W latach 2012 – 2016 czołowe firmy produkujące niskobudżetowe, desktopowe drukarki 3D, budowały swoje strategie sprzedażowe i marketingowe w oparciu o bardzo proste i chwytliwe hasło: „drukarka 3D w każdym domu”. Założyciel i wieloletni CEO MakerBota – Bre Pettis głosił, że „każdy jest makerem” i będzie wytwarzał rzeczy samodzielnie w pieleszach domowych. Ostatecznie nic z tego nie wyszło – część firm stawiających na domowych użytkowników zbankrutowała, część skierowała swoją ofertę w stronę przemysłu i użytkowników profesjonalnych. Bre Pettis od wielu lat jest poza branżą druku 3D i coraz mniej osób pamięta o jego istnieniu.
Nie oznacza to jednak, że rynek domowych, amatorskich drukarek 3D umarł – wprost przeciwnie, dziś jest to jedna z sił napędowych całego rynku druku 3D na świecie, a najlepszym dowodem na to są sukcesy firm pokroju PRUSA Research, czy niezliczonych chińskich producentów w rodzaju Anet, Creality lub Monoprice. Drukarki 3D znalazły swoją niszę – całkowicie odmienną od początkowych założeń ewangelistów konsumpcyjnego druku 3D w postaci wspomnianego Bre Pettisa, Brooka Drumma czy Avi Reichentala. Korzystają z nich pasjonaci nowych technologii, hobbyści i majsterkowicze, dla których samo drukowanie przestrzenne stoi na równi z samodzielnym złożeniem drukarki 3D oraz jej późniejszych modyfikacjach.
Kluczem okazała się jak zawsze cena – zarówno pięć-sześć lat temu jak i dziś, wydatek rzędu kilku-kilkunastu tysięcy złotych na w pełni złożone, zautomatyzowane i wyposażone w całą masę funkcjonalnych gadżetów urządzenia (komunikacja WiFi, kamera video, automatyczne ładowanie filamentów zamkniętych w kartridżach), był i jest po prostu niemożliwy do osiągnięcia. Tymczasem drukarkę 3D w zestawie do samodzielnego montażu można od dwóch lat kupić za mniej niż 1000 PLN (nawet za niespełna 500,00 PLN), co sprawia, że stać na nią praktycznie każdego.
Ma to swoje dobre i złe strony… Dobra jest oczywiście taka, że coraz więcej osób poznaje możliwości technologii przyrostowych, zwiększa swoje umiejętności i kompetencje w zakresie budowy i obsługi maszyn oraz uczy się projektowania przestrzennego. Zła jest taka, że czasami sprzęt naprawdę podłej jakości trafia w ręce osób całkowicie do tego nieprzygotowanych, co może w skrajnych przypadkach prowadzić do poważnych problemów, a nawet zagrożenia życia lub zdrowia. Te ostatnie przypadki to oczywiście ekstrema, dotykające osób nie stosujących się do elementarnych zasad bezpieczeństwa lub całkowicie pozbawionych wyobraźni, niemniej jednak – takie rzeczy już się zdarzały…
ZOBACZ: 17-latek ginie w eksplozji wywołanej zapłonem oparów sprayu do włosów, którego używał w swojej drukarce 3D
ZOBACZ: Drukarka 3D po raz kolejny oskarżona o morderstwo
ZOBACZ: Krótka historia o wygładzaniu wydruków 3D w oparach acetonu i próbie spalenia sobie kuchnii
Podczas naszych szkoleń, prezentacji i wykładów, zawsze powtarzamy jedną i tą samą rzecz: drukarki 3D to nic innego jak urządzenia elektroniczne dedykowane do robienia określonych rzeczy – w ich przypadku, tworzenia trójwymiarowych obiektów metodą przyrostową przy użyciu określonych materiałów. To po prostu kolejne narzędzie pracy, takie samo jak wkrętarka, lutownica, szlifierka czy frezarka CNC. Nie należy traktować ich w jakiś specjalny sposób – a równocześnie w pracy z nimi należy stosować się do tych samych zasad, które można zawrzeć w trzech punktach:
- zawsze trzeba wiedzieć co się robi
- zawsze trzeba myśleć co się w danej chwili robi
- zawsze trzeba uważać na to co się robi.
Poniżej prezentuję listę 5 rzeczy, na które trzeba zwracać szczególną uwagę podczas pracy z amatorskimi drukarkami 3D. Cztery pierwsze dotyczą najpopularniejszej metody przyrostowej – FDM / FFF (druk 3D z termoplastów w formie żyłki), w piątym opisuję specyfikę pracy z zyskującymi coraz większą popularność żywicami światłoutwardzalnymi.
1. Urazy mechaniczne
Tanie, amatorskie drukarki 3D mają otwartą konstrukcję, co oznacza, że wszystkie elementy są w zasięgu ręki użytkownika, czyli można wszędzie niepotrzebnie włożyć ręce. Chociaż wydaje się to na pierwszy rzut oka poważnym problemem, w rzeczywistości bardzo trudno jest doznać jakichś poważniejszych urazów mechanicznych ze strony drukarki 3D. Elementami ruchomymi są głowica drukująca poruszająca się standardowo albo w osiach XY albo osiach XZ oraz stół roboczy poruszający się odpowiednio w osi Z lub Y. Są one napędzane zwykłymi silnikami krokowymi o (relatywnie) niewielkiej sile i mocy, przesuwając elementy ruchome za pomocą gumowych lub plastikowych pasków oraz w przypadku poruszania się w osi Z – śrub.
Pierwsza zasada bezpieczeństwa mówi, że jeżeli mamy w maszynie jakiś element ruchomy, to nie powinniśmy wkładać w jego pobliże rąk. Jeżeli z różnych powodów postanawiamy zignorować tą zasadę i manewrować rękami lub palcami w obrębie ruchomej głowicy i stołu roboczego, istnieje niebezpieczeństwo, że nasze kończyny trafią w niewłaściwe miejsce w niewłaściwym czasie i nasza dłoń lub palce zostaną przytrzaśnięte.
Zła wiadomość jest taka, że jeśli do czegoś takiego doszło – jesteśmy po prostu głupi. Takich rzeczy się nie robi i jeżeli zostalibyśmy na czymś takim przyłapani w dużej, poważnej firmie produkcyjnej stosującej się do zasad bezpieczeństwa certyfikowanych przez ISO, bez względu na ewentualne obrażenia mielibyśmy z tego powodu problemy u pracodawcy.
Dobra jest taka, że najprawdopodobniej nie odniesiemy z tego powodu żadnych poważnych obrażeń – siła silników krokowych jest względnie niewielka i poza stłuczeniami, zdartym naskórkiem lub w skrajnych przypadkach skaleczeniem, nic więcej nie powinno się stać. Nie należy bynajmniej tego lekceważyć – piszę to bardziej w takim celu, żeby nie zakładać równocześnie, że drukarka 3D złamie nam rękę lub urwie palce. Może to spowodować obrażenia, z tym że nie powinny być one fatalne i nieodwracalne w skutkach.
Paradoksalnie większą krzywdę możemy sobie zrobić, gdy wydruk się skończy i drukarka 3D się zatrzyma… Specyfika druku 3D z termoplastów jest taka, że dolna powierzchnia wydruku (czyli pierwsza warstwa), powinna jak najlepiej przywrzeć do stołu roboczego, aby nie odkleić się od niego lub nie odkształcić. Po skończonej pracy należy go od niego oderwać za pomocą szpachelki. I tu mogą pojawić się problemy – jeżeli wydruk przywrze zbyt mocno, będziemy uderzać / podważać go z dużą siłą, aż w końcu ustąpi. Wtedy ostrze szpachelki zostanie pchnięte przez nas z impetem do przodu i… dobrze żeby po przeciwległej stronie nie było naszej ręki przytrzymującej wydruk lub stół, ponieważ możemy się nią bardzo mocno zranić. Chociaż często bywa to trudne, zawsze obydwie ręce powinny być po tej samej stronie uchwytu szpachelki – a nie jedna ręka po przeciwległej.
Druga rzecz na jaką należy uważać, to usuwanie struktur podporowych do czego najczęściej używamy cążek, nożyków lub innych ostrych narzędzi. Tego typu praca ma niewiele wspólnego z samym procesem druku 3D, ale jest jego integralną częścią. Trzeba na to po prostu bardzo uważać.
Mógłbym na koniec napisać coś o używaniu rękawiczek ochronnych pokrytych od spodniej części warstwą gumy, ale zdaję sobie sprawę, że i tak nikt nie będzie ich używał… A szkoda.
2. Oparzenia
W drukarce 3D typu FDM / FFF gorące są dwa elementy: głowica drukująca oraz stół roboczy (chyba że zakupiliśmy urządzenie bez podgrzewanego stołu roboczego). W typowo amatorskich drukarkach 3D głowica drukująca rozgrzewa się do temperatury 190-220°C (PLA i kompozyty oparte o to tworzywo) lub 240-280°C (ABS, PETG, HIPS, nylon oraz wszystkie inne materiały specjalne / inżynieryjne). Stół roboczy rozgrzewa się do 60-70°C (PLA, PETG) lub 80-110°C (pozostałe tworzywa).
Dotykanie rozgrzanej głowicy drukującej podczas pracy drukarki 3D jest nieuzasadnione i praktycznie niemożliwe – chyba że ktoś ma po prostu zamiar świadomie się oparzyć na podobnej zasadzie jak wkłada się ręce w ognisko, trzyma je nad płonącym palnikiem gazowym lub zalewa wrzątkiem. Czasem bywa jednak tak, że głowica drukująca się zatka i trzeba będzie ją odkręcić w celu udrożnienia. Niestety jej demontaż musi się zawsze odbywać „na gorąco” – tutaj niezbędne są rękawice ochronne, najlepiej pokryte na spodzie dłoni grubą warstwą gumy. Nie wyeliminuje to w stu procentach poparzenia, ale uchroni nasze palce przed przypadkowym kontaktem skóry z kawałkiem metalu rozgrzanego do temperatury +200°C.
W przypadku rozgrzanego stołu roboczego należy po prostu uważać i starać się go nie dotykać. Do istotnego (zauważalnego) oparzenia może dojść tak naprawdę tylko w przypadku rozgrzania stołu powyżej temperatury 70°C, ale bez względu na to, należy być ostrożnym. Dobra wiadomość jest taka, że rozgrzany stół roboczy nie pozostawi blizny (chyba że ktoś zdecyduje się go trzymać przez kilkadziesiąt sekund) – głowica drukująca już jednak tak.
3. Awarie sprzętu
Kupowanie drukarki 3D w formie zestawu do samodzielnego montażu ma jedną istotną zaletę i jedną istotną wadę… Zaletą jest to, że jest tani – producent dostarcza nam po prostu zestaw części, bez ponoszenia kosztów montażu (również i koszty transportu są niższe, ponieważ otrzymujemy mniejsze pudełko niż w przypadku złożonego urządzenia). Wadą jest to, że urządzenie musimy samodzielnie złożyć – i nie chodzi tu o nasze zdolności manualne, lub czas potrzebny na montaż. Większym problemem jest to, że kupując komplet części producent udziela nam gwarancji jedynie na ich poprawne działanie – to czy po złożeniu drukarka 3D będzie działać jak trzeba zależy już od nas samych…
Jeżeli ktoś składa drukarkę 3D pierwszy raz w życiu – i jest to w ogóle pierwszy raz, gdy ma do czynienia z montażem / pracą przy sprzęcie elektronicznym, istnieje spore ryzyko, że zmontuje coś nie do końca zgodnie ze sztuką, lub po prostu źle…
Największe niebezpieczeństwo związane z pracą ze źle złożoną drukarką 3D to ryzyko pożaru. Do głowicy drukującej podpięte są kable, odpowiedzialne za jej podgrzewanie oraz termistor, który reguluje jej temperaturę. Gdy drukujemy z PLA w temperaturze ok. 200°C, termistor „wyłącza” grzanie gdy temperatura jest zbyt wysoka, a potem załącza je na powrót gdy temperatura spada. Jeżeli termistor nie zadziała (wypnie się, uszkodzi etc.) temperatura może zacząć rosnąć do dużo wyższych temperatur, materiał w głowicy zacznie się przepalać (gotować), co może w konsekwencji doprowadzić do zapłonu. Analogicznych przypadków może być jeszcze kilka (kiedyś opisywany był np. przypadek, gdy głowica odpadła z ekstrudera zatapiając się w tworzonym wydruku).
Im tańsza drukarka 3D – tym tańsze komponenty. Najbardziej problematyczne są tutaj kable, które w tanich, chińskich drukarkach 3D są po prostu bardzo cienkie i podatne na złamanie. Jeżeli drukarka 3D zostanie złożona nieumiejętnie i kable zasilające głowicę i ekstruder będą o coś zahaczały podczas pracy, może to doprowadzić do niebezpiecznych sytuacji.
4. Opary wytwarzane przez filamenty
Kwestia oparów wytwarzanych podczas przetapiania tworzyw sztucznych jest wciąż jednym z najbardziej lekceważonych aspektów pracy z drukarkami 3D. Do tej pory powstało stosunkowo niewiele opracowań naukowych rzetelnie badających ten problem – niestety w większości przypadków badania nad tym zagadnieniem dotyczyły przetapiania tworzyw sztucznych w formie granulatu, z którego dopiero produkowany jest filament trafiający fizycznie na drukarkę 3D. Mało kto wie, że czysty granulat jest podczas produkcji filamentu modyfikowany różnymi dodatkami ulepszającymi jego płynięcie przez głowicę, spajanie się na warstwach, odporność, wytrzymałość oraz odpowiadającymi za kolor. Te wszystkie składniki mają znaczenie podczas pracy z drukarką 3D i są uwalniane do powietrza. Użytkownik bardzo rzadko ma świadomość co jest w środku danego filamentu oraz czy i jak wpływa to na jego zdrowie?
To wszystko oznacza tyle, że nawet drukując z PLA, które uchodzi za bezpieczny materiał, w dalszym ciągu może być on szkodliwy z uwagi na zastosowane w jego składzie dodatki. Z kolei tworzywa pokroju ABS, PCABS, nylon domyślnie emitują nanocząsteczki, które zdecydowanie nie są przeznaczone do stałego kontaktu z drogami oddechowymi człowieka.
Prawda jest taka, że przetwórstwo tworzyw sztucznych powstało z myślą o stosowaniu w warunkach przemysłowych, które podlega zupełnie innym normom i regulacjom niż to z czym mamy do czynienia w warunkach domowych. Twórcy ABS oraz innych tworzyw termoplastycznych zapewne nigdy nie przypuszczali, że kiedyś w odległej przyszłości znajdą się ludzie, którzy będą topić je w domu, w zamkniętych pokojach o powierzchni kilku-kilkunastu metrów kwadratowych i będą wpatrywać się w ten proces z kilkunastu centymetrów, patrząc czy wszystko przebiega jak trzeba…?
Amatorskie drukarki 3D, za pomocą których tzw. „zwykli ludzie” przetapiają ABS, PETG, czy nylon funkcjonują na rynku od ok. 10 lat. Jakie ma to rzeczywiste efekty na zdrowie przyjdzie nam zapewne poczekać kolejnych kilkanaście – kilkadziesiąt lat. Póki co wszyscy użytkownicy amatorskich drukarek 3D, drukujący kilku-kilkunastogodzinne wydruki z ABS w małych pokojach, w których mieszkają, jedzą i śpią prowadzą jeden wielki eksperyment naukowy… Możliwe, że okaże się, że jest całkowicie nieszkodliwe? Możliwe że okaże się odwrotnie?
Jak zatem postępować w takich przypadkach? Po pierwsze należy korzystać z dobrych, sprawdzonych i z pewnością nie najtańszych materiałów, których pochodzenie jest nieznane? Po drugie, drukarki 3D powinny pracować w dedykowanych do tego pomieszczeniach, a jeśli nie jest to możliwe, to pomieszczenia powinny być systematycznie wentylowane. Po trzecie odpuścić sobie specjalistyczne tworzywa, dedykowane aplikacjom przemysłowym.
Ostatnia ważna rzecz, to praca ze środkami adhezyjnymi poprawiającymi przyczepność wydruków do stołu w formie sprayów lub atomizerów. One również mogą być szkodliwe, szczególnie jeśli nie będzie się przestrzegać elementarnych zasad bezpieczeństwa i rozsądku (np. wypuszczać chmurę kleju w aerozolu na stół drukarki 3D, wdychając przy okazji jego część do płuc).
5. Praca z żywicami światłoutwardzalnymi
Druk 3D z żywic światłoutwardzalnych jest historycznie pierwszą techniką przyrostową, jaka pojawiła się na rynku. Przez ponad 30 lat była jedną z „ekskluzywnych” metod wytwórczych, zarezerwowanych dla dużych firm i korporacji z uwagi na wysoką cenę maszyn i żywic. Wraz z rozwojem technologii naświetlania materiału przez światło emitowane przez ekrany LCD, które stały się tanią alternatywą dla laserów oraz projektorów DLP, ceny drukarek 3D drastycznie spadły, a wraz z nimi koszty eksploatacyjne.
Dziś drukarki 3D tego typu można kupić za mniej niż 2000,00 PLN, a żywice za mniej niż 200,00 PLN za 0,5 l. Dzięki temu wiele osób postanowiło spróbować wejść w tą technologię – niestety nie zawsze mając świadomość tego na czym polega i z jakimi problemami się wiąże?
ZOBACZ: Rzeczy, które musisz wiedzieć o druku 3D z żywic, a z których nie zdajesz sobie pewnie sprawy…?
Na początek dobre informacje: praca z drukarkami 3D drukującymi z żywic nie niosą ze sobą ryzyka odniesienia obrażeń mechanicznych (jedyny element ruchomy to stolik poruszający się w osi Z, co odbywa się zawsze pod kopułą ochronną), poparzeń (nie mamy do czynienia z wysokimi temperaturami), czy pożaru. Reszta wygląda już jednak gorzej…
Druk 3D z żywic jest procesem brudnym: żywice są gęstym i trudnym do usunięcia materiałem, a skończone wydruki są pokryte ich resztkami, które należy oczyścić alkoholem izopropylowym lub wodą (żywice typu daylight). Żywice są toksyczne, niektóre gatunki mają intensywny, „chemiczny„, duszący zapach, a praca z alkoholem izopropylowym jest sama w sobie niebezpieczna (inhalacja jego oparami może doprowadzić do zatrucia i dodatkowo jest łatwopalny). Puste opakowania po żywicy nie powinny być wyrzucane do zwykłych śmieci, a resztki żywic oraz alkohol izopropylowy nie mogą być zlewane do kanalizacji.
Praca z żywicą wymaga stosowania rękawiczek ochronnych. Ważna rzecz, o której wielu początkujących użytkowników zapomina – to że mamy na rękach rękawiczki, nie oznacza bynajmniej że są one czyste. Mając brudne rękawiczki, mamy co prawda czystą skórę na rękach, ale w dalszym ciągu możemy ubrudzić wszystko co znajduje się dookoła. Wydaje się to czymś oczywistym, ale z wieloletniego doświadczenia wiem, że każda początkująca w tym obszarze osoba popełnia zawsze te same błędy i dotyka brudnymi rękawiczkami narzędzi, elementów drukarki 3D, mebli, stołu etc.
Na koniec najważniejsza rzecz – należy zawsze zakładać, że nie wiemy co znajduje się w danej żywicy, ani jak będzie ona na nas działać. Niedawno jeden z użytkowników Reddita opisał sytuację, gdzie podczas przenoszenia drukarki 3D Anycubic Photon wylała się na niego znajdująca się wewnątrz żywica. Po ok. 24 godzinach od kontaktu, na skórze pojawiły mu się wielkie bąble typowe dla poparzeń i trafił na oddział szpitalny, gdzie usunięto mu martwą tkankę.
ZOBACZ: I take back everything I’ve said about resin not being that big a deal. A resin burn suffered by a user of the Anycubic Photon group on Facebook. [UWAGA – drastyczne zdjęcie]
Żywice są niebezpiecznym materiałem eksploatacyjnym i praca z nimi wymaga bez porównania większej uwagi i dbałości o zasady bezpieczeństwa niż w przypadku drukarek 3D typu FDM / FFF.
