náhled|166x166px|3D tiskárna Easy3DMaker náhled|Pyramida v Chitzén Itzá vytisknutá na 3D tiskárně náhled|Filament PLA od českého výrobce Plasty Mladeč náhled|Průběh 3D tisku FDM. Materiál je vytlačován z nahřáté trysky 3D tisk neboli aditivní výroba také inkrementální nebo přírůstková výrobní technologie (anglicky 3D printing neboli additive manufacturing (AM)) je proces tvorby třídimenzionálních pevných objektů z digitálního souboru (Additive Manufacturing File – AMF). V aditivních procesech je objekt vytvořen pokládáním souvislých vrstev materiálu, dokud není celý projekt dokončen. Každá z těchto vrstev může být považována za úzce rozříznutou horizontální sekci daného objektu. Z mechanismů 3D tisku také vychází technologie 3D per.
Historie Počátky technologie 3D tisku spadají do druhé poloviny 20. století, kdy si Chuck Hull nechal v roce 1986 patentovat technologii stereolitografie.THAYER, Jeffrey S. "Competitive Strategic Advantage Through Disruptive Innovation." [online]. c1984. Dostupný z WWW: <http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/10954/35749974.pdf>.US Patent 4,575,330 Tato technika spočívá v trojrozměrném laserovém tisku s využitím UV laseru a tekutého fotopolymeru. Ale už roku 1980 se pokusil podat patent Hideo Kodama.The history of 3d printer: from rapid prototyping to additive fabrication Před koncem 90. let pak Chuck Hull pod hlavičkou jeho nové firmy 3D Systems vytvořil první zařízení tisknoucí v 3D formátu pro širokou veřejnost, tzv. stereolitografický aparát SLA-1. V té době se tomuto zařízení ještě neříkalo 3D tiskárna, nicméně modely SLA se také staly základem vývoje dnešních 3D tiskáren či CNC strojů. SLA-1 byl využíván pouze beta zákazníky a postupně upravován až přišla na svět podoba SLA-250, která byla nabídnuta široké veřejnosti. StereoLithography Apparatus SLA-1 je doposud k vidění ve Fordově muzeu v Dearborn, Michigan.
Nástup konkurence na trh přinesl nové technologie, např. modelování depozicí taveniny (FDM, Fused Deposition Modeling) využívající termoplast či selektivní laserové spékání (SLS, Selective Laser Sintering) pracující s CO2 laserem a práškovým materiálem. Jednou z posledních technologií, které vstoupily na trh, je pak 3D tisk pomocí femtosekundových laserových svazků ve světlocitlivých materiálech (např. fotopolymerech).
3D Systems si však dlouho držela vedoucí pozici na trhu. Pro ukázku, do roku 1996 se po celém světě prodalo přes 600 různých přístrojů SLA.
V roce 1993 Massachusettský technologický institut (MIT) patentoval technologii trojrozměrných tiskařských technik, která pracovala s práškovým materiálem a tekutým spojovačem. Licenci k této technologii poté koupila firma Z Corporation a na její bázi započala vývoj 3D tiskáren jako takových.
Pojem 3D tiskárna tedy pochází až z druhé poloviny 90. let.
Počátkem roku 2012 bylo vynalezeno první 3D pero 3Doodler.
Je tedy zřejmé že 3D tisk ohraničuje více typů technologií.
Roku 2024 byl podíl Číny na 3D tisku více než 90 %.
Typy 3D tiskových technologií:
2PP – Two Photon Polymerization 3DGP - 3D Gel-printing ADAM – Atomic Diffusion Additive Manufacturing AME – Additively Manufactured Electronics BJT – Binder Jetting Technology CFF – Continuous Filament Fabrication DED-arc – Direct Energy Deposition - electric arc (použití elektrického oblouku jako zdroje tepla) DED-LB – Direct Energy Deposition - Laser Beam (použití laserového paprsku jako zdroje tepla) DIW – Direct Ink Writing DLF – Direct Laser Fabrication DLP – Digital Light Processing DLS – Digital Light Synthesis DMLS – Direct Metal Laser Sintering EBM – Electron Beam Melting FDM – Fused Deposition Modeling FFF – Fused Fillament Fabrication hyFAM – Hybrid Formative-Additive Manufacturing method IJ – InkJet LDA – Nozzle-based method laser deposit welding with wire LDED – Laser Direct Energy Deposition LENS – Laser Engineered Net Shaping LFAM - Large-Format Additive Manufacturing LMF – Laser Metal Fusion LOM – Laminated Object Manufacturing LPA – Nozzle-based method laser deposit welding with powder LPBF – Laser Powered Bed Fusion 1990 LPM – Layered Powder Metallurgy MAPS – Metal Additive using Polymer Sheets MEX – Material EXtrusion MJF – Multi Jet Fusion MJP – Multi Jet Printing MULTI JET MODELING optofluidic 3D micro/nanofabrication PBF – Power Bed Fusion PBF-LB/P – Powder Bed Fusion - Laser Beam/Polymer PBF-LB/M – Powder Bed Fusion - Laser Beam/Metal PBF-EB – Poewr Bed Fusion - Electron Beam POLYJET MATRIX PµSL – Projection Micro Stereolithography Rapid Freeze Prototyping RAD – Resonance-Assisted Deposition SIM – Sound Induced Morphogenesis SLA – Stereolitography apparatus SLE – Selective Laser Etching SLS – Selective Laser Sintering SLM – Selective Laser Melting SHS – Selective Heat Sintering VPP – Vat PhotoPolymerization
Průběh tisku K vytištění výrobku je potřeba několik kroků. Prvním je vytvoření 3D modelu. Je zde několik možností jak vytvořit 3D model – nejrozšířenější a i nejjednodušší je vymodelování 3D modelu v tzv. CAD softwaru, další způsob je použití 3D skener a poslední možností je použití obyčejné digitální kamery a fotogrammetrického softwaru. Vytvoření 3D objektu v CAD softwaru je celkem náročné a vyžaduje znalost daného softwaru, avšak uživatel si může se znalostí několika technik vytvořit téměř libovolný objekt. 3D skener je speciální zařízení, které umožňuje naskenovat danou věc v reálném světě a převést jí do digitální podoby, ale ta obsahuje chyby a proto se poté ještě musí upravit v CAD softwaru. V posledních letech se také vynořují takzvané „3D tržiště“, kde je možné stáhnout/koupit mnoho různých hotových 3D modelů, takže uživatel nemusí umět v CAD softwaru.
Poté, co je vytvořen/stažen 3D objekt může nastat fáze samotného tisku. Ale před tím se ještě musí provést převod 3D modelu do formátu STL nebo OBJ tak, aby ho software pro ovládání tiskárny přečetl. Dále se musí z formátu STL vytvořit samotné instrukce pro tiskárnu (pohyb motorů, ovládání trysky…). Tyto instrukce se nazývají tzv. G-kód (G-Code) a pro jejich vytvoření se využívají nejčastěji programy Skeinforge, Slic3r, Cura, atd. G-Code se pošle tiskárně, která pak daný objekt vytiskne.
Většinou se po výtisku ještě objekt upraví. Tyto úpravy zahrnují mimo jiné opilování, odlomení tzv. podpůrných konstrukcí (u technologie FDM) nebo třeba vyčištění (jiné technologie).
Trendy Po roce 2003, kdy byl vývoj technologie urychlen vypršením některých patentů, se objevuje nová technologie polyjet, která pracuje s polymerem, který v tenkých vrstvách pokládá na podložku. Hlavice taví plast ze zásobníku a dvojrozměrně ho pokládá na podstavec, který se pohybuje ve třetím směru. Z konkrétních materiálů se využívají akrylonitrilbutadienstyren (ABS), polylaktid (PLA) či polyethylentereftalát (PET).
V praxi je tato technologie vhodná i pro 3D tiskárny menších rozměrů, což dává předpoklady pro možnosti domácího nasazení. Technologie tisku roztaveným plastem jde současně s vývojem malých domácích 3D tiskáren, které jsou stále více v oblibě. Příkladem domácí tiskárny je RepRap, který je vyvíjen mezinárodní DIY/Maker komunitou a jeho kompletní návrh je volně k dispozici jako otevřený hardware. Lze tisknout i z kovu, skla či buněk.3D tisk ze skla, písku i kmenových buněk
Komerční vývoj a využití v České republice Komerční 3D tisk, jehož počátky sledujeme až do osmdesátých let 20. století, je dosud doménou zejména průmyslových firem a podstatná většina produkce 3D tiskáren na světě směřuje do oblasti vývoje prototypů. Největšími světovými výrobci 3D tiskáren jsou společnosti Stratasys a 3D Systems. V České republice byly první průmyslové 3D tiskárny instalovány v polovině devadesátých let brněnskou společností MCAE Systems, jejíž zařízení využívá například Škoda Auto, Tescoma nebo mnozí dodavatelé v automobilovém a leteckém průmyslu. V období největšího rozmachu osobního 3D tisku také v Česku vzniklo několik start-upů, jež vyvíjejí a vyrábějí své vlastní 3D tiskárny, mj. firmy Aroja, be3D nebo David Paškevič (3dsimo). 3D tiskárna Prusa i3, nesoucí jméno českého vývojáře Josefa Průši, je dosud nejoblíbenější osobní 3D tiskárnou na světě. Většinu aktivit v oblasti profesionálního 3D tisku v České republice od roku 2012 zastřešuje konzultant v oblasti aditivní výroby Jan Homola, zakladatel Klastru aditivní výroby, pořadatel největších středoevropských konferencí a výstav o 3D tisku „3D tisk - trendy, zkušenosti a obchodní příležitosti“ na Mezinárodním strojírenském veletrhu, výstavy 3Dexpo a vydavatel webu 3D-tisk.cz, jehož obsah je archivován Národní knihovnou ČR. 3D tisk jako službu při prototypování a malosériové výrobě poskytují i menší firmy.
Využití Navzdory velkému zájmu o technologie 3D tisku ze strany médií, jež informují zejména o okrajových a „populárních“ způsobech využití 3D tiskáren, jako je 3D tisk ve vesmíru nebo medicínské experimenty, spadá většina dosavadních aplikací do oblasti vývoje výrobků v průmyslu. Podle výzkumné organizace Gartner v roce 2014 tvořilo cca výrazně nadpoloviční většinu aplikací 3D tisku prototypování a vývoj výrobků.Gartner.com K prvnímu tisku ve vesmíru, konkrétně na nízké orbitě Země, došlo v listopadu 2014, kdy byly vytištěny první testovací vzorky na ISS. Využití 3D tisku pro produkční účely lze sledovat až přibližně od roku 2020, kdy se začíná objevovat širší spektrum komerčně dostupných výrobků využívajících technologii 3D tisku ve své konstrukci. Jedním z příkladů může být bezpilotní vírník ThunderFly TF-G2, který využívá dlouho diskutované vlastnosti 3D tisku, kterými je možnost snadné opravy a modifikovatelnosti konstrukce.
Velikostní extrémy Objekty s nejmenšími detaily vytvořené pomocí 3D tisku jsou v současné době vytvářeny pomocí laserové 3D litografie, konkrétně pomocí nelineární dvoufotonové absorpce intenzivního laserového svazku v světlocitlivé tekuté pryskyřici. Takto je možné vytvářet objekty se submikronovými detaily. První přístroje tohoto typu uvedla na trh firma Nanoscribe, jako spin-off z Technologického ústavu v Karlsruhe. Výzkum na Technische Universität Wien odhalil, že je možné vytisknout i objekty v nanometrových velikostech.
Druhým extrémem jsou stavby vytvořené 3D tiskem. Takto „vytisknuté“ domy mají nesporné výhody oproti domům klasickým. Například v čase stavby, kdy 3D tiskárně stačí rekordních 20 hodin k uskutečnění projektu. Dále také ušetření provozních nákladů, vzhledem k počtu lidí provádějících stavbu. Čínská firma WinSun v jednom dni vytiskla 10 jednopatrových domků. Použili při tom tiskárnu o rozměrech 10 metrů na výšku a 6,6 metru na šířku. náhled|Jezdecká postava, generála Laudona. Návštěvnické centru v Novém Jičíně (v domě kde Laudon zemřel), autentický obličej naskenovaný podle busty, kompletně vyrobeno pomocí 3D tisku. autor: Petr Podola
Prvním největším výtiskem v České republice je sousoší jezdecké postavy, „Generál Laudon na koni a pes“ nalézá se v expozici Laudonův dům v Novém Jičíně.
Zdravotnictví Vědci tisknou objekty podobné kostem a podařilo se již vytisknout umělou čelist a lidské ucho. Lékaři doufají, že technologie nakonec umožní upravit tiskárnu a zásobník tak, aby šlo tisknout „živé“ objekty. Šlo by o vrstvy ze skutečných buněk, které by po nanesení zůstaly funkční. K tomuto postupu by se používala náplň z embryonálních kmenových buněk. Tento materiál je však vysoce citlivý a tak je potřeba tisknout v prostředí, které je pro tento typ buněk uzpůsobeno. Tato technologie by otevřela cestu k vytváření celých orgánů pro transplantace.
Spotřební zboží Aktuálním trendem v tomto oboru je tisk nejen surovin, ale už i celého pokrmu. Tento projekt rozvíjí i NASA. Astronauti by se měli dostat k chutnému, výživnému a snadno připravitelnému jídlu. Předpokládá se využití několika náplní, které se na sebe postupně navrství až do konečné podoby.