Tehnologia de imprimare 3D a ajuns în prezent să aibă un impact semnificativ asupra diverselor industrii, de la sisteme de securitate și supraveghere publică până la sectorul medical. Nici rolul său în domeniul roboticii și conducerii autonome nu poate fi neglijat. Printarea tridimensională este o tehnologie apărută în 1980, atunci când un doctor japonez, Hideo Kodama, a obținut primul brevet pentru prototipare rapidă. 

În funcție de scopul pentru care se apelează la imprimare 3D sunt necesare în principiu 3 etape principale:

• Scanarea (reprezentare digitală formată dintr-un nor de puncte care vor recrea formele într-un program special)
• Proiectarea (crearea unui obiect tridimensional de la zero, care mai apoi să fie printat sau modificarea unuia scanat în prealabil)
• Imprimarea (realizarea propriu-zisă a obiectului pe care ne-am propus să-l creăm)

Ce este o imprimantă 3D? 

Imprimarea 3 D, cunoscută și sub denumirea de fabricație aditivă, este un proces de fabricație în care o imprimantă 3D creează obiecte tridimensionale prin depunerea materialelor strat după strat în conformitate cu modelul digital 3D al obiectului. 

Imprimanta 3D este un dispozitiv ce realizează obiecte fizice depunând pe o suprafaţă de lucru straturi succesive de pulbere, fiecare strat având o grosime de aproximativ 0,1 mm. Un cap de imprimantă pulverizează după fiecare depunere, un jet fin de adeziv, jet de adeziv ce solidifică punctual pulberea astfel încât să fie respectat conturul tridimensional al obiectului.

Majoritatea modelelor de imprimante 3D se conectează prin USB la calculator, însă există și modele care pot fi accesate prin wi-fi. 

Cum funcționează o imprimantă 3D?

Dacă înțelegi modul de funcționare al unei imprimante normale cu jet de cerneală, atunci este destul de ușor să înțelegi cum funcționează o imprimantă 3D. La fel cum o imprimantă de documente necesită un document digital (un fișier PDF sau DOC) pentru imprimare, imprimantele 3D necesită un program de tip CAD (Computer Aided Design), de proiectare a obiectelor 3D, precum: Solidworks, Catia, Inventor etc.

Poți folosi de asemenea un scanner virtual (prin care se copiază structura unui obiect existent). Un scanner 3D realizează o copie digitală a unui obiect, care odată introdusă în imprimanta 3D prin intermediul unui computer, poate crea o replică exactă a obiectului inițial. 

După obținerea modelului, acesta trebuie importat într-un program care are rolul de a transpune obiectul în instrucțiuni pe care imprimantele 3D le pot executa (de exemplu Cura, Slic3r etc.). După ce ai salvat designul digital, computerul va prelucra fișierul și va fi pregătit pentru imprimare. Poți modifica setările la fel ca și cum modifici setările într-o imprimantă cu jet de cerneală normală. 

Spre deosebire de imprimanta 2D tradițională, care folosește două consumabile – hârtia și cerneala – imprimanta 3D folosește doar materialul din care este creat obiectul final. În cazul modelelor de prototipare rapidă FDM (Fused Deposit Modelling) se creează obiecte tridimensionale prin extrudarea termoplastică a filamentelor.

O altă modalitate de creeare a unui obiect prin intermediul unei imprimante 3D este întărirea unui material fotosensibil folosind raze ultraviolete. Acest proces se numește stereolitografie și implică topirea unei pulberi fine de material folosind raze laser. Indiferent de procesul de imprimare, compunerea obiectului final se face strat cu strat.

În funcție de modelul obiectului și materialul cu care imprimanta creează obiectele, imprimanta 3D trebuie încărcată cu suficient material. Într-o imprimantă normală cu jet de cerneală, obișnuiești să cumperi periodic cartușe de cerneală. Într-o imprimantă 3D, cumperi filamente din materiale diferite. Filamentele servesc drept „cerneală” pentru imprimantele 3D.

Așa cum imprimanta trandițională cu jet de cerneală creează un document prin depunerea de cerneală pe o hârtie, așa imprimantă 3D creează un obiect fizic prin depunerea multor straturi de materiale pe un pat de imprimare. În general, există mai multe opțiuni de imprimare 3D, folosind o mare varietate de materiale, inclusiv materiale plastice, nailon, metal și lemn.

Datorită tipurilor diferite de materiale ce pot fi utilizate dar și datorită rapidității și exactității procesului, tehnologia de printare 3D își găsește aplicabilitatea într-o arie extinsă de domenii cum ar fi: inginerie, industria auto, industria dentară și medicală, arhitectură, construcții, industria filmului și scenografie, restaurare și digitalizare opere de artă, industria vestimentară, industria bijuteriilor sau industria de jucării.

Exemple de imprimare 3D

Imprimarea 3D permite chiar oamenilor obișnuiți să producă cu ușurință obiecte din confortul propriilor case, chiar dacă utilitatea cea mai mare este în domeniul manufacturii. Imprimarea 3D cuprinde multe forme de tehnologii și materiale, așadar iată câteva exemple de produse care se pot crea cu o imprimantă 3D:

• produse dentare
• ochelari
• modele de scară arhitecturală și machete
• proteze
• obiecte de design interior (lămpi, mobilier etc)
• reconstruirea fosilelor în paleontologie
• replici de artefacte antice în arheologie
• reconstruirea oaselor și a părților corpului în patologia criminalistică
• reconstituirea probelor puternic deteriorate preluate de la locul crimei

Avantajele imprimării 3D

Imprimarea 3D poate avea diverse avantaje față de procesele de fabricație tradiționale precum turnarea prin injecție. Deși, modelarea prin injecție este o tehnică excelentă pentru fabricarea obiectelor în volume mari, pentru producția în masă la scară largă, tipărirea 3D este mai potrivită pentru prototipare la scară mică, datorită acestor avantaje:

Producție mai rapidă – Imprimarea 3D poate fi mai rapidă ca și proces atunci când vorbim de un număr de produse mici, decât unele procese convenționale, cum ar fi turnarea prin injecție.

Ușor accesibil – Imprimarea 3D a devenit accesibilă și utilizatorilor obișnuiți, fără cunoștințe tehnice, deoarece există o mare varietate de imprimante și pachete software (multe chiar open-source).

Produse de calitate mai bună – Imprimarea 3D oferă o calitate constantă a produsului. Atâta timp cât modelul este corect și potrivit pentru scopuri și se utilizează același tip de imprimantă, produsul final va fi întotdeauna de aceeași calitate.

Proiectarea și testarea produsului – Imprimarea 3D este unul dintre cele mai bune instrumente pentru proiectarea și testarea produselor. Oferă oportunități de proiectare și testare a modelelor pentru a permite rafinarea cu ușurință.

Eficiența costurilor – Imprimarea 3D poate fi un mijloc de producție rentabil. Odată ce modelul este creat, procesul este de obicei automatizat, iar deșeurile de materii prime tind să fie limitate.

Diversitatea modelelor  – Posibilitățile de imprimare 3D sunt aproape nelimitate. Atâta timp cât poate fi proiectat în CAD și imprimanta este suficient de mare pentru a imprima produsul, diversitatea modelelor este enormă.

În viitor, tot ceea ce avem nevoie ar putea fi fabricat chiar de noi. Să presupunem că într-o zi, observi că s-a defectat o componentă a unui electrocasnic, care trebuie schimbată. Acest lucru va putea fi rezolvat prin simpla căutare pe internet a acelei componente, descărcarea ei și printarea ei cu ajutorul unei imprimante 3D.