3D tisk, označovaný také jako aditivní výroba (Additive Manufacturing, AM), představuje soubor technologií umožňujících vytváření fyzických objektů postupným nanášením materiálu ve vrstvách. Terminologie i klasifikace procesů jsou standardizovány normou ISO/ASTM 52900:2021, která definuje základní principy a rozdělení technologií aditivní výroby.

Mezi nejrozšířenější metody patří FDM (Fused Deposition Modeling), spadající do kategorie material extrusion, a SLA (Stereolithography), řazená mezi vat photopolymerization [1].

Princip technologie FDM

FDM je založeno na extruzi termoplastického materiálu ve formě filamentu, který je zahříván nad teplotu tání a následně ukládán tryskou na tiskovou podložku.

Klíčové vlastnosti:

• Materiály: PLA, ABS, PETG, PA (Nylon)
• Teplota zpracování: 180–260 °C
• Tloušťka vrstvy: 0,1–0,3 mm
• Klasifikace dle ISO/ASTM 52900: material extrusion

Proces zahrnuje:

• tavení polymeru
• řízenou extruzi
• ochlazení a difuzní spojení vrstev

Mechanismus spojení vrstev je popsán teorií polymerní difuze a re-entanglementu řetězců [2].

Princip technologie SLA

SLA využívá kapalnou fotopolymerní pryskyřici, která je selektivně vytvrzována pomocí UV záření.

Klíčové vlastnosti:

• Materiály: epoxidové a akrylátové resiny
• Vlnová délka UV: typicky 355–405 nm
• Tloušťka vrstvy: 0,025–0,1 mm
• Klasifikace dle ISO/ASTM 52900: vat photopolymerization

Proces je založen na radikálové fotopolymerizaci, kdy dochází k iniciaci, propagaci a terminaci polymerního řetězce [3].

Porovnání technologií

Mechanické vlastnosti a anisotropie

FDM výtisky vykazují výraznou anisotropii, která je důsledkem:

• nedokonalé adheze mezi vrstvami
• orientace tiskových drah

Pevnost v ose Z může být až o 30–50 % nižší než v rovině XY [4].

Naopak SLA vykazuje:

• vyšší homogenitu struktury
• ale nižší odolnost vůči rázovému namáhání

Přesnost a tolerance

Přesnost výroby je ovlivněna:

• průměrem trysky (FDM)
• velikostí laserového bodu / pixelu (SLA)

Norma ISO/ASTM 52902 se zabývá testovacími artefakty a hodnocením přesnosti AM procesů.

Postprocessing

FDM:

• odstranění podpor
• případné broušení nebo chemické vyhlazení

SLA:

• oplach v isopropylalkoholu
• dodatečné UV vytvrzení
• odstranění podpor

Postprocessing je kritický pro dosažení finálních vlastností, zejména u SLA [5].

Využití v praxi

FDM:

• funkční prototypy
• konstrukční díly
• nástroje

SLA:

• dentální aplikace
• šperkařství
• mikrokomponenty
• přesné modely

Závěr

Technologie FDM a SLA představují dva zásadně odlišné přístupy k aditivní výrobě, které se liší nejen principem, ale i výslednými vlastnostmi výrobků.

Z pohledu norem ISO/ASTM:

• FDM = material extrusion
• SLA = vat photopolymerization

Volba technologie by měla vycházet z požadavků na:

• mechanické vlastnosti
• přesnost
• ekonomiku výroby

📚 Reference

[1] ISO/ASTM 52900:2021 – Additive manufacturing — General principles — Fundamentals and vocabulary
[2] Bellehumeur, C. et al. (2004): Modeling of bond formation between polymer filaments in extrusion processes
[3] Jacobs, P. F. (1992): Rapid Prototyping & Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography
[4] Ahn, S.-H. et al. (2002): Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS
[5] Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B. (2015): Additive Manufacturing Technologies