Velkoplošný 3D tisk zahrnuje celou řadu technologií a materiálů a našel uplatnění v mnoha oborech. Ve skutečnosti je definice „velkého“ relativní a neexistuje žádný pevný standard. Obecně řečeno, domy, lodě a velký nábytek jsou velké položky. Velkoplošný 3D tisk se postupně stal hlavním proudem na trhu, protože výrobci, umělci a podniky volí 3D tisk, aby splnili své potřeby ve velkém měřítku. Vývojáři krok za krokem prorážejí velikost 3D tiskáren, prolamují technické hranice a tisknou další a větší produkty. Jaké jsou tedy oblasti použití velkoplošného 3D tisku? A co velké 3D tiskárny?
Velikost produktu často závisí na technologii a materiálech a je nutné najít rovnováhu mezi přesností a velikostí, což činí výběr správné 3D tiskárny klíčovým faktorem úspěchu. Software také hraje důležitou roli při vytváření velkých produktů, protože nejlepším způsobem tisku velkých objektů je často tisknout je po částech a sestavovat je. Mezi produkty s 3D tiskem ve velkém měřítku patří, ale nejsou omezeny na následující položky:
● Displeje, rekvizity a značení
● Domy a architektonické prvky
●Průmyslové a kovové díly
●Nábytek a vozidla
△Centrum pro biodiverzitu Naturalis v Nizozemsku má vlastní laboratoř 3D tisku a použilo dvě 3D tiskárny Builder Extreme 1500 Pro k výrobě repliky Tyrannosaura rexe
●Muzeum dinosaurů bez Tyrannosaura rexe rozhodně není skutečným muzeem! Na základě 3D skenu skutečné fosílie T. rex vytisklo Japan Dinosaur Museum 3D 12-metr dlouhou, 5-metr vysokou repliku jako velkou část vytištěnou pomocí dvou velkoformátových aplikací Builder Extreme 3D tiskárny využívající plastové vlákno PLA.
●Kurátoři muzeí, návrháři filmových scén a rekvizit, zábavní parky, výrobci konferenčních displejů a displejů pro světové výstavy atd. si také vybírají velkoformátové 3D tiskárny pro urychlení výroby. Kromě rychlosti a cenových výhod hraje roli také počítačově podporovaný design (CAD) software Skvělý efekt, již není potřeba žádná umělá socha nebo sekundární tvorba. Navíc je k dispozici široká škála materiálů, od ultralehké pěny až po extrémně odolný nylon plněný uhlíkovými vlákny.
△Umělec překrývá sádru přes 17-stopu vysokou repliku Michelangelova Davida vytištěnou na 3D tiskárně vytvořenou pro Expo 2020 Dubaj
●Tento 17-nohu vysoký Michelangelův David vytištěný na 3D tisku byl představen na výstavě Expo 2020 v Dubaji za účelem propagace cestovního ruchu ve Florencii. Je nemožné, aby dostatečně velká polymerová 3D tiskárna vyrobila jedinou repliku v ultra jemných detailech, takže byla rozdělena na 14 tisknutelných částí a poté sestavena ručně, přičemž mramorovaný exteriér byl ručně malován. Uvnitř 3D tištěného Davida je příhradová síťová struktura, která pomáhá udržet jeho hmotnost na pouhých 550 kg, a přesto je dostatečně pevná, aby se dala správně zabalit a odeslat.
△Německá společnost Styles Werbetechnik používá velkoplošné FDM tiskárny Tractus3D k výrobě světelných nápisů rychleji než tradiční metody
●Styles Werbetechnik, německá společnost vyrábějící nápisy, zvolila k výrobě venkovních nápisů technologii velkoplošného 3D tisku. Společnost chtěla nejen urychlit výrobu, ale také chtěla dělat dopisy interně, než se spoléhat na standardní návrhy dopisů od zámořských výrobců. Společnost říká, že použití polymerového FDM tisku nabízí neomezené možnosti designu pro výrobu tvarovaných písmen. Například hloubka písmen pro světelné nápisy je u tradičních metod omezena na minimálně 60 mm, ale u 3D tisku ji lze snížit na 30 mm. Mohou také běžet večer a o víkendech, což zrychluje výrobní časy, protože 3D tiskárny není třeba během procesu obsluhovat.
△ Smithsonian Museum 3D vytisklo 120 soch ženských vůdců v oblasti STEM v životní velikosti
V roce 2022 otevřel Smithsonian Institution ve Washingtonu, DC výstavu na poctu vědkyním, včetně 120 3D tištěných soch v životní velikosti. Nazývá se „IfThenSheCan – The Exhibit“ a jde o dosud největší sbírku ženských soch, z nichž každá byla vytištěna pomocí technologie FDM.
domy a architektonické prvky
Pokud jde o rozsáhlé projekty 3D tisku, projekty bydlení jsou samozřejmě nepostradatelné. Zatímco jen málo budov je tištěno výhradně 3D (často vyžadují nebo obsahují konstrukční podpory, jako je ocelová výztuž nebo tradiční dřevěné konstrukce), 3D tisk může sloužit díky své rychlosti, úspoře práce a strukturální odolnosti. Pro dům a hotel. Očekává se, že globální trh stavebního 3D tisku v příštích pěti letech poroste o téměř 20 procent.
●Dvoupatrovou budovu na obrázku níže společně dokončily architektonické a inženýrské společnosti Hannah a Cive a Peri 3D Construction, které dodaly 3D tiskárny. Dům o velikosti 4000-čtverečních stop byl prodán anonymnímu zájemci a jeho dokončení bude trvat celkem dva roky. Portálová tiskárna Cobod Bod2 od Peri, přední tiskárna v architektuře 3D tisku, se používá k vytlačování specializovaných betonových směsí k vytváření schodišť a dalších funkčních konstrukcí a na tomto projektu bylo vytištěno celkem 330 hodin.
obrázek
△První plně 3D tištěný dvoupatrový dům ve Spojených státech se nachází v Houstonu
●Kromě stavby budov se 3D tiskárny široce používají pro architektonické prvky, včetně fasád a historických prvků pro restaurování, a pro interiérový design, včetně stěn, displejů a předělů místností. Existují dokonce 3D tištěné podlahy, 3D tištěné mosty a 3D tištěné umělé korálové útesy. Materiály podobné betonu nejsou jedinou možností ve stavebnictví, roli hrají i polymery. Branch Technology se specializuje na velkoplošný 3D tisk s využitím robotických extrudérů polymerů a vytváří vše od soch po vesmírná stanoviště. Jeho inovativní systém stavebních panelů s názvem BranchClad otevírá nové možnosti pro fasády budov. Stačí se podívat na měsíční povrch nainstalovaný na operační straně nového vesmírného tábora US Space and Rocket Center (níže). Fasády, vytvořené pomocí digitálních skenů měsíce, vykazují úžasnou věrnost měsíčnímu povrchu. Pozitivní forma lunárního vzoru byla 3D vytištěna a poté natřena štukovým materiálem.
obrázek
△Nová 3D tištěná měsíční stěna společnosti Branch Technology je instalována na straně nového provozu vesmírného tábora US Space and Rocket Center
Průmyslové a kovové díly
obrázek
△Kovová 3D tiskárna Stargate společnosti Relativity Space
●Výrobce raket Relativity Space tvrdí, že jeho 3D tištěná raketa Terran 1 je největší jednotlivou 3D tištěnou konstrukcí všech dob, je 35,2 metru vysoká a 2,3 metru v průměru. Raketa nové generace společnosti Terran R je stejně velká. Oba jsou 3D vytištěny na proprietární kov pomocí firemní 3D tiskárny Stargate, využívající technologii robotické řízené depozice energie. Společnost Relativity Space uvedla, že schopnost rakety odolat stresu při startu byla obrovskou výhrou, což demonstrovalo strukturální integritu její metody 3D tisku z kovu.
obrázek
△Nizozemská královna Maxima oficiálně otevřela kovový 3D tiskový most MX3D.
●Kovový most přes amsterdamský kanál navržený laboratoří Jorise Laarmana vytiskl MX3D pomocí technologie aditivní výroby robotického oblouku. 12-metr dlouhý „chytrý most“ z nerezové oceli obsahuje vestavěnou síť senzorů, která pomáhá amsterdamským výzkumníkům studovat roli systémů IoT v zastavěném prostředí. Struktura, vyvinutá pomocí generativního návrhu a technik optimalizace topologie, je extrémně lehká. Most MX3D také předvádí použití kovového 3D tisku v umění a sochařství.
●Níže je další MX3D tisk nainstalovaný umělci Mariagrazia Abbaldo a Paolo Albertelli v Turíně, italské královské zahradě. Socha o hmotnosti 880 kg, nazvaná „Whale Passage“, zobrazuje ploutve velryby procházející ze země. Všechny modely vyrobené během tohoto projektu byly vytištěny 3D.
obrázek
△ „Whale Pass“ byl navržen Mariagrazia Abbaldo a Paolo Albertelli a 3D vytištěn společností MX3D
●Velký kovový 3D tisk lze použít v mnoha průmyslových odvětvích, přičemž společnosti v námořním průmyslu, ropném a plynárenském průmyslu a těžkém stavebním průmyslu jsou schopny vyrábět velké díly rychleji, často přímo na místě. Například lodní vrtule níže byla 3D vytištěna pomocí technologie WAAM za účelem vytvoření téměř čistého tvaru, který byl poté obroben na přísnější tolerance. V tomto případě WAAM nahrazuje kování a lze jej provádět blíže k místu, kde je potřeba, s použitím menšího množství surovin.
obrázek
△Tato lodní vrtule je jedním z prvních příkladů průmyslové aplikace technologie WAAM
●Kov pro 3D tisk může také snížit hmotnost dílů, protože 3D tisk může produkovat tvary, kterých nelze dosáhnout kováním nebo odléváním. Část podvozku letadla (níže), o rozměrech 455 x 295 x 805 mm, je podle výrobce tiskáren SLM Solutions první 3D vytištěnou částí na světě s laserovou práškovou fúzí. Nejen, že je díl o 15 procent lehčí než tradiční kované díly, ale tato technologie také zkracuje dobu obrátky. Vzhledem k tomu, že součást je součástí systému, který přenáší zatížení z kol na konstrukci letadla, je vyrobena z titanu kvůli pevnosti. Výběr materiálů dává dílu silné mechanické vlastnosti a zároveň je odolný proti korozi bez nutnosti nátěru, vytištěno pomocí čtyřlaserové tiskárny SLM 800 3D. "Aditivní výroba pomáhá šetřit čas ve fázi kvalifikace a certifikace tím, že rychle dodává díly k testování. Jsme schopni vyrobit hlavní komponenty během několika dnů, použití procesu kování trvá několik měsíců."
obrázek
△3D tištěné díly předního podvozku pro soukromé tryskáče
3D tisk velkých forem pro odlévání kovových dílů je důležitou aplikací velkoplošného 3D tisku. U kovových průmyslových dílů, které se musí odlévat, je krok výroby formy pracný a časově náročný. S pískovými 3D tiskárnami mohou výrobci 3D tisknout pískové odlitky a formy přímo, aniž by potřebovali modely v plném měřítku. Voxlejet VX4000 je největší světová 3D tiskárna pro lití do písku a využívá technologii pojiva k výrobě nejen obrovských forem, ale tisíců z nich v jediném tiskovém procesu.
obrázek
△ Tiskárna Voxlejet VX4000 (zdroj: Voxeljet)
nábytek a vozidla
obrázek
△Židle vyrobená z jednoho kusu pomocí 3D tiskárny WASP.
●Interiéroví designéři také postupně volí velkoformátový 3D tisk k realizaci složitých návrhů a použití unikátních materiálů. Nejčastěji používanými materiály pro 3D tištěný nábytek jsou polymery, zejména recyklované plasty, ale lze použít i beton a kov. Tato školní lavice velikosti dítěte v Gambii (níže) je příkladem 3D tisku, který řeší praktickou potřebu. Lehký a odolný, tento design může být vyroben z recyklovaného plastu, což také řeší problém plastového odpadu. Model byl vytištěn na 3D tiskárně Magnum v The Industry Sweden v plastu PETG, běžně používaném v nápojových lahvích.
obrázek
△ Prototypové stoly pro testování konceptu 3D tištěného školního nábytku v Gambii, případně s použitím recyklovaného plastu
●Existuje nespočet příkladů krásných 3D tištěných židlí a stolů, včetně krásné kolekce konferenčních stolků NYXO Visionary Design (níže) vyrobených z lehké pěnové PLA vytištěné na 3D tiskárně Colossus XS.
obrázek
△Série sochařských stolů Primavera byla navržena dubajskou architektonickou a produktovou firmou NYXO Visionary Design a vytištěna pomocí ColorFabb PLA na tiskárně Colossus XS (zdroj: Colossus)
Do Guinessovy knihy rekordů se jako největší 3D tištěná loď a dosud největší fyzicky 3D tištěný objekt zapsala 3D tištěná loď na obrázku níže, která je dlouhá 7,72 metru. Loď byla vytištěna v roce 2019 Centrem pro pokročilé struktury a kompozity na University of Maine. Je vyrobena z plastu a dřevěné celulózy. 3D tisk trval pouhých 72 hodin a váží 2,2 tuny.
obrázek
△Plně 3D vytištěná loď v životní velikosti vyrobená Univerzitou v Maine
●Výrobci jízdních kol si také zvolili technologii 3D tisku k řešení problémů se svařováním ve svém výrobním řetězci. Jednodílný 3D tištěný rám nejen šetří čas, ale umožňuje nové stupně volnosti návrhu neomezené konstrukčními spoji. Výrobce kol vyrobil modely z titanu, oceli a kompozitů z uhlíkových vláken. Elektrokolo s ocelovým rámem níže od Urwahn bylo sériově vyráběno pomocí kovového 3D tisku, aby bylo dosaženo rovnováhy formy, funkce, lehké konstrukce a materiálů. Speciální elastické prvky zadní části zavěšují zadní kola a vytvářejí nový typ jízdního komfortu, zatímco ocelový rám integruje motor a baterii, říká společnost.
obrázek
△Urwahnovo 3D tištěné elektrické kolo s ocelovým rámem
Návrhářské tipy a software pro velké tisky
obrázek
△ 30-vysoká 3D tištěná socha se skládá z 365 jednotlivých 3D tištěných dílů a tisk každé části trvá 28 hodin na 55 3D tiskárnách
Jednodílný 3D tisk je často ideální, protože eliminuje montážní práci, urychluje výrobu a zlepšuje strukturální integritu, protože zde nejsou žádné švy ani povrchy. Pokud je však vytištěný objekt tak velký, že jej potřebujete rozdělit na více částí, jak rozdělíte model na 3D tisky?
●Pro dokončení velkého 3D tisku můžete model rozdělit přímo v CAD softwaru (jako je Fusion360 nebo Solid Works), což má tu výhodu, že vám umožní navrhnout některé pomůcky pro montáž a vyrovnání, jako jsou hřebíky, hrbolky a drážky, rty, nebo otvory a štěrbiny;
●Pokud se chystáte pouze slepit velké předměty nebo použít šrouby (pouze pro pevnější materiály, jako je nylon plněný uhlíkovými vlákny), můžete štípání přenechat nástroji na krájení, jako je Cura. Segmentace je rychlá a automatizovaná pomocí síťových nástrojů Cura;
● Při ručním segmentování digitálního modelu se vyhněte přímému procházení oblastí detailů nebo oblastí podpory. vyvarujte se štěpení v nejslabším místě konstrukce,
Konkrétně ty oblasti, které jsou mnohem tenčí než zbytek modelu.
Špičková velká 3D tiskárna
obrázek
△ GEFERTEC Arc60x WAAM Metal 3D Printer (Zdroj: Gefertec)
Pokud chcete použít 3D tiskárnu k vytváření dílů, jako jsou velké plastové díly, rekvizity a nápisy, můžete použít velkoformátové filamentové 3D tiskárny, které jsou v podstatě stejné jako stolní filamentové tiskárny. Některé tiskárny mohou tisknout s odolnými materiály technické kvality.
Pokud chcete být větší než největší FDM tiskárny (plus 1 600 x 1 200 x 1 300), budete potřebovat 3D tiskárnu s robotickým ramenem, robotické rameno s extruderovou hlavou připojenou ke konci. Lze je umístit na kolejnice nebo nadzemní portál, takže teoreticky je možné tisknout na velikost dostupných kolejnic. Guinnessův světový rekord pro největší 3D tiskárnu je portálová vytlačovací hlava na University of Maine, která může dosáhnout rozměrů 30,000 x 6700 x 3,000 mm. Tato tiskárna však není na prodej. Další výhodou tiskáren s robotickým ramenem je, že často tisknou pomocí polymerů v ekonomičtější formě pelet
Pryskyřičné 3D výtisky obecně nemohou být větší než 1,000 mm, s několika výjimkami, jako jsou Kings 1700 Pro a 3D Systems ProX 950 kvůli extrémně dlouhé době tisku. Pryskyřice obvykle trvá déle než FDM.
obrázek
△Středně velká 3D tiskárna na beton vyniká ve velkoformátových uměleckých aplikacích
Betonové 3D tiskárny jsou prosperujícím trhem nejen pro stavbu domů, ale pro jakýkoli typ betonového bednění, nábytku, stavebnictví a dokonce i květináče a sochy. 3D tisku velmi velkých kovových dílů se často dosahuje pomocí techniky 3D tisku s řízenou depozicí energie, jako je výroba aditiv v elektrickém oblouku (WAAM). Tyto metody využívají 3D tiskovou hlavu upevněnou na robotickém rameni, která má široký dosah a je omezena pouze velikostí ramene.
