3D-kynä on muovinen piirustustyökalu, jonka avulla voit luoda kolmiulotteisia objekteja. Sitä käytetään luovuuteen, kehittämiseen lasten kanssa, 3D-tulostimella tulostettujen tuotteiden korjaamiseen sekä muoviesineiden kotitalouksien pieniin korjauksiin [1] . 3D-kynien yleistymisen ansiosta on syntynyt uusi taidemuoto - 3D-kynätaide (käännös: 3D-kynällä luotu taide).
Maailman ensimmäisen 3D-kynän, nimeltään 3Doodler, on kehittänyt amerikkalainen WobbleWorks. Idea tuli yrityksen perustajille Max Baughille ja Peter Dilworthille, kun 3D-tulostin hajosi ja painetussa mallissa oleva aukko oli tarpeen korjata [2] . Insinöörit loivat prototyypin muovikynän ja esittivät projektinsa Kickstarterille vuonna 2013 tavoitteenaan kerätä 30 000 dollaria tuotannon aloittamiseksi. Joukkorahoituksen tuloksena saatiin kerättyä 2,3 miljoonaa dollaria, mikä oli osoitus yleisön suuresta kiinnostuksesta projektia kohtaan.
3Doodlerin menestyksen jälkeen markkinoille alkoi ilmestyä muiden valmistajien 3D-kyniä.
Toimintaperiaatteen mukaan 3D-kynät jaetaan kahteen tyyppiin: "kuuma" ja "kylmä".
"Kuumat" kynät on täytetty kestomuovilla, joka toimitetaan tankojen tai lankakelojen muodossa. 3D-kynän rungon yläosassa on reikä, johon muovi työnnetään. Sisäänrakennettu mekanismi tuo muovin automaattisesti ekstruuderiin, jossa se kuumennetaan ja syötetään kuumana suuttimen läpi. Sula muovi pystyy ottamaan minkä tahansa muodon ja jähmettyy sitten nopeasti. "Kuuma" 3D-kynän pääelementit: suutin, muovifilamentin syöttölaite, lämmityselementti, tuuletin suuttimen yläosan ja kynän jäähdyttämiseksi kokonaisuudessaan, mikro-ohjain tuulettimen toiminnan ohjaamiseen, syöttölaite ja lämmityselementti. Kuuma 3D-kynä vaatii virtalähteen (yleensä käytetään tavanomaisia virtalähteitä, joissa on 12 V jännitemuuntaja).
Materiaalin syöttö tapahtuu painamalla vastaavaa painiketta. Jotkut mallit on varustettu muovisella syöttönopeuden säätimellä, lämmityslämpötilan säätimellä ja näytöllä, joka näyttää tietoja valitusta tilasta.
Monissa 3D-kynissä on kääntöpainike, jonka avulla voit helposti poistaa filamentin kynästä.
"Kuumien" 3D-kynien etuja ovat keveys, kompakti, helppokäyttöisyys, käsityön kestävyys, edulliset kulutustarvikkeiden kustannukset. Haittana käyttäjät pitävät johtojen läsnäoloa ja kahvasuuttimen kuumenemista korkeaan lämpötilaan.
"Kylmän" 3D-kynän toimintaperiaate perustuu nestemäisen fotopolymeerihartsin ekstruusioon , joka kovettuu ulostulossa ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Tällaisessa laitteessa ei ole lämmityselementtejä, eikä piirustusmateriaalilla ole korkeaa lämpötilaa. Laite toimii ilman johtoja, virrankulutus johtuu sisäänrakennetusta akusta. Nestemäinen polymeerikasetti asetetaan kynään. Useimmille viileille 3D-kynille on saatavana erilaisia hartseja: tavallisia, elastisia, magneettisia, valoisia, lämpötilan mukaan muuttuvia väriaineita ja jopa kehonmaalausmusteita [3] .
Maailman ensimmäinen fotopolymerointitekniikkaa käyttävä 3D-kynä oli CreoPop-tuotemerkki.
"Kylmien" 3D-kynien etuja ovat kuumien elementtien puuttuminen, äänettömyys, työskentely ilman johtoja, kyky käyttää suurta määrää fotopolymeerihartseja, joilla on erilaiset ominaisuudet [4] . Haittoja ovat kynän ja materiaalien korkea hinta. , käsitöiden hauraus.
Pääasialliset materiaalit 3D-lämmityskynien toiminnassa ovat ABS- ja PLA -muoveja [5] .
ABS-polymeeri perustuu öljystä saatuihin yhdisteisiin. Se ei hajoa, on erittäin kestävä ja siksi siitä on tullut yleisin materiaali 3D-tulostuksessa [6] .
Edut sisältävät:
Materiaalin haittoja ovat lievä spesifinen haju kuumennettaessa, joten sen käyttöä suositellaan tuuletetuissa tiloissa.
PLA-muovi on orgaaninen, biohajoava polylaktidi , joka on valmistettu sokeriruo'osta tai maissista.
3D-tulostusteollisuudessa PLA-muovi on löytänyt laajan sovelluksen ominaisuuksiensa ansiosta:
PLA-muovin suurin haittapuoli on siitä valmistettujen esineiden hauraus. Tästä polymeeristä valmistetut tuotteet alkavat vähitellen hajota vuoden kuluttua. Toinen merkittävä haittapuoli on lisääntynyt hauraus, joten tämän tyyppistä muovia suositellaan kokeneille 3D-kynien käyttäjille.
Sulaa alhaisessa lämpötilassa (60°C). Kestävämpi kuin PLA-muovi, eikä sillä ole voimakasta hajua kuumennettaessa, toisin kuin ABS-muovi, mutta se on kalliimpaa.
FlexySe sulaa samoissa lämpötiloissa 0-5 astetta, mutta jäähdytyksen jälkeen se säilyttää joustavuuden ja sitkeyden - väsymislujuus on suurempi. Soveltuu koteloiden, lompakoiden, leluautonrenkaiden luomiseen [4] .
3D-kynät voivat olla yhteensopivia myös muiden materiaalien kanssa: polykarbonaatti, nailon jne. Tämä edellyttää kykyä ohjata tarkasti materiaalin lämmityslämpötilaa, mikä johtaa merkittävään 3D-kynän kustannusten nousuun.
Lämmitystyyppiset 3D-kynät ovat sähkölaitteita, joten voit työskennellä niiden kanssa vasta, kun olet lukenut käyttöohjeen. Koska lämmitetyissä 3D-kynissä on kuumia elementtejä, niitä käsiteltäessä vaaditaan tiettyjä varotoimia. Aikuisten on valvottava lapsia käyttäessään tätä laitetta.
Valopolymerointitekniikkaa käyttävät 3D-kynät on sijoitettu turvallisiksi kuumia elementtejä puuttuessa, mutta niiden käyttö vaatii myös varotoimia. Koska materiaali kovettuu silmille haitallisen ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta, työssä on pidettävä taukoja ja noudatettava tarkasti valmistajien ohjeita [7] .