Mitä on 3D-tulostus?

3D-tulostamisella tarkoitetaan virtuaalisen mallin valmistamista fyysiseksi esineeksi 3D-tulostimen avulla.  Eri tekniikoita ja materiaaleja esineen valmistamiseksi on useita. Erona perinteiseen koneistukseen 3D-tulostamisessa lisätään valmistettavaan esineeseen materiaalia eikä poisteta sitä. 3D-tulostamista käytetään hyvin yleisesti esim. prototyyppien valmistukseen teollisuudessa, koska yleensä hyvin nopeasti päästään testaamaan miltä oikea suunniteltava  fyysinen esine näyttää ja tuntuu. Muita käyttökohteita ovat esim. korujen valmistus, arkkitehtuurin pienoismallit ja hammasimplanttien sekä erilaisien proteesien valmistus.

3D-tulostaminen alkaa siitä, että mallinnetaan haluttu esine 3D-piirtämisen mahdollistavalla ohjelmalla. Mallinnettu esine tallennetaan tiedostomuotoon, jota esineen viipaloimiseen käytettävä ohjelma ymmärtää. Tulostimen omalla tai kolmannen osapuolen ohjelmalla esine viipaloidaan saman suuruisiin poikkileikkauksiin  ja näin saadaan tulostimelle ohjeet kuinka esinettä lähdetään muodostamaan. Ohjelmasta joko lähetetään ohjeet tulostamiseen suoraan tulostimelle tai sitten ne viedään tulostimelle esim. muistitikulla.

3D-tulostustekniikat

Pursottaminen

Pursottavat 3D-tulostimet pursottavat tulostettavaa materiaalia kuuman suuttimen läpi. Esinettä lähdetään muodostamaan ohuina kerroksina ajamalla esineen leikkauksen rataa pitkin. Kerroksen valmistuttua joko alustaa lasketaan tai suutinta nostetaan. Näin esine alkaa muodostumaan hiljalleen. Pursotuksessa materiaalina on hyvin yleisesti muovit kuten PLA (Polytactic acid) ja ABS (Acrylonitrile butadiene styrene) ja niitä on saatavilla useina eri väreinä. Muodostuneesta esineestä yleensä erottaa tulostetut kerrokset poimuisena pintana. Kuitenkin mitä ohuempia kerroksia tulostetaan, sitä ”siistimpi” esineestä tulee. Kerrosten vahvuudet liikkuvat yleensä välillä 0.1 – 0.5 mm.

Jauheisten materiaalien sitominen

Jauheita sitovat 3D-tulostimet levittävät jauheen tulostusalustalle tai pedille. Esine muodostetaan kerros kerrokselta sitomalla jauhe halutuista kohdista esim. sulattamalla halutut kohdat yhteen laserilla, kuumalla ilmalla tai suihkuttamalla liimaa haluttuihin kohtiin. Sidotun kerroksen jälkeen alustaa lasketaan ja ja levitetään uusi kerros jauhetta. Tätä jatketaan kunnes haluttu esine on muodostettu. Tämän jälkeen ylimääräinen jauhe poistetaan esineen ympäriltä. Liimaavissa tulostimissa on yleensä mahdollista samalla tulostaa värit kappaleeseen.

Laminointi

Laminoivissa 3D-tulostimissa ohuista materiaalilevyistä leikataan esineen poikkileikkausviipaleen muodot ja sen jälkeen niitä aletaan kiinnittämään päällekkäin liimaamalla tai muulla tekniikalla. Materiaalina voi olla paperi, metalli ja muovi.

Stereolitografia

Stereolitografiassa 3D-tulostin muodostaa esineen nesteestä. Yksi tapa tehdä esine näin on laskea tulostustasoa nestetankissa kerroksittain samalla kun esineen muodot valotetaan nesteeseen, jolloin valotetut kohdat kovettuvat. Lopuksi ylimääräinen neste imetään tankista ja jäljelle jää tulostettu esine. Toinen tapa on esimerkiksi suihkuttaa nestettä tasolle kerroksittain oikeisiin kohtiin ja heti perään kovettaa jokainen kerros esim. UV-valolla. Näillä menetelmillä pystytään muodostamaan hyvin tarkkoja esineitä. Kerrosvahvuus voi olla jopa niin pieni kuin 16 µm.