Zatímco dostupnost stolního FDM/FFF tisku je dnes velmi příznivá díky pádu cen i šířce nabídky pro uživatele všech zaměření, konstruktéři 3D tiskáren se vrhají na dalších inovací a přidávání funkcí. Ladem nezůstává ani možnost vícebarevného a vícemateriálového tisku, která je tu sice s námi už hezkých pár let, dosud však obnášela příliš mnoho kompromisů pro masovější rozšíření. Pozornost se však v následujících měsících upře právě sem.
Tisk s více než jedním materiálem je snem mnoha uživatelů stolního 3D tisku. Souběžný tisk více barvami přináší vizuálně působivější modely. Hodit se může i využití více materiálů s různými fyzikálními vlastnostmi v jediném výtisku, včetně tisku rozpustných podpor, které u tvarově velmi složitých modelů usnadňují postprodukci. Namísto odlamování podpor poznamenávajících povrch výtisku podpory jednoduše rozpustíte.
Kromě nových možností však vícebarevný tisk až příliš často přinášel uživatelům i nechtěné kompromisy – vyšší cenou tiskárny počínaje a nižší kvalitou (mnohem déle tisknutého) výtisku konče. Dvěma hlavními metodami vícemateriálového stolního 3D tisku jsou dnes:
- využití dvou (i více) samostatných tiskových hlav,
- míchání materiálu s výstupem jedinou tryskou.
Více hlav více ví?
Využití více tiskových hlav je nejčastějším přístupem, přímo těží z léty osvědčeného mechanického přístupu. Každá z trysek nanáší jinou barvu či jiný materiál, pohyb hlav je nejčastěji buď zcela závislý (hlavy společně na jednom pojezdu, s konstantním rozestupem), nebo částečně závislý (jedna hlava zaparkuje, druhá pracuje ve zbylém prostoru). Z podstaty věci je tak ale tiskový prostor zmenšen o šířku přídavné tiskové hlavy.
Velkou výzvou pro uživatele je u této metody také nutnost velmi precizní kalibrace, jinak je tisk nesourodý, druhá tryska může zasahovat do již vytištěné části modelu, natavovat již hotové vrstvy apod. Jedna z tiskových hlav je aktivní, zatímco druhá čeká. Materiál však nelze udržovat nahřátý delší dobu – dochází k jeho degradaci a ucpání trysky, nechtěnému spouštění horkého materiálu na model apod. Trysku je tak nutné při každé změně z aktivní na neaktivní (a naopak) během tisku zchladit, před použitím opět zahřát, očistit (přes čisticí hranu, kartáč či s pomocí paralelně tisknutého čisticího sloupku) – a teprve poté může zpět tisknout model. Což je nejen časově velmi náročné, ale zároveň vede i k vyšší spotřebě materiálu. Kromě tisku modelu je spotřebováván i během čištění.
Další obtíží tohoto přístupu je vyšší hmotnost více tiskových hlav. Vyžaduje masivnější mechanické provedení tiskárny, které ale znamená také větší mechanické rázy při vyšším zrychlení/zpomalení a změně směru tiskové hlavy, které se mohou projevit (a v praxi viditelně projevují) i na výtisku. Z tohoto důvodu je nezřídka nutné přistoupit k výraznému snížení tiskové rychlosti a akcelerace hlavy, tím ale dále narůstá celková doba tisku. Konstruktéři tak přicházejí s lehčími a menšími extrudery, motor se z tiskové hlavy (přímé podávání struny) přesunuje na pevnou kostru tiskárny a materiál je podáván přes vodicí trubičku (bowden). Což ale přináší další kompromisy – například u obtížnějšího tisku pružných materiálů. Oproti jednohlavému tisku tak přibývá řada konstrukčních výzev.
Máte rádi míchanou?
Stále oblíbenější je mezi konstruktéry míchání barev a výstup taveného materiálu jedinou tryskou. Odpadá složitá kalibrace soutisku více trysek, celé řešení je o něco subtilnější. Před konstruktéry však vyvstávají jiná problematická místa. Různé barvy či dokonce materiály s různými vlastnostmi se rychle střídají a míchají v jediném hot endu, dochází k jejich vzájemné kontaminaci a ucpávání při sebeméně nesprávném nastavení. I zde je zpravidla souběžně s modelem tištěn i čisticí sloupek, který slouží k vyčištění materiálu před návratem trysky na model.
Hot end umožňující míchání dvou či více materiálů má také složitější geometrii – a tedy je vyžadován vyšší tlak pro extruzi tavených polymerů. Současně se snižuje efekt retrakce (zatažení) struny, aby tryska nespouštěla ve chvíli, kdy se nenanáší materiál, ale hlava jen pojíždí (přesunuje se) nad modelem. I u této metody tak konstruktéři často řeší nejednu obtíž, která se u jednomateriálového tisku nevyskytuje. Musí je ale překonat, chtějí-li se svým uživatelům nabídnout dlouhodobě spolehlivé, snadno ovladatelné a dostupné řešení, schopné kvalitou konkurovat jednomateriálové tiskárně.
Na co se můžeme těšit?
Již dnes najdete na českém trhu zajímavé stolní 3D tiskárny, které umožňují vícebarevný a vícemateriálový tisk. Z podstaty věci jsou složitější a také dražší, ale i zde je jasně vidět příznivý vývoj. Ze zpráv, které máme od distributorů a prodejců, je navíc jasné, že další se zanedlouho na českém trhu objeví. Rádi vás o nich budeme informovat i zde na portálu 3D-tisk.cz.
Že se vícebarevného tisku brzo dočká i reprapová komunita, naznačuje i nedávný tweet Josefa Průši, jehož rodina tiskáren Prusa i3 si dnes nachází uživatele v 90 zemích světa.
https://twitter.com/josefprusa/status/771408270544240640
Zdá se, že podzim bude letos o dost barevnější – díky 3D tisku.
