FDM je metoda 3D tisku, při které se pomocí trysky nanáší materiál do tvaru tisknutého objektu po jednotlivých vrstvách. V současné době se jedná o jednu z nejpoužívanějších technologií 3D tisku. Touto výrobní metodou lze vyrábět jak nejrůznější prototypy, náhradní díly, personalizované výrobky, dětské hračky, upomínkové předměty, různé drobnosti do domácnosti, které nejdou normálně koupit. V průmyslu se tyto technologie používají na výrobu různých přípravků, atypických nebo modifikovaných součástí s výrazně nižšími náklady než u běžné průmyslové výroby.

^[1] Technologie 3D tisku pomocí vytlačování materiálu tryskou je zde již několik desetiletí. Hlavním průkopníkem ve světě byla firma Stratasys, která až do počátku tohoto tisíciletí držela patentová práva k tomuto druhu tisku. Jedním z průkopníků zavádění této technologie na komerční bázi byla firma MCAE systems, s.r.o.^[2] z Brna, která tiskárny této značky dodávala na český trh včetně spotřebního materiálu. V této době se tisklo prakticky jen z ABS a jako podpůrný materiál se používal HIPS, který se z tisku dá vymývat za pomoci chemikálie s názvem Lemonsol. V této době bylo nákladné vlastnit 3D tiskárnu a tisk byl také poměrně drahý.

Po vypršení patentových práv kolem roku 2003 se začaly rozvíjet amatérské pokusy o napodobení této metody tisku za cenově příhodnějších podmínek a vznikly projekty typu RepRap. Jedním z průkopníků byl Josef Průša, který se touto technologií zabýval již v době studií. Byl nadšeným průkopníkem mezi amatérskými tiskaři a jeho rozhodnutí založit firmu PrůšaResearch^[3] bylo významným činem v jeho úsilí přinést tuto technologii v podobě a cenové hladině přístupné běžné veřejnosti. S rozvojem 3D tisku cenově dostupného široké mase lidí se rozvinula kultura DYI nebo též Makerství - dokonce jsou pořádány veletrhy a to i v ČR - MakerFaire^[4]. Tento veletrh ukazuje možnosti, jak mohou lidé tvořit zajímavé věci za pomoci 3D tisku, stavby elektronických zapojení a vzájemného kombinování.

Tiskárna je vlastně CNC stroj, který místo odebírání materiálu z daného polotovaru materiál vytlačuje tryskou a tryska se přitom pohybuje dle předem připraveného programu. Konstrukce tiskáren má 3 základní varianty:

• Kartézské – u tiskárny se podložka pohybuje v ose Y a vozík s extrudérem v osách X a Z – nejznámější výrobci a značky jsou PrůšaResearch, BambuLAB řada A, Creality, Anet, kutilské projekty Voron, RepRap a spoustu dalších – v hobby sféře je to nejčastější konstrukce
• CORE-XY (někdy označované jako CUBE design díky svému rámu) – jedná se o variantu předchozího uspořádání - tisková hlava se pohybuje v rovině XY a podložka se pohybuje v ose Z – typické např pro značky BambuLAB řada P a X, MakerBOT^[5], DaVinci, MarkForged^[6], Ultimaker, některé modely značky Creality, z novinek např. PrůšaXL^[7] – u této konstrukce lze díky krabicovitému rámu dosáhnout větších rozměrů tiskového prostoru – např ULTIMAKER představil před příchodem COVID-19 na MSV2018 v Brně tiskárnu s rozměry tiskového prostoru 1000x1000x1000 mm. Dnes se dají zakoupit tiskárny o velikosti tiskového prostoru cca 800x800x1000 mm.^[8]
• DELTA – tisková podložka je pevná pohybuje se pouze hlava a to na 3 svislých pojezdech – tento způsob je náročnější na výpočty pohybů – v této konstrukci se prodává např. řada Z od firmy MakerBot
• Zvláštní konstrukce – bývají založeny na průmyslových robotech nebo konstrukčně vychází z portálové frézky (varianta využívaná pro tisk domů ze speciálního betonu)

Také se rozlišuje dle konstrukce extrudéru (tiskové hlavy) na:

• Direct extruder – podávací mechanismus je součástí vozíku s tiskovou hlavou – nutnost pro elastické materiály TPU/TPE, přesnější posuv tiskové struny, je nutná robustnější konstrukce pojezdů
• Bowden extruder – motor podávání je oddělen od tiskové hlavy a je s ní spojen PTFE trubičkou pro vedení filamentu – tisková hlava je lehčí a umožňuje tisknout vyšší rychlostí, typická konstrukce pro tiskárny typu DELTA

Touto metodou se dá tisknout z plastu, betonu, čokolády^[9], ale i z kovu^[10] – zde je materiál nanášen v podobě kompozitní struny (kovový prášek ve speciálním pojivu) a následně je pomocí slinovací pece vypáleno pomocné médium a kov je spojen do kompaktní hmoty.

V poslední době je na trhu dostupných čím dál více tiskáren s rozšířením MultiMaterial – ať je to se systémem výměny filamentů nebo vícenásobných hlav – obě metody umožňují tisknout vícebarevné modely. Další možností je že z jedné trysky jde stavební materiál a z druhé podpůrný materiál. Také je možná varianta tisku např pevný materiál jako je ABS a v kombinaci s TPU/TPE materiálem.

Typickými materiály z kategorie plastů jsou např: ^[11]

• PLA – jeden z nejpoužívanějších materiálů, vyrábí se ze škrobu
• PET – materiál ze kterého se vyrábějí např. PET láhve na nápoje, vyniká chemickou odolností, existuje varianta PET-G která má vhodnější vlastnosti pro tisk
• ESD PET-G – vodivý materiál k tisku součástek pro odvod statického náboje
• PEEK – materiál s vysokou teplotní odolností (250 °C), vyžaduje zvláštní podmínky pro tisk (tisková teplota 400 °C, teplota tiskového prostoru 120 °C), materiál se v běžné výrobě používá pro namáhané autosoučásti
• ABS – jeden z široce používaných plastů, vyrábí se z něj např. LEGO kostky – vyznačuje se poměrně dobrou mechanickou odolností
• ASA
• PA – jedná se o nylon/silon – materiál je mechanicky odolný, ale potřebuje vyladit tiskové nastavení, aby byly výtisky kvalitní
• PC - velmi odolný plast
• PP
• PEI
• TPU/TPE – vytištěné díly jsou pružné, existuje v různých tvrdostech
• PVA nebo HIPS – rozpustné materiály používané pro tisk podpůrných konstrukcí

Pro tisk se také využívají kompozitní materiály, jako je např:

• WOODFIL – materiál PLA s přídavkem dřevěných pilin různých dřev – po vytištění objekt vypadá, jako by byl dřevěný
• METALLFILL – PLA s přídavkem kovového prášku – povrch vypadá jako např. z mědi, bronzu nebo hliníku
• Plaster – filament na bázi PLA s přídavkem sádry
• ONYX – materiál firmy MARKFORGED – jedná se o kompozit z PA6 – nylonu a stříže z uhlíkových nanovláken

Zmíněný tisk z betonu je využíván pro tisk budov – je to poměrně rychlá metoda stavby se kterou se v poslední době experimentuje po celém světě – hrubou stavbu běžného přízemního bungalovu lze postavit za 1 den. Do stavby jsou v průběhu tisku vkládány dodatečné kovové elementy a výztuže, pro tisk samotný se využívá speciálně modifikovaný rychletuhnoucí beton. Tento je kontinuálně připravován v připojeném zařízení.

Příkladem je např. tištěný dům PRVOK^[12] vytištěný v ČR.

 

Do tištěných modelů a konstrukcí umí některé značky a typy tiskáren vkládat vnitřní výztuže – např skelné vlákno, kevlarové vlákno nebo uhlíkové vlákno – touto funkcí disponují například vyšší modely tiskáren MarkForged řady ONYX.

Data pro 3D tisk metodou FDM potřebuje připravit data ve formě programu s instrukcemi pro pohyb tiskové hlavy, posun materiálové struny, nastavení a kontrolu teploty hlavy a podložky případně i výměnu materiálů. Tyto data jsou pro většinu těchto tiskáren potřebná v podobě tzv. G-kódu. Tento jazyk je používán také u CNC obráběcích strojů a pokud se podíváme na 3D tiskárnu z hlediska konstrukce, tak se vlastně o CNC stroj jedná.

Někteří výrobci hotových řešení si ale formát přenosu dat do tiskárny chrání a tisková data mají zašifrována a je nutné používat jejich software pro přípravu tiskového programu.

Tisková data se vytvářejí z 3D modelu, který je možno získat buďto modelováním v příslušném programu (CAD – Thinkercad, SolidWorks, Autodesk Invertor, CATIA a další, různé programy pro tvorbu 3D grafiky – např: Blender, 3DMax, ZBrush a spousta dalších) nebo stažením z dnes již poměrně snadno přístupných serverů na internetu.

Zdrojem dat pro tisk je 3D model většinou ve formátu STL nebo OBJ. Tento model použijeme v programu typu SLICER (CURA, Slicer3D, Lychee Slicer, a další), který má profil pro používanou 3D tiskárnu a dostaneme soubor ve formátu G-code, který nahrajeme do tiskárny (Flashdisk, SD karta, síťové připojení), do tiskárny zavedeme filament a spustíme tisk.