantă. Uneori pentru finisare sunt folosite mașini CNC tocmai pentru a crește acuratețea produsului finit.

Printare 3d versus turnare prin injecție

Atât printarea 3D cât și turnarea prin injecție sunt folosite în zona de producție și deși au fost considerate mult timp ca fiind în competiție, astăzi ele sunt uneori complementare. Printarea 3D ne permite să transformăm un design în produs în doar câteva ore, în timp ce turnarea prin injecție presupun un timp destul de îndelungat de producție.
Atunci când lucrezi cu un design care necesită modificări frecvente, cu siguranță printarea 3D este o alegere mai bună decât turnarea prin injecție. Pe scurt, printarea 3D este ideală atunci când este folosită pentru prototipare sau pentru volume nu foarte mari de producție, care e necesar să fie înlocuite sau modificate periodic.

Printare 3d versus tăiere CNC

Spre deosebire de printarea 3D care presupune adăugarea de straturi de material până la obținerea produsului finit, tăierea CNC este un proces invers - se pornește de la un bloc de material care este tăiat până la obținerea produsului.
Principalul avantaj al printării 3D este faptul că nu necesită unelte speciale și este o soluție atunci când metodele tradiționale nu reușesc să realizeze produsul solicitat.
Totodată, atunci când sunt folosite materiale care nu pot fi prelucrate cu ușurință de către mașinile CNC, e recomandată printarea 3D. 

Efectele printării 3D asupra economiei și a producției

Folosirea printării 3D la o scară din ce în ce mai largă are efect majore atât asupra producției cât și asupra economiei.
Când vine vorba de economie, există atât aspecte pozitive, cât și aspecte care pot să aibă un efect mai puțin pozitiv.
Un aspect de luat în calcul este reducerea numărului de exporturi și importuri, având în vedere că printarea se poate efectua la fața locului, în baza unui design transmis în prealabil și a setării imprimantei.
Pe de o parte pot apărea industrii și profesii noi în domeniul printării 3D, însă în același timp pot dispărea locuri de muncă, atunci când nu mai este nevoie de un număr mare de angajați pentru a folosi imprimanta.
La nivel global, poate cel mai important impact îl are în aducerea producției mai aproape de utilizatorul final, fapt ce reduce din restricțiile pe care le putem uneori întâmpina în lanțul de aprovizionare.
Cel mai probabil modalitatea de producere se va reinventa pentru anumite produse și vor apărea și produse noi.
În medicină printarea 3D a adus un val de inovații și cu siguranță vor apărea din ce în ce mai multe.

Printare 3D & copyright

Specialiștii în printare 3D sunt preocupați și de posibilitatea ca modelele digitale să fie piratate, având în vedere că ele sunt transmise online. Un design 3D poate fi reprodus fără a încălca drepturile de autor cu condiția ca el să nu fie ulterior folosit în scop comercial. Atât timp cât folosim un design pentru uz propriu sau în scop educațional, fără a avea orice fel de câștiguri materiale în urma utilizării lui, atunci nu încălcăm drepturile de autor.

2. TEHNOLOGII & PROCESE

De cate tipuri este printarea 3D?

Conform standardelor există mai multe tipuri de printare 3D, dintre care trei sunt cele mai folosite.

Imprimarea prin Extrudare (FDM - Fused Deposition Modeling) 

FDM este una dintre cele mai cunoscute și utilizate tehnologii de printare 3D, prin care filamentul de plastic este topit și ulterior depozitat, printr-un procedeu de extrudare și depus pe o platformă sau ceva similar uneia. Fiecare strat se întărește și se lipește de stratul următor, ducând astfel către forma finală a produsului. O limitare a procesului folosit în FDM este necesitatea unei structuri suport, fie dintr-un material care să poată fi spălat cu ușurință sau unul care să fie rupt ușor.

Cele mai utilizate materiale în FDM sunt ABS și PLA. Principalul avantaj este faptul că nu sunt folosite materiale toxice, ceea ce înseamnă că se poate folosi în siguranță și într-un birou, iar un alt avantaj îl reprezintă și prețul accesibil al imprimantelor.

Stereolitiografia 

Cunoscut ca primul proces de printare 3D, stereolitografia este folosită în continuare și în zilele noastre.
În stereolitografie este folosită o rășină fotosensibilă care se întărește atunci când este expusă la raze UV.
Piesele produse prin acest proces au o calitate foarte bună și o precizie foarte bună. Materialele pot fi găsite într-o varietate foarte mare.
La baza produsului se află o platformă care va coborî, pe măsură ce straturi noi vor fi adăugate, exact cu grosimea unui strat. Suportul folosit va fi eliminat ulterior.
Un dezavantaj al stereolitografiei poate fi considerată partea de postprocesare, însă de cele mai multe ori aceasta compensează prin calitatea foarte bună a produselor rezultate.

Expunerea digitală a luminii (DLP)

Similară cu stereolitografia, și DLP presupune folosirea de rășini polimerice lichide. În plus față de aceasta, folosește un cip sau mai exact o serie de oglinzi dintr-o matriță care ajută la modularea spațială a luminii, rapid.
DLP este unul dintre cele mai rapide procese de printare 3D, motiv pentru care este și popular.
La fel ca în cazul stereolitografiei, necesită un suport pe care urmează să fie așezate straturile de rășină și ulterior expuse la lumină.

3. MATERIALE

În procesele de printare 3D pot fi folosite o serie de materiale, unele la care ne așteptăm - plastic, metale, ceramice sau chiar beton, însă și materiale mai puțin de așteptat, precum hârtie sau materiale comestibile - da, chiar ciocolată.
Ele sunt fie sub formă de filament 3D, rășină lichidă sau sub formă de pudră și pot fi folosite în aproape toate tipurile de imprimante 3D.
Cel mai frecvent folosiți sunt, bineînțeles, polimerii și pentru fiecare tehnică e de preferat folosirea anumitor materiale.
Alegerea materialelor pentru printare 3D este foarte importantă și de ea poate depinde succesul unui întreg proiect.

Polimerii

Printarea 3D prin intermediul polimerilor aduce o mulțime de oportunități în domeniu și poate fi folosită atât pentru prototipuri, cât și pentru crearea diferitelor repere sau unelte. Materialele din familia polimerilor sunt:

1. Poliamidă (PA 11) - este folosită în tehnologii precum SLS (Selective Laser Sintering) și MJF (Multi Jet Fusion) la producerea de branțuri, balamale flexibile sau proteze.

2. Poliamidă (PA 12) - este folosită în tehnologii precum SLS (Selective Laser Sintering) și MJF (Multi Jet Fusion) la producerea de drone, conectori sau carcase.

3. Poliamidă umplută cu fibră de sticlă - este folosită în tehnologii precum MJF (Multi Jet Fusion) la producerea de carcase sau închizători.

4. TPU - este folosit în tehnologii precum MJF (Multi Jet Fusion), SLS (Selective Laser Sintering) sau FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/Fused Deposit Modelling) la producerea de încălțăminte, furtune și tubulaturi.

5. Peek - este folosit în tehnologii precum SLS (Selective Laser Sintering) sau FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/Fused Deposit Modelling) în domeniul medical sau electric.

6. ASA - este folosit în FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/Fused Deposit Modelling) la producerea de obiecte pentru exterior.

7. Polipropilenă - este folosit în tehnologii precum SLS (Selective Laser Sintering) sau FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/Fused Deposit Modelling) la producerea de ambalaje pentru mâncare sau produse mecanice care presupun un nivel scăzut de fricțiune.

8. Policarbonat - este folosit în FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/Fused Deposit Modelling) la producerea de suporți sau cleme.

9. ABS - este folosit în FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/Fused Deposit Modelling) la producerea de prototipuri și de jiguri.

Metale

Printarea 3D folosind metale este unul dintre cele mai complexe și dificile procedee. Sunt folosite în mare parte aliaje și rezultatul are o rezistență crescută, precum și diferite proprietăți termice.

1. Oțel inoxidabil - este folosit în tehnologii precum FFF/FDM (Fused Filament Fabrication/Fused Deposit Modelling) sau BJ (Binder Jetting) la producerea de unelte, miniaturi, mulaje, bijuterii.

2. Aluminiu - este folosit în tehnologii precum SLM (Selective Laser Melting) la producerea de componente și piese de schimb.

3. Titaniu - este folosit în tehnologii precum SLM (Selective Laser Melting) la producerea de implanturi sau bijuterii.

4. Oțel maraging - este folosit în tehnologii precum SLM (Selective Laser Melting) la producerea de componente pentru cuptoare și unelte.

5. Crom-cobalt  - este folosit în tehnologii precum SLM (Selective Laser Melting) la producerea de implanturi, piese pentru motoare sau cuptoare.

6. Tungsten - este folosit în tehnologii precum SLM (Selective Laser Melting) la producerea de greutăți.

Elastomeri de silicon

Acești elastomeri de silicon au o componență de 100% de silicon și sunt folosiți într-un interval foarte mare de temperatură - de la -30 de grade celsius, până la 180 de grade celsius, având și o rezistență ridicată la factori de mediu, chiar și la unii acizi.

Astfel de elastomeri de silicon sunt:

1. Silicon de duritate A15 pe scara Shore - este folosit în tehnologii precum SLA (Stereolitografie) pentru produse din domeniul audiologiei și dispozitive purtabile.

2. Silicon de duritate A35 pe scara Shore - este folosit în tehnologii precum SLA (Stereolitografie) la producerea de garnituri, proteze și sigilii.

3. Silicon de duritate A50 pe scara Shore - este folosit în tehnologii precum SLA (Stereolitografie) la producerea de proteze, gutiere, piese foarte mici.

4. APLICATII

Printarea 3D a pornit de la ideea de prototipare și nevoia de a găsi o modalitate prin care să poată fi dezvoltate cu ușurință și rapiditate anumite produse. În continuare, cel mai des este folosită printarea 3D pentru crearea de prototipuri în diferite industrii. Totuși, odată cu dezvoltarea proceselor de printare 3D și apariția unor noi soluții și tehnologii, un număr tot mai mare de industrii se bucură de beneficiile printării 3D, printre care următoarele industrii:

• Automotive

Zona de automotive a fost una dintre primele care a folosit printarea 3D inițial tot pentru prototipuri. În timp, producția a fost adaptată astfel încât printarea 3D să poată fi folosită în cât mai mulți dintre pașii procesului de producție. Se ia în calcul inclusiv producerea de piese de schimb la cerere, pentru a evita stocurile mari de produse.

• Medicală și dentală

Și zona medicală a adoptat destul de devreme printarea 3D și este cu siguranță una dintre industriile în care această tehnologie are un potențial foarte mare. De la coroane dentare, la aparate dentare, implanturi de genunchi sau șold, aparate auditive, branțuri ortopedice sau proteze personalizate, până la printarea 3D a pielii, oaselor și da, chiar și a organelor.

• Bijuterii

Procesul prin care sunt produse bijuteriile a fost întotdeauna unul complex și laborios, cu mulți pași care presupun fiecare o adevărată disciplină. Printarea 3D a venit să schimbe lucrurile cu scopul de a susține dezvoltarea acestei industrii. Îmbunătățește procesele clasice, vine cu noi designuri îndrăznețe și reduce numărul pașilor necesari producerii bijuteriilor.

• Aeronautică

O altă industrie în care printarea 3D și-a făcut loc încă de la început este cea aeronautică. Este o industrie în care se caută mereu inovația, iar printarea 3D este foarte potrivită. În același timp, cerințele foarte riguroase venite din partea industriei au dus la crearea de standarde în printarea 3D. Rolls Royce și Boeing sunt doar două dintre numele mari care folosesc printarea 3D cu succes.

• Arhitectură

Modelele 3D sunt o variantă foarte bună prin care arhitecții își pot prezenta proiectele, astfel încât ele să fie cât mai realiste și ușor de vizualizat de către clienți încă din faza incipientă. Unii arhitecți au dus lucrurile chiar mai departe și iau în calcul să printeze 3D clădiri în mărime naturală.

• Mâncare

Printre primele alimente printate 3D a fost ciocolata. Baza printării 3D în această industrie o are faptul că mereu va fi nevoie de mâncare și acest proces ar putea fi de folos în viitor. De-a lungul timpului s-a printat carne, la un nivel celular și pastele sunt printre cele mai recente alimente printate 3D. Pe lângă avantajul adus de rapiditatea prin care s-ar putea produce mâncarea, se mai ia în calcul și ideea de a echilibra cantitățile de nutrienți din alimente, direct prin printare 3D.

• Modă

O parte dintre accesoriile pe care le putem vedea în cadrul prezentărilor de modă sunt produse prin printare 3D. Chiar și o parte dintre hainele designerilor mai îndrăzneți au fost printate. Acest lucru a venit ca urmare a avansării tehnologiei și a faptului că rezoluția a fost mult îmbunătățită și materialele sunt mai diverse și mai flexibile.

• Arta

Nu în ultimul rând, este creată artă prin printare 3D. Mulți artiști au folosit această tehnologie în moduri cu adevărat surprinzătoare și inovatoare, găsind noi întrebuințări ale printării 3D. Inclusiv prodeceul de scanare și ulterior printare 3D a unor obiecte a dus la o reproducere mai ușoară a unor lucrări celebre, recente sau antice.

5. SOFTWARE

O parte importantă din procesul de printare 3D o reprezintă crearea designului și adaptarea lui la imprimantă. 

Pentru că rezultatul final depinde în foarte mare măsură atât de calitatea designului cât și de acuratețea cu care el este adaptat la imprimantă, este foarte importantă utilizarea unui software potrivit pentru imprimanta aleasă și pentru tipul de design ales.

Programele de tip CAD (Computer-aided design) sunt unele dintre cele mai des folosite pentru printare 3D și nu numai. Unul dintre cele mai cunoscute și des utilizate astfel de programe este AutoCAD, produs de către Autodesk, în special pentru uz profesional. Versatilitate e un cuvânt care ar descrie foarte bine felul în care funcționează AutoCAD-ul - este disponibil atât pentru Windows cât și pentru Mac, permite colaborarea la un design prin adăugarea de fișiere atașate sau comentarii. E ideal pentru proiecte foarte detaliate și permite modificări rapide.

Solidworks este o altă alegere populară în rândul designerilor 3D pentru că poate fi utilizat cu ușurință pentru design industrial, dar nu numai. E varianta perfectă pentru cei care își propun să inoveze și să folosească un software care vine cu o mulțime de caracteristici interesante și diferite față de alte programe de pe piață.

SketchUp este un software recomandat pentru arhitecți și permite transformarea modelelor în realitate foarte ușor.E recomandat pentru designeri care au nevoie să transforme proiectele în realitate repede și bine, folosind o interfață prietenoasă.

Rhinoceros este un software prietenos care oferă o mulțime de modalități de creare și modificare ulterioară a designurilor. E considerat a fi unul dintre cele mai capabile soft-uri pentru printare 3D .

Care este cel mai bun software pentru printare 3D? Depinde de caracteristicile fiecărui proiect în parte. Fiecare element are un impact asupra software-ului folosit, de la obiectul care urmează a fi printat 3D la tehnologia aleasă pentru printare și materialele folosit. Din fericire sunt foarte multe astfel de softwares dintre care putem alege și pe care de cele mai multe ori, le putem și testa gratuit.

6. DESIGN

Fie că vrei să experimentezi printarea 3D ca un hobby, fără a crea și un desing sau cauți un anumit design pe care ai nevoie să îl printezi, e bine de știut că există o serie de surse online unde poți găsi diferite matrițe sau designuri gata făcute, unele contra cost și altele gratuite.

Acest lucru este posibil datorită comunităților care susțin aceste surse fie prin încărcarea de designuri, fie prin plata și descărcarea acestora.

Ele se împart în surse pentru profesioniști precum Grabcad sau CG Trader, pentru creatori precum Cults 3D, 3DShook, Yeggi, 3Dexport și surse gratuite, cum ar fi MyMiniFactory sau Thingiverse.